對電梯平衡系數檢測的探討

張雪輝

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 300192）

0 引言

據國家市場監督管理總局統計，截止2018年底，全國電梯總量為627.83萬臺。電梯已經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越受到人們的關注。平衡系數作為電梯的重要技術參數，其取值是否合理將直接影響到電梯的使用安全。2017年10月起開始實施的TSG T7001—2009《電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯》（以下簡稱“檢規”）第2號修改單，將監督檢驗中平衡系數試驗項改變為B類項，定期檢驗中也加入了平衡系數試驗項目，可見電梯平衡系數越來越被重視。同時，隨著電梯數量的逐年增加，定期檢驗中增加的平衡系數項目和制動試驗項目也加大了檢驗人員和維保人員的工作量，因此，如何高效準確地測量電梯平衡系數是檢驗人員和維保人員需要解決的一個問題。

1 平衡系數

對重裝置用于平衡轎廂和電梯負載重量，與轎廂分別懸掛在曳引鋼絲繩的兩端。轎廂內負載的大小在空載和額定載重之間隨機變化，當轎廂自重與負載之和等于對重重量時，電梯處于完全平衡的狀態，此時的載重稱為電梯的平衡點。當轎廂側的重量等于對重側的重量即電梯載重處于平衡點時，電梯運行只需克服摩擦力，此時電梯的平穩性、平層的準確性、節能及延長平均無故障時間等方面均處于最佳狀態。在電梯的平常使用中，為使轎廂內的載重多數情況接近平衡點，應合理選取平衡系數K［1］：

其中：G為對重的總質量，kg；P為轎廂自身的質量，kg；Q為電梯的額定載重量，kg。

GB／T 10058—2009《電梯技術條件》3.3.8規定，曳引式電梯的平衡系數應在0.4～0.5范圍內。對于輕載工況比較多的電梯，平衡系數宜取下限；對于重載工況比較多的電梯，平衡系數宜取上限。

2 平衡系數的測量方法

測量平衡系數的方法有很多，主要有稱重測量法、電流測量法、使用平衡系數檢測儀器等方法。

2.1 稱重測量法

通過稱量轎廂及其附件的重量和對重及附件的重量，計算出轎廂側與對重側的重量差，通過式（1）計算得出平衡系數［2］。直接稱重測量的方法誤差較小，但在實際檢驗中可操作性不強，因此在檢驗中該方法較少使用。

2.2 電流測量法

轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%做上、下全程運行，當轎廂和對重運行到同一水平位置時，記錄電動機的電流值，繪制電流—負荷曲線，以上、下行運行曲線的交點確定平衡系數［3］。電流測量法是檢規中提到的檢驗方法，該方法操作簡單，可操作性強，在實際檢驗中被普遍采用。

2.3 平衡系數檢測儀器法

目前市場上也出現了一些檢測平衡系數的儀器，例如德爾塔TYP1-03S電梯平衡系數測試儀、ZDPH-D型電梯平衡系數檢測儀等。采用平衡系數測試儀測量平衡系數，無需搬運砝碼，可空載測量，大大節省了測量時間，但這些儀器一般造價較高，且使用維護成本較高，同時針對無機房電梯和一些控制柜距離驅動主機較遠的電梯，在使用中也不太方便，因此在實際檢驗中未被廣泛使用。

雖然測量平衡系數的方法很多，但是考慮到方便性、可操作性、經濟性等原因，在監督檢驗和定期檢驗中常用的還是電流測量法，因此本文僅探討采用電流法測量平衡系數。

3 電流法測量平衡系數

3.1 測量點的選擇

在使用電流法測量平衡系數時，按照檢規中的要求，應測量記錄電動機的電流值，即變頻器輸出端的電流值，但在實際檢驗中，很多情況下電機端的電流值不方便測量，如控制柜在井道內的無機房電梯中，此時就需要探討是否可以通過測量電源端即變頻器輸入端的電流值來確定平衡系數。

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整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）以及制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成［4］。當轎廂側重量大于對重側重量電梯下行，或轎廂側重量小于對重側重量電梯上行時，電機從電動狀態轉為發電狀態。電機再生的電能經續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法通過整流橋回饋到電網，而是通過制動電阻和其他元件消耗掉，因此在變頻器輸入端和輸出端測量的電流值不一樣。

電梯的額定載重量為1 000kg、速度為1.5m／s、層站為11層11站時在電源端和電機端測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，相同載荷下兩端測量的電流值不同，曲線形狀也不同，但得出的平衡系數幾乎是一樣的。這是因為轎廂內裝載平衡點載重量時，轎廂重量和對重的重量剛好相同，此時當轎廂和對重運行到同一水平位置，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該一樣［5］。也就是說，不論電流從電源端經過變頻器到達電機端期間經歷了什么變化，當作用力和速度一樣時，對應的電流也是相同的，與運行方向無關。因此在測量時，盡管在電源端和電機端所測得的電流值不同，電流變化曲線也不一致，但最后得出的平衡系數是基本相同的。

在實際檢驗中，有些檢驗人員在分別通過測量電源端和電機端的電流確定平衡系數時，會發現得出的結果有較小的差異。這種差異并不是因為理論上導致的不同，而是因為在測量過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，即使在同一位置測量兩次平衡系數也會出現偏差［6］。

由以上分析可以得出，當電機端電流不方便測量時，可以使用在電源端測量得出的電流來確定平衡系數。

圖1 電源端電流曲線

圖2 電機端電流曲線

3.2 測量工具的選擇

電流測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；工頻電流經過變頻器后，轉變為驅動主機電機的額定頻率，不同速度、不同型號、不同規格的電機頻率也不相同，因此在測量時應使用滿足頻率要求的寬頻鉗形電流表測量。為了測量準確，測量時應正確選用電流表的量程，將被測導線置于鉗口中部，并使鉗口緊密結合。

3.3 轎廂內裝載重量的選擇

檢規中提出，測量平衡系數時，轎廂內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，當實際平衡系數小于30%或者大于60%時，電流值曲線的交點未在測量值區間內，如果根據曲線趨勢來直接確定平衡系數，則可能造成很大誤差；如果繼續調整轎廂內載重量，測量更多載重對應的電流值，則增加了很多的工作量。因此，在實際測量平衡系數時應靈活調整轎廂內的載重，在能準確繪制出交點曲線的情況下，應盡量減少載荷的搬運和測量。

以測量電源端電流值為例，在第一次測量時可直接裝載40%額定載重量的載荷，在上行、下行時分別測量出電流值，如果上行電流大于下行電流，轎廂內載荷應減少到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，再根據測量得出的電流值來調整轎廂內的載荷。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，只要測量出平衡點兩側載荷對應的電流值即可計算出平衡系數。

4 結語

平衡系數是電梯安全運行的一個重要參數，必須保證在合理范圍內。電梯定期檢驗時，在做制動試驗等試驗項目前必須確保平衡系數符合要求。在使用電流法測量平衡系數時，首先考慮測量電機端的電流，但現場不方便測量輸出端電流時也可通過測量電源端的電流來確定平衡系數。同時，在測量時應根據測量的電流值隨時調整轎廂內裝載的載荷重量，確保交點值在測量范圍內，以提高測量的準確性和檢驗效率。