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四方變頻器自動(dòng)扶梯改造方案
一、普通自動(dòng)梯的現(xiàn)有缺陷
隨著國內(nèi)生活水平以及工業(yè)化程度的提高，自動(dòng)扶梯的應(yīng)用和普及已經(jīng)越來越廣泛。自動(dòng)扶梯又稱扶手扶梯,是商場、車站、碼頭、機(jī)場、賓館等公共場合使用量較大的交通工具。其使用量較大,其耗電量也是不可忽視的問題。由于技術(shù)、資金等原因,現(xiàn)有的普通扶梯方案一般為直接啟動(dòng)方式，而且啟動(dòng)以后，為了保證整個(gè)安裝環(huán)境的工作，扶梯一直不停的運(yùn)行,甚至南方部分地區(qū)高速運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)15小時(shí)以上或更加長的時(shí)間。電機(jī)始終保持較大的耗電量運(yùn)轉(zhuǎn),非常不利于用戶節(jié)約成本提高經(jīng)濟(jì)效益的宗旨。在保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，輔助的機(jī)械磨損相當(dāng)嚴(yán)重,需要大量的易損件頻頻更換,維護(hù)成本急劇上升，直接啟動(dòng)的方式，導(dǎo)致電機(jī)的沖擊電流達(dá)到額定的7倍以上，加速了電機(jī)線圈的老化，減少了電機(jī)運(yùn)行壽命。當(dāng)然，這些維護(hù)工作反過來，又增加了自動(dòng)扶梯的維修量而影響到扶梯的正常使用。因此,對普通自動(dòng)扶梯進(jìn)行智能化改造是從中央到地方各級主管政府部門大力推廣的節(jié)能降耗的技改項(xiàng)目,也是廣大自動(dòng)扶梯用戶節(jié)約成本、提高企業(yè)市場競爭能力的重要手段之一。
二、改造的可行性研究
在普通自動(dòng)扶梯進(jìn)行節(jié)能改造過程中，我們做了大量的調(diào)研工作。
深圳關(guān)外寶安區(qū)某電子商場，總共樓層為5層，第一層主要是銷售生產(chǎn)工具，第二層主要是銷售弱電子元器件，第三層主要銷售部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，家庭電腦設(shè)備，第四、第五層全部銷售家庭電腦設(shè)備以及配件。經(jīng)過一個(gè)星期的現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄，我們發(fā)現(xiàn)第二層電子元器件的買家最多，由于第三層已經(jīng)有部分商家銷售家庭電腦設(shè)備，第四層和第五層的銷售就顯得特別慘淡。在周一至周五，工作時(shí)間人流量特別少，有時(shí)候數(shù)小時(shí)都沒有人上下樓梯。因此，我們決定對第四層和第五層扶梯的人流進(jìn)行仔細(xì)數(shù)據(jù)記錄，以考核節(jié)能改造的可行性，數(shù)據(jù)記錄如下：
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日期
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四層負(fù)載率
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五層負(fù)載率
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電機(jī)功率
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估計(jì)可節(jié)電率
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周一
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48％
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35％
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7.5KW
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50％
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周二
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53％
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39％
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7.5KW
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50％
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周三
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54％
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40％
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7.5KW
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50％
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周四
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53％
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40％
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7.5KW
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45％
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周五
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58％
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44％
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7.5KW
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45％
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周六
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88％
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69％
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7.5KW
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15％
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周日
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85％
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73％
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7.5KW
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10％
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通過數(shù)據(jù)比較，我們發(fā)現(xiàn)，第四層和第五層的自動(dòng)扶梯電源浪費(fèi)較嚴(yán)重，有較大的節(jié)電空間。
節(jié)能運(yùn)行原理：
在沒有人的情況下，自動(dòng)扶梯在空載狀態(tài)下的全速運(yùn)轉(zhuǎn)成為一種巨大的能源浪費(fèi)。因此，可讓自動(dòng)扶梯根據(jù)檢測人體的紅外傳感器產(chǎn)生的信號，自動(dòng)識別是否有人經(jīng)過，當(dāng)自動(dòng)檢測到空載狀態(tài)一段時(shí)間后，讓扶梯由全速運(yùn)轉(zhuǎn)減速至低速運(yùn)轉(zhuǎn)。通過此種方式，可以將此段時(shí)間的電能消耗減少30%～50%。當(dāng)有乘客踏上自動(dòng)扶梯床蓋板時(shí)，扶梯可通過設(shè)置在床蓋板入口處的光電感應(yīng)裝置自動(dòng)感知乘客的到來，在乘客踏上自動(dòng)扶梯前，通過變頻器達(dá)到全速運(yùn)行，而不影響乘客的使用。
三、改造方案
