兩款電梯安全回路淺析

摘要：電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，其安全運(yùn)行一直備受關(guān)注。電梯的安全運(yùn)行靠的是由一系列的安全機(jī)械部件及其相應(yīng)的電氣安全開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電梯發(fā)生各種意外情況時(shí)能保證機(jī)器能快速反應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械電氣聯(lián)動(dòng)安全保護(hù)。而電氣方面保護(hù)主要是由電梯的安全回路來(lái)保障。經(jīng)調(diào)查表明電梯發(fā)生的故障中50%以上發(fā)生在安全回路上。所以其重要性一直備受關(guān)注。

關(guān)鍵詞：電梯；安全回路；電壓負(fù)反饋

1第一款電梯安全回路特點(diǎn)

電梯用得最多最常見(jiàn)的一種安全回路（如圖1）。從圖可以看出安全回路是由各種安全開關(guān)串聯(lián)組成的。其中包括靜態(tài)開關(guān)組和動(dòng)態(tài)開關(guān)組。靜態(tài)開關(guān)組與動(dòng)態(tài)開關(guān)組也是串聯(lián)的由同一個(gè)供電電源進(jìn)行供電。其中靜態(tài)開關(guān)組主要包括各種檢測(cè)開關(guān)如：上下極限開關(guān)，機(jī)房急停開關(guān)，限速器開關(guān)，底坑急停開關(guān)，轎頂急停開關(guān)，轎廂急停開關(guān)；這類開關(guān)在正常的使用過(guò)程中是閉合的。只有當(dāng)緊急情況下此類開關(guān)才動(dòng)作以保障轎廂內(nèi)人員安全。而動(dòng)態(tài)開關(guān)組包括：轎門鎖開關(guān)，廳門鎖開關(guān)。此類開關(guān)在正常運(yùn)行時(shí)既要頻繁通斷又要在緊急情況時(shí)能及時(shí)斷開保證安全。而在安全回路的末端是驅(qū)動(dòng)電梯的運(yùn)行接觸器。保證此接觸器動(dòng)作的可靠性至關(guān)重要。

圖1第一款電梯安全回路接線圖

2第一款安全回路的分析

第一，電梯靜態(tài)開關(guān)組廣泛分布于從機(jī)房到井道到底坑甚至還有轎廂，整個(gè)回路較長(zhǎng)；再加上動(dòng)態(tài)回路，和樓層高度的增加。一個(gè)完整的電梯安全回路往往有幾十或者上百甚至幾百米的長(zhǎng)度。

眾所周知，電流流經(jīng)傳輸導(dǎo)線時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降，而傳輸導(dǎo)線上的電壓降常常被忽視。如果回路需要經(jīng)過(guò)150米導(dǎo)線向運(yùn)行接觸器供電，接觸器所需電流為1A。按照“線徑電流對(duì)照表”，一般選擇0.75mm2線徑的導(dǎo)線

但是，根據(jù)導(dǎo)線截面積設(shè)計(jì)式 S=IL/（54.4U）（式中S-導(dǎo)線設(shè)計(jì)的截面積。I導(dǎo)線通過(guò)的最大電流。U-導(dǎo)線允許的壓降。L導(dǎo)線長(zhǎng)度）可以知道，長(zhǎng)度150m、線徑0.75mm2的導(dǎo)線上流過(guò)4A電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生4.90V的電壓降這意味著從電源輸出的DC48V電壓到達(dá)導(dǎo)線末端的運(yùn)行接觸器時(shí)只有DC43.09V。再加上溫度因素，冬天導(dǎo)線的電阻率也會(huì)隨著溫度的下降導(dǎo)致線路總回路電阻增大，回路末端的壓降更明顯。（圖1.a）所示為國(guó)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)直徑1mm2的導(dǎo)線線長(zhǎng)與壓降關(guān)系曲線）這對(duì)于普通接觸器來(lái)說(shuō)這是無(wú)法承受的。

圖1.a：國(guó)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)直徑1mm2的導(dǎo)線線長(zhǎng)與壓降關(guān)系曲線

第二，電梯的安全回路開關(guān)有一部分是動(dòng)態(tài)開關(guān)組，開關(guān)經(jīng)常閉合和斷開。觸點(diǎn)非常容易氧化打火花。尤其這類動(dòng)態(tài)開關(guān)都在轎廳門聯(lián)動(dòng)的門機(jī)械組件上。而廳轎門聯(lián)動(dòng)在開關(guān)接觸到位時(shí)動(dòng)作會(huì)放慢速度，而開關(guān)接觸得越慢其開關(guān)打火花的程度就越厲害。所以使用時(shí)間越長(zhǎng)動(dòng)態(tài)開關(guān)的觸點(diǎn)的電阻越大。導(dǎo)致總安全回路的總電阻會(huì)進(jìn)一步增大。以上因素造成實(shí)際測(cè)量的安全會(huì)路末端電壓只有DC39-40V。

根據(jù)低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備國(guó)標(biāo)GB14048.1-2006中，第4.5.1節(jié)所規(guī)定：控制電源電壓值不應(yīng)小于額定控制電源電壓的85%，那么接觸器最小吸合電壓不低于額定電壓的0.85倍，接觸器在低于此值的情況下工作將無(wú)法吸合造成故障。

