對(duì)電梯平衡系數(shù)檢測(cè)的探討

張雪輝

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192）

0 引言

據(jù)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局統(tǒng)計(jì)，截止2018年底，全國(guó)電梯總量為627.83萬(wàn)臺(tái)。電梯已經(jīng)成為人們生活中必不可少的出行工具，而電梯的使用安全也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。平衡系數(shù)作為電梯的重要技術(shù)參數(shù)，其取值是否合理將直接影響到電梯的使用安全。2017年10月起開(kāi)始實(shí)施的TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》（以下簡(jiǎn)稱“檢規(guī)”）第2號(hào)修改單，將監(jiān)督檢驗(yàn)中平衡系數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)改變?yōu)锽類項(xiàng)，定期檢驗(yàn)中也加入了平衡系數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目，可見(jiàn)電梯平衡系數(shù)越來(lái)越被重視。同時(shí)，隨著電梯數(shù)量的逐年增加，定期檢驗(yàn)中增加的平衡系數(shù)項(xiàng)目和制動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目也加大了檢驗(yàn)人員和維保人員的工作量，因此，如何高效準(zhǔn)確地測(cè)量電梯平衡系數(shù)是檢驗(yàn)人員和維保人員需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

1 平衡系數(shù)

對(duì)重裝置用于平衡轎廂和電梯負(fù)載重量，與轎廂分別懸掛在曳引鋼絲繩的兩端。轎廂內(nèi)負(fù)載的大小在空載和額定載重之間隨機(jī)變化，當(dāng)轎廂自重與負(fù)載之和等于對(duì)重重量時(shí)，電梯處于完全平衡的狀態(tài)，此時(shí)的載重稱為電梯的平衡點(diǎn)。當(dāng)轎廂側(cè)的重量等于對(duì)重側(cè)的重量即電梯載重處于平衡點(diǎn)時(shí)，電梯運(yùn)行只需克服摩擦力，此時(shí)電梯的平穩(wěn)性、平層的準(zhǔn)確性、節(jié)能及延長(zhǎng)平均無(wú)故障時(shí)間等方面均處于最佳狀態(tài)。在電梯的平常使用中，為使轎廂內(nèi)的載重多數(shù)情況接近平衡點(diǎn)，應(yīng)合理選取平衡系數(shù)K［1］：

其中：G為對(duì)重的總質(zhì)量，kg；P為轎廂自身的質(zhì)量，kg；Q為電梯的額定載重量，kg。

GB／T 10058—2009《電梯技術(shù)條件》3.3.8規(guī)定，曳引式電梯的平衡系數(shù)應(yīng)在0.4～0.5范圍內(nèi)。對(duì)于輕載工況比較多的電梯，平衡系數(shù)宜取下限；對(duì)于重載工況比較多的電梯，平衡系數(shù)宜取上限。

2 平衡系數(shù)的測(cè)量方法

測(cè)量平衡系數(shù)的方法有很多，主要有稱重測(cè)量法、電流測(cè)量法、使用平衡系數(shù)檢測(cè)儀器等方法。

2.1 稱重測(cè)量法

通過(guò)稱量轎廂及其附件的重量和對(duì)重及附件的重量，計(jì)算出轎廂側(cè)與對(duì)重側(cè)的重量差，通過(guò)式（1）計(jì)算得出平衡系數(shù)［2］。直接稱重測(cè)量的方法誤差較小，但在實(shí)際檢驗(yàn)中可操作性不強(qiáng)，因此在檢驗(yàn)中該方法較少使用。

2.2 電流測(cè)量法

轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%做上、下全程運(yùn)行，當(dāng)轎廂和對(duì)重運(yùn)行到同一水平位置時(shí)，記錄電動(dòng)機(jī)的電流值，繪制電流—負(fù)荷曲線，以上、下行運(yùn)行曲線的交點(diǎn)確定平衡系數(shù)［3］。電流測(cè)量法是檢規(guī)中提到的檢驗(yàn)方法，該方法操作簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，在實(shí)際檢驗(yàn)中被普遍采用。

