PLC智能信息处理的扶梯节能控制系统设计与开发(4)
根据三相异步电动机输入输出功率之间的关系，我们可知：
P1-P2=Pal= Pcu+Pfe+Pme+Pad (Pcu=Pcu1+Pcu2) （2.1）
其中：P1为输入功率；P2为输出功率；Pal为总能耗；Pcu为铜损耗；Pfe为铁损耗；
Pme为机械损耗；Pad为附加损耗；Pcu1为定子铜损耗；Pcu2为转子铜损耗。
图2-1 三相异步电动机的功率流程图
其中Pcu、Pad为变化损耗；Pfe、Pme为不变损耗,所以要降低三相异步电动机的能耗可以从降低变化损耗入手。如：提高电动机的制作工艺，选用效率高的电动机；使用Y/△变换启动接法的电动机等。另一方面，由于每台电动机参数和制作工艺的差别，不同型号的电动机的效率也不同。因为输出功率与输入功率的百分比即为电动机的效率，即：
η=P2/P1*100% （2.2）
由于扶梯是恒转矩负载，所以由电动机原理可知输出功率与转速成正比，因此要降低三相异步电动机的能耗也可以从降低输出功率即从改变电动机转速入手。转速一定，则电动机的输出功率也就确定了，这样输入功率也确定了。
2.1.2 其他方面能耗及其影响因素
自动扶梯依靠电动机带动机械装置在固定轨道上循环运行的，因此存在一定的机械损耗。主要有以下几方面：机械传动装置之间的损耗、扶手和梯级运行时与导轨间的损耗、控制系统的能耗等。其中自动扶梯克服各种阻力匀速运行时消耗的能量是固定不变的；除此之外其他文持扶梯正常运行的因素所消耗的能量是随外界条件的改变而改变的。
2.1.3 固定能耗分析
我们可以将扶梯空载运行时的能耗看成一个固定不变的值，它包括电动机运行时自身能耗和扶梯克服各种阻力正常运行所需的能耗，我们可以称它为固定能耗。影响固定能耗的因素与扶梯的配置情况有关，主要有这三方面[7]：
（1） 机械特性
自动扶梯的机械特性主要与导向系统类型、扶手驱动类型、驱动装置类型有关，一旦扶梯设计定型，其机械特性也就确定了。
（2） 提升高度
扶梯克服阻力运行所消耗的能量占固定能耗的绝大部分，这些能耗主要取决于扶梯的提升高度，随着提升高度的增加而增加。对于不带能量回馈装置的自动扶梯，固定负载下的能耗随着提升高度增加而增加，上行时，增加较快；下行时，增加较缓；对于带能量回馈装置的扶梯，上行时，固定负载下的能耗随着提升高度的增加而增加；下行时，固定载负载下消耗的电量将减小，回馈的电量将增多。
（3） 运行速度
图2-2是自动扶梯以不同的速度上行时的功率情况，该自动扶梯的规格为：额定功率6.6kW，提升高度4.2m，运行速度0.5m/s。自动扶梯在空载运行时，消耗的功率随着运行速度的增加而逐步增大，自动扶梯在20%额定速度运行时的功率是额定速度时的25%左右[7]。当没有负载的时候，扶梯可以低速运行，其输入功率将减小，从而可以降低能耗。
图2-2 自动扶梯功率与运行速度的关系
2.1.4 可变能耗分析
当有乘客时，扶梯处于负载状态，其能耗将在固定能耗的基础上发生一定的变化，这部分变化的能耗就是可变能耗。扶梯上的乘客是否走动，对这一能耗没有影响。
在此引用一个实验加以说明：选9个乘客在一个公用扶梯（向上运行）上分两次进行实验。第一次实验时乘客静止不动；第二次乘客向上走动。实验过程中的能耗通过DC电流来监控，结果说明走动的乘客在扶梯上花费的时间较短，这一过程中不损耗任何瞬间电流。乘客在扶梯上花费的时间较少，表明上行扶梯运送向上走动的乘客时消耗的能量较少。这两次实验唯一不同就是乘客在扶梯上花费的时间，因为乘客速度等于扶梯的运行速度加上他们的走动速度。乘客走动与静止的能耗之差就等于乘客肌肉所提供的能量，即当你在扶梯上走动时会感到累，因为恰恰是你给扶梯节省了电力而你自己却消耗了体能。因此，乘客上行并不影响瞬时能耗，但总的能耗却减少了。乘客在下行扶梯上向下走动时，他们并不能向供电系统返回像静止的乘客那样多的能量，因为他们比静止的乘客在扶梯上的时间短些，因此扶梯上乘客的走动对扶梯能耗的影响可以忽略[5]。