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，其安全運行一直備受關注。電梯的安全運行靠的是由一系列的安全機械部件及其相應的電氣安全開關實現(xiàn)的。當電梯發(fā)生各種意外情況時能保證機器能快速反應實現(xiàn)機械電氣聯(lián)動安全保護。而電氣方面保護主要是由電梯的安全回路來保障。經調查表明電梯發(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注。

關鍵詞：電梯；安全回路；電壓負反饋

1第一款電梯安全回路特點

電梯用得最多最常見的一種安全回路（如圖1）。從圖可以看出安全回路是由各種安全開關串聯(lián)組成的。其中包括靜態(tài)開關組和動態(tài)開關組。靜態(tài)開關組與動態(tài)開關組也是串聯(lián)的由同一個供電電源進行供電。其中靜態(tài)開關組主要包括各種檢測開關如：上下極限開關，機房急停開關，限速器開關，底坑急停開關，轎頂急停開關，轎廂急停開關；這類開關在正常的使用過程中是閉合的。只有當緊急情況下此類開關才動作以保障轎廂內人員安全。而動態(tài)開關組包括：轎門鎖開關，廳門鎖開關。此類開關在正常運行時既要頻繁通斷又要在緊急情況時能及時斷開保證安全。而在安全回路的末端是驅動電梯的運行接觸器。保證此接觸器動作的可靠性至關重要。

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)開關組廣泛分布于從機房到井道到底坑甚至還有轎廂，整個回路較長；再加上動態(tài)回路，和樓層高度的增加。一個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度。

眾所周知，電流流經傳輸導線時會產生電壓降，而傳輸導線上的電壓降常常被忽視。如果回路需要經過150米導線向運行接觸器供電，接觸器所需電流為1A。按照“線徑電流對照表”，一般選擇0.75mm2線徑的導線

但是，根據導線截面積設計式 S=IL/（54.4U）（式中S-導線設計的截面積。I導線通過的最大電流。U-導線允許的壓降。L導線長度）可以知道，長度150m、線徑0.75mm2的導線上流過4A電流時，會產生4.90V的電壓降這意味著從電源輸出的DC48V電壓到達導線末端的運行接觸器時只有DC43.09V。再加上溫度因素，冬天導線的電阻率也會隨著溫度的下降導致線路總回路電阻增大，回路末端的壓降更明顯。（圖1.a）所示為國外研究機構對直徑1mm2的導線線長與壓降關系曲線）這對于普通接觸器來說這是無法承受的。

圖1.a：國外研究機構對直徑1mm2的導線線長與壓降關系曲線

第二，電梯的安全回路開關有一部分是動態(tài)開關組，開關經常閉合和斷開。觸點非常容易氧化打火花。尤其這類動態(tài)開關都在轎廳門聯(lián)動的門機械組件上。而廳轎門聯(lián)動在開關接觸到位時動作會放慢速度，而開關接觸得越慢其開關打火花的程度就越厲害。所以使用時間越長動態(tài)開關的觸點的電阻越大。導致總安全回路的總電阻會進一步增大。以上因素造成實際測量的安全會路末端電壓只有DC39-40V。

根據低壓開關設備和控制設備國標GB14048.1-2006中，第4.5.1節(jié)所規(guī)定：控制電源電壓值不應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法吸合造成故障。

上述這些因素產生的電壓降都能造成電梯故障，存在較大的安全隱患?；诘谝豢铍娞莅踩芈酚猩鲜鎏攸c。為提高運行接觸器動作的可靠性，廠家一般都使用安全繼電器作為運行接觸器輔助觸點?；蛘咴黾影踩芈返木€徑解決上述問題。

2.1、第二款電梯安全回路的特點

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。當其中一路電源失效時保證電梯的運行中不會突然中斷導致故障。另外，該款安全回路引入了電壓負反饋。以穩(wěn)定安全回路末端的電壓，保證電梯運行接觸器可靠工作。其負反饋回路等效電路如下圖2.a。

圖2.a電壓負反饋回路

2.2、第二款電梯安全回路分析

2.2.1電壓負反饋調整安全回路電源VSK電壓

圖4中R1為安全回路線路總電阻（安全開關觸點、電纜線路、各插件的總電阻），R2為運行接觸器的等效電阻。安全回路末端取樣電壓Uf被反饋到內部電源VSK的輸入端，VSK通過比較 Uf的大小進一步調整電源VSK的輸出電壓Uo。

Uo=VSK-Uf Uf=UA=UR2（1-1）

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

圖2.b

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

-Uo+UR1+UR2=0 UR2=UAB=Uo-UR1（1-2）

根據式1-2可知，當安全回路線路總電阻受到客觀條件的影響而增大時，兩端壓降UR1隨之增大。UR2有下降的趨勢。此時電壓負反饋系統(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 電壓負反饋使安回路總電阻減少

跟據電壓負反饋控制原理：輸出電阻減少到原來的+倍，電壓負反饋系統(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，反饋網絡的反饋系數。因此，R1i是一很少的值，對安全回路影響可忽略不計，提高安全回路的穩(wěn)定性。

2.2.3 電壓負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，整個安全回路可等效成由一個帶負反饋的可變電源Uo和內阻R1i串聯(lián)的電壓源，且端口電壓UAB恒等于24V的兩端口網絡，見圖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電壓等于Uk的電壓源Us或一個電流等于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。當電梯運行時，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。

實驗證明，安全回路線路總電阻R1在很大范圍變化時，安全回路末端電壓UR2在電壓負反饋的作用下保持24V恒定，見表1

表1

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

使用引入電壓負反饋作為安全回路的電梯廠家，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行，又節(jié)省了成本很值得推廣。

參考文獻：

[1]邱關源 《電路》 高等教育出版社（第四版）

[2]董 平 《電子電路原理》 機械工業(yè)出版社

[3]國 標 《低壓開關設備和控制設備》GB14048.1-2006