2.3 平衡系數(shù)檢測(cè)儀器法

目前市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一些檢測(cè)平衡系數(shù)的儀器，例如德?tīng)査YP1-03S電梯平衡系數(shù)測(cè)試儀、ZDPH-D型電梯平衡系數(shù)檢測(cè)儀等。采用平衡系數(shù)測(cè)試儀測(cè)量平衡系數(shù)，無(wú)需搬運(yùn)砝碼，可空載測(cè)量，大大節(jié)省了測(cè)量時(shí)間，但這些儀器一般造價(jià)較高，且使用維護(hù)成本較高，同時(shí)針對(duì)無(wú)機(jī)房電梯和一些控制柜距離驅(qū)動(dòng)主機(jī)較遠(yuǎn)的電梯，在使用中也不太方便，因此在實(shí)際檢驗(yàn)中未被廣泛使用。

雖然測(cè)量平衡系數(shù)的方法很多，但是考慮到方便性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等原因，在監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)中常用的還是電流測(cè)量法，因此本文僅探討采用電流法測(cè)量平衡系數(shù)。

3 電流法測(cè)量平衡系數(shù)

3.1 測(cè)量點(diǎn)的選擇

在使用電流法測(cè)量平衡系數(shù)時(shí)，按照檢規(guī)中的要求，應(yīng)測(cè)量記錄電動(dòng)機(jī)的電流值，即變頻器輸出端的電流值，但在實(shí)際檢驗(yàn)中，很多情況下電機(jī)端的電流值不方便測(cè)量，如控制柜在井道內(nèi)的無(wú)機(jī)房電梯中，此時(shí)就需要探討是否可以通過(guò)測(cè)量電源端即變頻器輸入端的電流值來(lái)確定平衡系數(shù)。

電梯變頻器主要采用交－直－交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）以及制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元等組成［4］。當(dāng)轎廂側(cè)重量大于對(duì)重側(cè)重量電梯下行，或轎廂側(cè)重量小于對(duì)重側(cè)重量電梯上行時(shí)，電機(jī)從電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)。電機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管全波整流后反饋到直流電路，由于直流電路的電能無(wú)法通過(guò)整流橋回饋到電網(wǎng)，而是通過(guò)制動(dòng)電阻和其他元件消耗掉，因此在變頻器輸入端和輸出端測(cè)量的電流值不一樣。

電梯的額定載重量為1 000kg、速度為1.5m／s、層站為11層11站時(shí)在電源端和電機(jī)端測(cè)得的電流值曲線如圖1、圖2所示。從圖1和圖2中可以看出，相同載荷下兩端測(cè)量的電流值不同，曲線形狀也不同，但得出的平衡系數(shù)幾乎是一樣的。這是因?yàn)檗I廂內(nèi)裝載平衡點(diǎn)載重量時(shí)，轎廂重量和對(duì)重的重量剛好相同，此時(shí)當(dāng)轎廂和對(duì)重運(yùn)行到同一水平位置，電梯上行和下行所需的作用力一樣，在相同速度下，電梯上行和下行所需的電流值也應(yīng)該一樣［5］。也就是說(shuō)，不論電流從電源端經(jīng)過(guò)變頻器到達(dá)電機(jī)端期間經(jīng)歷了什么變化，當(dāng)作用力和速度一樣時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流也是相同的，與運(yùn)行方向無(wú)關(guān)。因此在測(cè)量時(shí)，盡管在電源端和電機(jī)端所測(cè)得的電流值不同，電流變化曲線也不一致，但最后得出的平衡系數(shù)是基本相同的。

在實(shí)際檢驗(yàn)中，有些檢驗(yàn)人員在分別通過(guò)測(cè)量電源端和電機(jī)端的電流確定平衡系數(shù)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)得出的結(jié)果有較小的差異。這種差異并不是因?yàn)槔碚撋蠈?dǎo)致的不同，而是因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中操作上的一些偏差引起的。這種偏差具有一定的普遍性，即使在同一位置測(cè)量?jī)纱纹胶庀禂?shù)也會(huì)出現(xiàn)偏差［6］。