采用四方E380E 扶梯專用型的 變頻器控制自動(dòng)扶梯的電機(jī)，四方E380E是在SUNFAR-E380高性能通用型變頻器的硬件平臺和核心控制算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)出來一款專門針對扶梯行業(yè)的變頻器，為適應(yīng)扶梯行業(yè)應(yīng)用的要求，在硬件、軟件算法、結(jié)構(gòu)上都做了許多特殊處理。扶梯載客運(yùn)行時(shí)，變頻器設(shè)置為外部端子控制，速度控制設(shè)置為多段方式，即設(shè)置全速運(yùn)行頻率（50Hz）﹑低速運(yùn)行頻率（15Hz）。 1、傳感器
為了達(dá)到節(jié)能要求，必須使用紅外傳感器檢測客人的通行情況，傳感器安裝在自動(dòng)扶梯的入口處離地面 2.5m 高的位置上，聚焦鏡頭對準(zhǔn)來客的方向上，并略向下傾斜。由于上﹑下扶梯的運(yùn)行方式要定時(shí)交換，因此，每一臺自動(dòng)扶梯的入口﹑出口都要安裝紅外傳感器。將這兩個(gè)傳感的輸出接到變頻器的輸入端上。自動(dòng)扶梯運(yùn)行時(shí)，斷開出口傳感器的信號。
2、無人乘坐時(shí)扶梯的減速運(yùn)行
假定，傳感器監(jiān)測到有人走向扶梯，一般傳感器的監(jiān)測距離為 6m，地面距離大約為4.2m，人走過這段距離約需要 t0=5s 左右，這段時(shí)間內(nèi)，變頻器從 15Hz 運(yùn)轉(zhuǎn)加速到 50Hz，為安全考慮，必須在人踏上扶梯之前應(yīng)完成加速，加速時(shí)間為 2s。人踏上到走下扶梯的時(shí)間為 t1。如果在（t0+t1）時(shí)段內(nèi)無人到來，經(jīng)過 t2=5s 延時(shí)后，變頻器降速到 15Hz 運(yùn)行。E380E系列變頻器是一款扶梯專用型的高性能變頻器，非常適合類似于扶梯類的恒轉(zhuǎn)矩位能負(fù)載，另外,無需用 PLC 而利用變頻器內(nèi)置的計(jì)時(shí)單元，設(shè)置計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)時(shí)間為（t0+t1+t2），有人走進(jìn)入口時(shí)，傳感器信號送到計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，在（t0+t1+t2）秒內(nèi)，無人走進(jìn)入口時(shí)，經(jīng)過（t0+t1+t2）秒扶梯自動(dòng)轉(zhuǎn)換到低速運(yùn)行；如在（t0+t1+t2）秒內(nèi)有人走進(jìn)入口，傳感器輸入的信號對計(jì)時(shí)器復(fù)位并重新開始計(jì)時(shí)，扶梯就一直以正常速度運(yùn)行。
3、系統(tǒng)主回路電氣接線圖如下：
如上圖,上行和下行是互鎖控制，電機(jī)的電路上都加裝了“市電”、“節(jié)電”接觸器，“市電”、“節(jié)電”接觸器是機(jī)械互鎖。這樣可以有“自動(dòng)”、“手動(dòng)”兩種工作模式選擇：手動(dòng)模式下，變頻器不工作，整套系統(tǒng)手動(dòng)起停，系統(tǒng)工頻運(yùn)行；自動(dòng)模式下，電機(jī)由變頻器直接拖動(dòng)，系統(tǒng)變頻運(yùn)行。
4、 變頻器控制系統(tǒng)二次線路圖如下：
圖中，SB為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，選用三級開關(guān)；SB1為變頻器停止按鈕，SB2為變頻器啟動(dòng)按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運(yùn)行指示燈；L3變頻運(yùn)行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運(yùn)行接觸器；KM3為工頻運(yùn)行接觸器。
5、 變頻功能參數(shù)設(shè)置
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功能代碼
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名稱
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設(shè)定范圍及說明
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出廠值
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參考設(shè)定值
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F7.0
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功能選擇
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選擇專用功能
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0110
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0111
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F7.1
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全程運(yùn)行時(shí)間
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5.0~999.9Sec
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30
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30
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F7.2
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最大運(yùn)行頻率
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3~100HZ
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50
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50
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F7.3
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中間運(yùn)行頻率
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10~100HZ
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20
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15
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F7.4
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最小運(yùn)行頻率
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0~100HZ
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20
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15
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F7.5
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輔助脈沖頻率
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20~2000HZ
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600
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600
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F7.7
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最大流量閥值
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0~200/min
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60
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60
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F7.8
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最小流量閥值
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0~100/min
