無齒輪永磁同步電梯曳引機測試系統研制

王傳軍， 張菲波， 李永奇

(1.上海電機系統節能工程技術研究中心，上海 200063;

2.廣東省特種設備檢測院，廣東廣州 510655)

0 引言

無齒輪永磁同步電梯曳引機以其電氣性能和安全性能優勢在電梯驅動系統中的應用越來越廣泛，其性能測試也隨之受到關注，成為產品研發、生產、質量監督檢驗不可或缺的環節。優良的測試系統，可以確保整機性能測試的準確度和重復性，確保曳引機產品的質量和安全，同時也可作為優化產品設計的技術支撐。本文介紹的測試系統可以用來完成無齒輪電梯曳引機的空載、負載、溫升、失步轉矩、感應電壓等電氣性能試驗;同時，也可用來模擬電梯曳引機拖拽轎廂的實際運行工況，還可以用來完成對曳引機制動器制動響應時間的測試。系統采用RS－485總線控制，集電源和負載的調控、全方位保護監測、數據采集處理和查詢等功能于一體，具有高穩定性、高重復性、高精度、高自動化等特點，可廣泛應用于無齒輪電梯曳引機研發機構、生產制造商、專業試驗室等。

1 系統構成

該系統由可升降式固定臺架、試驗電源系統、負載系統、控制系統、測量系統等五部分組成，電源系統采用了交流感應調壓器供電，保證了良好的電源品質，適用于對試驗電源品質要求較高的場合，系統采用了變速箱，將被試曳引機的較低輸出轉速升高，然后利用較高轉速負載直流電機來進行負載模擬，降低了成本。該系統還設計了可升降式固定臺位，負載部分固定安裝，被試驗電機部分可以升降控制并鎖緊，適合90 kW大功率電機試驗的固定需求，有效降低了安裝的勞動強度，提高了試驗效率。系統安裝結構圖如圖1所示。

圖1 系統安裝結構圖

1.1 系統工作原理

系統的原理圖如圖2所示，被試曳引機由富士VG7系列矢量控制變頻器供電。為保證變頻器的輸入電壓為額定，用一臺250 kVA感應調壓器給變頻器供電;被試曳引機通過變速箱驅動負載直流電機，負載直流電機工作在發電狀態，發電能量通過加載器回饋到變頻器的輸入端;回饋加載器可通過RS－485總線控制，調節負載的大小，控制方便，而且達到節能的目的。

圖2 系統電氣原理框圖

1.2 總線控制

該系統采用RS－485總線控制，原理圖如圖3所示。采用6通道數字功率計測量電壓、電流及功率，可同時測量變頻器的輸入電參數和曳引機的輸入電參數，RS－485總線可根據電流的實際大小，自動控制電流變比切換;工控機根據給定負載值，控制回饋加載器調節負載的大小，整個系統閉環運行，達到穩定負載的目的。

圖3 系統總線控制原理圖

2 主要試驗項目

2.1 總線控制

該系統可以在軟件控制下，讓曳引機在要求的工作制下正、反轉運行，模擬電梯曳引機拖拽轎廂的實際運行工況。在曳引機的額定轉矩下，按曳引機的工作制負載持續率和周期運行，達到熱穩定狀態測取繞組的直流電阻。

也可根據式(1)計算出等效電流:

式中:Ik——等效電流值;

I1、I2、I3、I4、…Ii、…In——各運行區間電流值;

t1、t2、t3、t4、…ti、…tn——各運行區間時間;

下標i——第i個運行區間。

使曳引機在等效電流Ik下連續運行，當達到熱穩定狀態后測取繞組的直流電阻。測取繞組熱態電阻后均按式(2)計算繞組的溫升:

式中:θ2——熱試驗結束時繞組的溫度;

θa——熱試驗結束時冷卻介質的溫度;

θ1——測量繞組(冷態)初始電阻時溫度;

R2——熱試驗結束時的繞組的電阻;

