本文引自《中国电梯》杂志
自动扶梯是一种带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备，广泛用于商场、超市、机场和地铁等场合，便利了人们的出行。当然，自动扶梯在运行期间消耗的电能也是巨大的，因此在结合自动扶梯实际运行工况分析的基础上科学地运用节能驱动技术具有重要意义。自动扶梯常用的节能驱动方式有3种：星三角驱动、全变频驱动、旁路变频驱动，下面进行具体分析。
1. 星三角驱动
自动扶梯星三角驱动的主回路接线如图1所示。当电动机切换到星形连接时，电动机三相定子绕组电压是三角形连接电压值的1/√3，电动机三相定子绕组电流是三角形连接电流值的1/3，这样可使电动机输出功率降低；当电动机切换到三角形连接时，自动扶梯处于正常运行模式。星形连接和三角形连接的切换是根据传感器检测自动扶梯处于轻载(含空载)还是重载来实现：轻载时为星形连接，重载时为三角形连接。检测方法有两种：一种方法是由设置在自动扶梯出入口的传感器来检测乘客数量，根据设定的阈值来判定自动扶梯处于轻载还是重载；另一种方法是由速度传感器检测自动扶梯运行速度，如果运行速度明显低于阈值则说明自动扶梯处于重载。星三角驱动时，自动扶梯的运行过程如图2所示。
以上分析可以看出，星三角驱动方式是：1)在自动扶梯启动时采用降压启动方式，电动机转速是三角形连接转速的1/3，既降低了启动过程对电网、电动机的冲击，又起到了节能的作用；2)在星形连接和三角形连接的切换中，自动扶梯的运行速度实际上并未发生变化，因此该启动方式适用于轻载启动的场合。采用这种启动方式结构简单、成本也较低。需要注意的是，对于带有自动启停功能的自动扶梯，频繁的启动和制动可能会影响自动扶梯制动器等机械部件的使用寿命。
2. 全变频驱动
全变频驱动是指自动扶梯的加速、恒速和减速过程均由变频器控制，变频器调速控制的基本原则是维持气隙磁通恒定。根据电磁感应原理，气隙磁通在三相定子绕组中的感应电动势
电动机的转速n与电源工作频率f的关系为：
综合式(1)、式(2)可知，电动机的转速随电源工作频率的变化而变化，在改变电源工作频率的同时改变电压，在保证气隙磁通恒定的情况下就可以调节电动机转速以实现无级调速。全变频驱动的主回路接线如图3所示。
全变频驱动与星三角驱动相比，有以下3个优点。
1)对于全变频驱动，由于电动机的输出电流随着自动扶梯负载的变化而实时变化，变频器可以根据检测到的电流的变化实时调整输出电压。其调整原理是通过改变变频器中功率管在一个周期的导通占比(即占空比)来实现。功率管在一个开关频率内导通时间越长，输出电压有效值则越大，反之则越小。由此可以实现自动扶梯轻载时在不改变运行速度的情况下达到节能的目的。
2)全变频驱动可以实现自动扶梯的分时段运行，提高运行效率。驱动系统可以根据自动扶梯实际的运行工况和客流量的特点，设定两种或多种运行速度。当自动扶梯处于使用高峰期时以额定速度运行，从而提升工作效率；而在非高峰期时以较低速度运行，从而增加自动扶梯节能效果。
3)当自动扶梯处于重载下行工况时，电动机处于发电状态，通过配置能量回馈单元能够将该工况产生的电能通过逆变反馈至电网，以达到进一步节能的目的。并且，全变频驱动对自动扶梯运行速度的控制较星三角驱动精度更高，自动扶梯运行更平稳，从而提高了乘客的舒适感。
从上述分析可以看出，全变频驱动能够根据负载的变化来设定不同的运行速度，更适用于客流量变化较大的场合(如机场、地铁、高铁站等)，具有较好的经济实用性。
当然，全变频驱动也有其自身固有弊端：1)变频器选型时的功率应大于电动机的额定功率，这使得驱动系统总成本增加；2)当自动扶梯处于重载下行工况时，电动机处于发电状态，于是倒灌至变频器输出端母线电容的电压会骤增，如果驱动系统未配置能量回馈单元，则需配置制动电阻，以便将这部分能量以热能的形式消耗。
3. 旁路变频驱动
旁路变频驱动综合了变频驱动和工频驱动的各自优势，其工作原理是将变频驱动应用在自动扶梯的运行速度变化过程中。自动扶梯启动时的电动机调速采用变频控制，自动扶梯准备进入额定速度运行时再将电动机切换至工频驱动，然后驱动系统自动将变频器置于旁路待机状态。自动扶梯在整个运行过程中变频器只是短时间工作，因此变频器选型时额定功率可以降档以达到节约成本的目的。采用旁路变频驱动的自动扶梯一般还会配备一套传统的星三角驱动系统备用。一台自动扶梯两套驱动系统能够大大减少自动扶梯的故障概率。配备星三角驱动系统的旁路变频驱动的主回路接线如图4所示。
旁路变频驱动避免了自动扶梯的频繁启动和停梯。由于自动扶梯从零速加速至额定速度需消耗较多电能，驱动系统通过变频器将自动扶梯速度提升至额定速度后，变频器旁路退出，驱动系统切换至工频驱动[4]。如此循环以达到节能的目的。旁路变频驱动具有以下3个方面的优点。
1)综合了变频驱动的优点。即在自动扶梯启动过程中，电动机可以实现平滑稳定的调速，启动过程对电动机的冲击较小；在客流量少的时候可以待机运行，在减少机械磨损的同时也实现了节能。
2)电网直接驱动自动扶梯运行的优势是：当电动机处于稳定转速运行，在自动扶梯制动时可以将电动机进入发电状态后产生的电能直接回馈至电网。这样以最简单、最容易的方式实现了能量回馈，相较于全变频驱动节省了制动电阻的使用。
3)由于变频器只在自动扶梯的启动、制停、低速爬升时发挥作用，因此变频器选型时额定功率可以小于电动机的额定功率。一般来说，变频器的功率达到电动机功率的60%即可，节省了驱动系统的成本。
当然，旁路变频驱动也有其自身缺点：1)由于驱动系统要在变频驱动和工频驱动之间频繁切换，切换的通断一般是由接触器来完成，这不仅考验接触器的通断容量和通断频率，而且也需要较为完善的控制电路设计，因此驱动系统软件、硬件的设计较为复杂，同时给维保人员后续的维保工作也带来了一定的困难。2)旁路变频驱动在节能方式的选择上不够灵活，固定的额定速度导致其无法实现分时、分段运行的功能，也无法根据自动扶梯的实际负载来改变输出电压，与全变频驱动相比无法实现在轻载工况下变频节能的目的。因此旁路变频驱动更多地适用于客流量较少以及间歇性空载的场合(如人行天桥用自动扶梯等)。
在本文中，笔者对应用于自动扶梯的星三角驱动、全变频驱动和旁路变频驱动3种节能驱动方式的原理、优缺点和应用场景进行了分析。如何进一步降低自动扶梯在变频驱动和工频驱动相互切换过程中产生的冲击，以及如何实现两者之间更为平稳的切换，从而保障乘客的舒适度，需要电梯制造单位和检验机构共同深入研究。