能源管理

Q: 法國CNIM之電扶梯節能設計方式?

法國CNIM公司全名為Constructions Industrial Mediteranian成立於1856年,分為國防設備、環保設備及電扶梯設備三大部門,以生產核子潛艇飛彈發射系統、機動浮橋等軍事設備為主。電扶梯設備工廠位於法國南部蔚藍海岸旁之Laseyne,1965年成立重載型(heavy duty)電扶梯生產工廠,年產量約120台。亞洲市場除台北捷運120台外,以香港地鐵於1979年起建造之觀塘線、荃灣線、港島線電扶梯有334台及1998年建造之東涌線、機場快線則有79台,使用量最多。

CNIM之電扶梯節能設計方式可分成三大方向,分別為(1)以變頻器內電容器改變驅動之功率因素、(2)光電偵測之自動啟閉及(3)多段式變速等,以下分別介紹之。

(一) 變頻器啟動及運轉

控制電路主要以功率因素檢知搭配變頻器及PLC設計而成,如圖1所示。由圖中,電扶梯之驅動馬達是以變頻器啟動及控制運轉,其省能之方式為當功率因素低於80%時,PLC將下達指令使變頻器內之電容器加載,以提高功率因素達到省能之目的。

圖1 CNIM 變頻器電扶梯驅動及控制

 

以20.5KW的馬達為例,無省能裝置及具此種省能裝置之效益如表1所示。由表1中,當負載為40%,無省能裝置其實際消耗電流為額定電流之49%,若裝有省能裝置則僅為35%,其經濟效益達29%;當負載為80%,無省能裝置其實際消耗電流為額定電流之84%,若裝有省能裝置則僅為69%,其經濟效益達17%。功率因素則有0.7與0.98之顯著差異。

 

表1 具省能及無省能裝置之變頻器比較

負載%

 

實際消耗電流/額定電流

功率因素

經濟效率%

 

無省能裝置

有省能裝置

無省能裝置

有省能裝置

20

27%

17%

0.64

0.98

35

40

49%

35%

0.7

0.98

29

60

68%

52%

0.75

0.98

23

80

84%

69%

0.81

0.98

17

100

100%

87%

0.85

0.98

13

註:CNIM, C306A詳細技術規範, 附錄3, 1995年4月

 

再以9KW、11KW、14KW、17.5KW及20.5KW之變頻器來說明負載大小與省能裝置之效果,其實際消耗電流/額定電流比值及功率因素差異,如表2所示。由表中以11KW之變頻器為例,當負載為20%時,實際消耗電流為額定電流的30%,功率因素為0.61;若負載為80%時,實際消耗電流為額定電流的81%,功率因素則為0.78。因此,整體來說,CNIM之變頻器啟動及運轉之節能方式對大功率數之電扶梯,其節能效果更為明顯。

 

表2 具省能及無省能裝置之變頻器比較

負載%

額定功率KW

20%

40%

60%

80%

100%

A(%)

B

A(%)

B

A(%)

B

A(%)

B

A(%)

B

9

30

0.61

46

0.67

65

0.72

81

0.78

100

0.8

11

30

0.61

46

0.67

65

0.72

81

0.78

100

0.8

14

29

0.61

47

0.67

66

0.72

82

0.78

100

0.8

17.5

27

0.63

49

0.69

68

0.74

84

0.8

100

0.82

20.5

27

0.64

49

0.7

68

0.75

84

0.81

100

0.83

 

(二) 自動偵測啟閉

CNIM之第二種節能方式乃是將電扶梯乘場處兩側,各增設一長條狀之光電偵測裝置。當旅客進入乘場區,電扶梯自動啟動運轉,定時(約3~5分鐘)無人搭乘則自動停止。此外,為預防旅客並非搭乘僅經過搭乘區所造成之誤動作,該自動偵測除了考慮偵測點有三點以上連續被遮斷設備才會啟動外,並將乘場欄杆延長以避免誤入導致跌傷事件發生。目前巴黎地鐵、里昂國際機場等已現場按裝。

(三) 多段式變速

CNIM之多段式變速電扶梯設計有四種速度,一般為0.7m/s、0.6m/s、0.5m/s及維修速度0.15m/s等。其中,前三者係依據負載多寡自動轉換以節省能源之設計,當負載愈大時,電扶梯則以每秒0.7m之高速運轉。反之,負載減少後,自動切換至低速運轉,運轉示意圖如圖2所示。

圖2 CNIM 多段式自動調速運轉示意圖

 

多段式變速之原理如圖3所示,基本上係於變頻器輸入端安裝一感應線圈(coil),用此線圈偵測運轉電流 i,測得之 i經電流感測器(current sensor) 轉換成電壓V,該電壓傳入PLC與電位計(potentiometer) 設定值比對,作為變化速度之依據。例如,電扶梯於0.6m/s速度運轉時,當由線圈傳回之電流 iⅡ≧ iⅢ,則PLC會經變頻器將馬達加速成0.7m/s運轉,反之也相同。

 

圖29 CNIM 多段式自動調速控制原理

 

電流 i的大小,反映搭乘負載之多寡,由圖2,當負載≧iⅡ時,電扶梯以0.6m/s運轉;相同地,負載≧ iⅢ時,電扶梯則以0.7m/s運轉,反之亦然。