由以上分析可以得出，當(dāng)電機(jī)端電流不方便測(cè)量時(shí)，可以使用在電源端測(cè)量得出的電流來(lái)確定平衡系數(shù)。

圖1 電源端電流曲線

圖2 電機(jī)端電流曲線

3.2 測(cè)量工具的選擇

電流測(cè)量法最常用的工具為鉗形電流表。鉗形電流表種類繁多，根據(jù)功能可分為普通型交流鉗形表、交直流兩用鉗形表等；按工作原理可分為磁電式和電磁式兩類，其中測(cè)量工頻交流電的是磁電式，而電磁式為交直流兩用［7］。電源端電流為工頻交流電，則普通鉗形電流表和寬頻鉗形電流表都可以使用；工頻電流經(jīng)過(guò)變頻器后，轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)主機(jī)電機(jī)的額定頻率，不同速度、不同型號(hào)、不同規(guī)格的電機(jī)頻率也不相同，因此在測(cè)量時(shí)應(yīng)使用滿足頻率要求的寬頻鉗形電流表測(cè)量。為了測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量時(shí)應(yīng)正確選用電流表的量程，將被測(cè)導(dǎo)線置于鉗口中部，并使鉗口緊密結(jié)合。

3.3 轎廂內(nèi)裝載重量的選擇

檢規(guī)中提出，測(cè)量平衡系數(shù)時(shí)，轎廂內(nèi)分別裝載額定載荷的30%、40%、45%、50%、60%，但是由圖1和圖2可以看出，當(dāng)實(shí)際平衡系數(shù)小于30%或者大于60%時(shí)，電流值曲線的交點(diǎn)未在測(cè)量值區(qū)間內(nèi)，如果根據(jù)曲線趨勢(shì)來(lái)直接確定平衡系數(shù)，則可能造成很大誤差；如果繼續(xù)調(diào)整轎廂內(nèi)載重量，測(cè)量更多載重對(duì)應(yīng)的電流值，則增加了很多的工作量。因此，在實(shí)際測(cè)量平衡系數(shù)時(shí)應(yīng)靈活調(diào)整轎廂內(nèi)的載重，在能準(zhǔn)確繪制出交點(diǎn)曲線的情況下，應(yīng)盡量減少載荷的搬運(yùn)和測(cè)量。

以測(cè)量電源端電流值為例，在第一次測(cè)量時(shí)可直接裝載40%額定載重量的載荷，在上行、下行時(shí)分別測(cè)量出電流值，如果上行電流大于下行電流，轎廂內(nèi)載荷應(yīng)減少到30%額定載重量；如果上行電流小于下行電流，則增加到50%額定載重量；如果上下行電流值相差很大，則直接減少到20%額定載重量或增加到60%額定載重量，再根據(jù)測(cè)量得出的電流值來(lái)調(diào)整轎廂內(nèi)的載荷。從圖1可以看出，電源端的電流曲線接近線性，為了提高效率，只要測(cè)量出平衡點(diǎn)兩側(cè)載荷對(duì)應(yīng)的電流值即可計(jì)算出平衡系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

平衡系數(shù)是電梯安全運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，必須保證在合理范圍內(nèi)。電梯定期檢驗(yàn)時(shí)，在做制動(dòng)試驗(yàn)等試驗(yàn)項(xiàng)目前必須確保平衡系數(shù)符合要求。在使用電流法測(cè)量平衡系數(shù)時(shí)，首先考慮測(cè)量電機(jī)端的電流，但現(xiàn)場(chǎng)不方便測(cè)量輸出端電流時(shí)也可通過(guò)測(cè)量電源端的電流來(lái)確定平衡系數(shù)。同時(shí)，在測(cè)量時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量的電流值隨時(shí)調(diào)整轎廂內(nèi)裝載的載荷重量，確保交點(diǎn)值在測(cè)量范圍內(nèi)，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和檢驗(yàn)效率。