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10
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10
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F3.0
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輸入端子1選擇
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27：紅外感應(yīng)輸入
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1
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27
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F0.1
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頻率通道
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頻率數(shù)字給定
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0
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0
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F0.4
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運(yùn)行命令方式
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外部端子控制
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0
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1
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F0.7
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下限頻率
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下限頻率為0
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0
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0
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F0.8
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上限頻率
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上限頻率為50
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50
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50
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F0.10
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加速時(shí)間
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加速時(shí)間2s
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1
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2
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F0.11
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減速時(shí)間
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減速時(shí)間8s
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1
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8
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6、調(diào)試過程：
１）、F7.0：設(shè)置為0111，啟動(dòng)扶梯專用功能。用于扶梯不能停止的場合，即無人流/物流紅外感應(yīng)信號時(shí)，扶梯以低速(F7.3)維持運(yùn)行。
２）、F7.1：全程運(yùn)行時(shí)間：系統(tǒng)關(guān)應(yīng)到人/物流后，自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行，感應(yīng)信號消失后，維持運(yùn)行一定時(shí)間，將人/物順利送到目的地，該維持運(yùn)行的時(shí)間就是全程運(yùn)行時(shí)間。
３）、F7.2：最大運(yùn)行頻率，系統(tǒng)最大運(yùn)行速度，對應(yīng)于最大流量(F7.7)時(shí)的運(yùn)行速度。
４）、F7.3：中間運(yùn)行頻率,規(guī)定系統(tǒng)運(yùn)行的中等速度。
５）、F7.4：最小運(yùn)行頻率,系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的最低速度,對應(yīng)于可檢測的最小物流/人流(F7.8)。
６）、F7.7、F7.8：流量閥值設(shè)定,每分鐘檢測到的人流/物流脈沖數(shù)。
７）、從F3.0～F3.5端子輸入中選擇一個(gè)輸入端子，作為扶梯脈沖檢測口，當(dāng)檢測到脈沖信號時(shí)，扶梯就運(yùn)行(F7.2)進(jìn)行運(yùn)行，并在所檢測的最后一脈沖信號開始延時(shí)，當(dāng)延時(shí)到達(dá)(F7.2)運(yùn)行時(shí)間時(shí)，扶梯又返回運(yùn)行(F7.3)的頻率進(jìn)行運(yùn)行；
８）、加速時(shí)間F0.10設(shè)置為1~2秒，保證客人在登上扶梯之前就加速完成；減速時(shí)間F0.11設(shè)置為5~10秒較為合適
四、改造后的功能
1﹑保持原有電梯的“長期運(yùn)行”模式和增加的“自動(dòng)載客運(yùn)行”模式并存，用戶可隨時(shí)選擇采用其中一種模式運(yùn)行，當(dāng)選擇原有電梯“長期運(yùn)行”模式時(shí)，變頻器控制線路完全撤出。這樣可使用戶需要選擇原有模式或變頻器控制線路需要維護(hù)時(shí)，都可方便切換，保證了電梯正常運(yùn)行。
2﹑ 線路改造后，保證在任何工作模式下都能符合國家 GB—16899 關(guān)于扶手電梯安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3﹑“自動(dòng)載客運(yùn)行”模式運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)、停止或速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)順暢，無跳動(dòng)感覺，舒適感較好。
4﹑延長設(shè)備的使用壽命，減少材料的自損耗。如：電機(jī)壽命、鏈條的損耗、皮帶磨損等。
5﹑無乘客時(shí)，電梯低速運(yùn)行，當(dāng)有乘客到達(dá)入口時(shí)，電梯自動(dòng)轉(zhuǎn)入全速運(yùn)行。乘客離開電梯后若再無乘客，經(jīng)延時(shí)后電梯自動(dòng)轉(zhuǎn)回到低速運(yùn)行。
五、效益計(jì)算
此次改造共有4臺自動(dòng)扶梯，經(jīng)實(shí)測月節(jié)能為(260*2+410*2)×2=2,680kWh，年節(jié)電為2680×12=32,160kWh，全年節(jié)約電費(fèi)為32,160×0.9=28,944元。
六、結(jié)束語
1、節(jié)電明顯：扶梯電機(jī)所帶負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于無人時(shí)扶梯電機(jī)的轉(zhuǎn)速降為正常轉(zhuǎn)速的一半，所以此時(shí)電機(jī)功率降為原來的一半。
2、 減少磨損：由于轉(zhuǎn)速下降，使機(jī)械部件的磨損大大下降和扶梯維護(hù)費(fèi)用成倍減少。
3、 安全可靠：由于使用了四方高性能的變頻調(diào)速器，除原有的電機(jī)保護(hù)功能外，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，可大幅度降低電機(jī)的溫升，使電機(jī)的工作更加安全可靠。
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