上述這些因素產(chǎn)生的電壓降都能造成電梯故障，存在較大的安全隱患。基于第一款電梯安全回路有上述特點(diǎn)。為提高運(yùn)行接觸器動(dòng)作的可靠性，廠家一般都使用安全繼電器作為運(yùn)行接觸器輔助觸點(diǎn)。或者增加安全回路的線徑解決上述問(wèn)題。

2.1、第二款電梯安全回路的特點(diǎn)

圖2：第二款安全回路

該款安全回的電源使用雙路輸入DC24V電源以確保安全回路供電的可靠性。當(dāng)其中一路電源失效時(shí)保證電梯的運(yùn)行中不會(huì)突然中斷導(dǎo)致故障。另外，該款安全回路引入了電壓負(fù)反饋。以穩(wěn)定安全回路末端的電壓，保證電梯運(yùn)行接觸器可靠工作。其負(fù)反饋回路等效電路如下圖2.a。

圖2.a電壓負(fù)反饋回路

2.2、第二款電梯安全回路分析

2.2.1電壓負(fù)反饋調(diào)整安全回路電源VSK電壓

圖4中R1為安全回路線路總電阻（安全開關(guān)觸點(diǎn)、電纜線路、各插件的總電阻），R2為運(yùn)行接觸器的等效電阻。安全回路末端取樣電壓Uf被反饋到內(nèi)部電源VSK的輸入端，VSK通過(guò)比較 Uf的大小進(jìn)一步調(diào)整電源VSK的輸出電壓Uo。

Uo=VSK-Uf Uf=UA=UR2（1-1）

當(dāng)Uf減少，Uo增加。當(dāng)Uf增加，Uo減少。即安全回路輸出電壓Uo跟據(jù)末端電壓UR2的變化而調(diào)整，整個(gè)安全回路是一個(gè)帶電壓負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。取樣 電壓Uf=UR2，根據(jù)電路原理可知其采樣電流很小，可忽略不計(jì)，那么圖4 可等效為圖5

圖2.b

根據(jù)基爾霍夫定律：對(duì)于任一節(jié)點(diǎn)，所有流出結(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和等于零。沿一回路，所有支路電壓的代數(shù)和等于零。圖5中，VSK、R1、R2組成一個(gè)閉合回路，那么有：

-Uo+UR1+UR2=0 UR2=UAB=Uo-UR1（1-2）

根據(jù)式1-2可知，當(dāng)安全回路線路總電阻受到客觀條件的影響而增大時(shí)，兩端壓降UR1隨之增大。UR2有下降的趨勢(shì)。此時(shí)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)使Uo增大，阻止安

全回路末端電壓UR2下降并保持在24V不變。

2.2.2 電壓負(fù)反饋使安回路總電阻減少

跟據(jù)電壓負(fù)反饋控制原理：輸出電阻減少到原來(lái)的+倍，電壓負(fù)反饋系統(tǒng)使安全回路線路總電阻R1減少到R1i，即：

（1-3）

式1-3中：是控制系統(tǒng)的開環(huán)增益，反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)。因此，R1i是一很少的值，對(duì)安全回路影響可忽略不計(jì)，提高安全回路的穩(wěn)定性。

2.2.3 電壓負(fù)反饋使安全回路末端電壓穩(wěn)定

圖2.b中，從端口AB向左看，整個(gè)安全回路可等效成由一個(gè)帶負(fù)反饋的可變電源Uo和內(nèi)阻R1i串聯(lián)的電壓源，且端口電壓UAB恒等于24V的兩端口網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)圖2.1C。

圖2.c 圖2.d

由替代定理可知：給定的線性電阻電路，其中第k支路的電壓Uk和電流Ik為已知，那么此支路就可以用一個(gè)電壓等于Uk的電壓源Us或一個(gè)電流等于Ik的電流Is替代。

在圖2.c中，Uo與R1i串聯(lián)的支路可看成替代定理中的k支路，端口AB電壓UAB=Uk=24V。那么Uo和內(nèi)阻R1i串聯(lián)的支路可以用電壓源Us替代，即Us=Uk=24V且直接與電阻R2并聯(lián)，圖2.c等效成圖2.d。當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定的24V電壓直接加在RSK、RSK1繼電器兩端，使繼電器工作穩(wěn)定性大大提高了。

實(shí)驗(yàn)證明，安全回路線路總電阻R1在很大范圍變化時(shí)，安全回路末端電壓UR2在電壓負(fù)反饋的作用下保持24V恒定，見(jiàn)表1

表1

綜合上述，安全回路采用電壓負(fù)反饋的閉環(huán)控制方式時(shí)，安全回路末端電壓穩(wěn)定運(yùn)行接觸器的額定電壓值，減少了總電阻對(duì)安全回路的影響，大大提高了安全回路工作穩(wěn)定性。

使用引入電壓負(fù)反饋?zhàn)鳛榘踩芈返碾娞輳S家，可以在不增加安全回路線徑的情況下既保證電梯的安全運(yùn)行，又節(jié)省了成本很值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱關(guān)源 《電路》 高等教育出版社（第四版）

[2]董 平 《電子電路原理》 機(jī)械工業(yè)出版社

[3]國(guó) 標(biāo) 《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》GB14048.1-2006