R1——溫度為θ1(冷態)時的繞組的電阻;

k——導體材料在0℃時的電阻溫度系數的倒數，銅k=235，鋁k=225，除非另有規定。

2.2 效率試驗

曳引機電機為永磁同步電機，其效率試驗根據GB/T 1029—2005《同步電機試驗方法》中的5.1條，采取輸入/輸出直接法測定。

該系統的效率測試也符合 GB/T 24478—2009《電梯曳引機》第5.2條規定。效率值按式(3)計算:

式中:η——被試曳引機效率;

n——被試曳引機轉速;

T——被試曳引機輸出轉矩;

P1——被試驗曳引機輸入功率。

式中的轉矩T和轉速n由工控機通過轉矩轉速測量儀讀取，被試曳引機的輸入功率P1由工控機通過數字功率計讀取。工控機軟件對數據進行處理、計算并自動繪制負載曲線、輸出測試報告。

2.3 制動器制動響應時間測試

曳引機制動器的性能包括:制動器溫升、制動器起動電壓和釋放電壓、制動器制動響應時間等。制動器響應時間關系到電梯的安全問題，原國家標準GB/T13435—1992中只規定了制動器開起時間不大于0.8 s。GB/T 24478—2009《電梯曳引機》規定:制動器制動響應時間不大于0.5 s。可見，制動器響應時間這一性能的重要性。

制動器制動響應時間測試原理如圖4所示。

圖4 制動器響應時間測試原理圖

該系統采用回饋加載器驅動直流負載電機作為動力源，由轉矩轉速傳感器測試曳引機的制動力矩，由示波記錄儀記錄制動器斷電信號到力矩傳感器達到額定制動力矩信號的時間差，即制動器響應時間。

2.3.1 測試系統組成及測試方法

測試時被試曳引機不通電，用回饋加載器驅動直流負載電機拖動被試曳引機，然后將被試曳引機調至額定轉速，關閉制動器電源，記錄制動器斷電到制動器的力矩達到額定制動力矩的時間。

系統采用日置8870-21波形記錄儀，轉矩轉速傳感器輸出轉矩信號經轉矩轉速測量儀TI-1A后輸出0～10 V模擬信號，對應0～Tm(Tm為所選轉矩轉速傳感器的量程)，模擬量輸出端子接到8870-21波形記錄儀的BNC端子通道CH1上。制動器電壓信號接到8870-21波形記錄儀的BNC端子通道CH2上。線路連接后，對8870-21波形記錄儀進行記錄條件設定，首先設定時間軸量程，然后設定電壓軸(縱軸)單位，可將通道CH1電壓設為轉矩，8870-21波形記錄儀會自動將電壓換算為轉矩顯示。設定完成后，按“開始/停止”按鈕開始記錄波形，然后立即切斷制動器電源，測試結束后再次按“開始/停止”按鈕停止波形記錄;最后，將數據保存至8870-21波形記錄儀的CF卡上便于分析。

2.3.2 測試結果

8870-21波形記錄儀上可以設定任意設定波形上的A/B光標，記錄儀上會自動顯示這兩點間的時間差。

測量結束保存測量數據至CF卡，用USB通信接口將波形數據輸入到計算機，用工控機軟件可查看并打印波形，如圖5所示。

圖5 制動器制動力矩波形圖

從圖5所示波形上很容易觀察制動器的響應過程，由軟件對波形進行回歸分析，查出制動器斷電到制動力矩達到額定制動力矩的時間。

3 結語

本文介紹的系統，經過了長時間的使用和驗證，其運行穩定、操作方便、測試精度高，很好地完成了無齒輪永磁同步電梯曳引機的各項電氣性能測試，為曳引機的質量檢測提供可靠技術支撐，具有較好的性價比和實用價值。

［1］GB/T 24478—2009，電梯曳引機［S］.2009.

［2］陽憲惠.現場總線技術及其應用［M］.北京:清華大學出版社，2008.