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。