電梯平衡系數(shù)檢測(cè)的幾種方法探討

鄒宇飛 高華芬 張光耀 張傳基

（重慶市特種設(shè)備檢測(cè)研究院 重慶 401121）

電梯的平衡系數(shù)設(shè)置不正確，不僅會(huì)影響電梯的節(jié)能，而且會(huì)影響電梯的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)影響電梯的安全[1]。平衡系數(shù)設(shè)置過大，會(huì)使電梯在輕載時(shí)的停車制動(dòng)力增大，平衡系數(shù)設(shè)置過小，會(huì)使電梯在滿載時(shí)的停車制動(dòng)力增大，這兩種情況都會(huì)增加制動(dòng)器在部分失效時(shí)的發(fā)生打滑的風(fēng)險(xiǎn)。電梯平衡系數(shù)不僅要正確配置，對(duì)它的準(zhǔn)確檢測(cè)也是一個(gè)非常重要的問題。但在平衡系數(shù)的檢測(cè)中，存在一些誤區(qū)和一些不好處理的環(huán)節(jié)，如果對(duì)這些誤區(qū)和環(huán)節(jié)處理不好，平衡系數(shù)就容易出問題。

1 電梯的平衡系數(shù)的不同檢測(cè)方法

按電梯檢規(guī)規(guī)定，平衡系數(shù)的檢測(cè)應(yīng)該在電機(jī)端進(jìn)行檢測(cè)[2]，但在實(shí)際的平衡系數(shù)檢測(cè)中，有人是在電機(jī)端即變頻器的輸出端進(jìn)行檢測(cè)，而更多人則是在電源端即變頻器的輸入端進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)檩斎攵说碾娏鞲€(wěn)定。但這里出現(xiàn)一個(gè)問題：電梯的平衡系數(shù)是否可以在變頻器會(huì)輸入端進(jìn)行檢測(cè)？變頻器的輸入端和輸出端檢測(cè)出的平衡系數(shù)是否有差別？如果有差別，那這些差別是如何形成的。

1.1 變頻器輸入端和輸出端平衡系數(shù)的曲線圖

目前電梯上使用的變頻器是先將交流電變成直流電，再將直流電逆變成交流電[3]。在這種轉(zhuǎn)變過程中，要使用一些儲(chǔ)能元件，同時(shí)還需要進(jìn)行一些整流和濾波，這就不可避免地要使用一些電容甚至電感等儲(chǔ)能和濾波元件[4]。而這些轉(zhuǎn)換過程和儲(chǔ)能元件的使用，可能導(dǎo)致變頻器輸入端和輸出端的電流曲線變化不一樣。圖1是同一臺(tái)電梯的變頻器輸入端和輸出端測(cè)出的平衡系數(shù)電流曲線圖。從圖中明細(xì)可以看出，這兩個(gè)不同端測(cè)出的平衡系數(shù)曲線圖不僅各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電流值不一樣，而且曲線圖形也不一樣，輸入端的電流曲線類似于L型，而輸出端的電流曲線類似于U型。這是因?yàn)樵陔姍C(jī)端，空載側(cè)和滿載側(cè)重量差都比較大，一邊是電力驅(qū)動(dòng)，一邊是發(fā)電制動(dòng)，所以兩側(cè)的電流都較大，而中間部分接近重量平衡，無論是驅(qū)動(dòng)電流還是發(fā)電制動(dòng)電流都比較小，故電機(jī)端的電流曲線呈U型。而在電源端，由于電機(jī)端發(fā)電制動(dòng)的電流并不返回到電源端，這部分電流通常是通過制動(dòng)電阻或其他方式消耗掉，故電源端的電流曲線只是單側(cè)上揚(yáng)，整體曲線圖呈L型。

1.2 變頻器輸入端和輸出端的平衡系數(shù)的交點(diǎn)

同時(shí)，在同一載貨狀態(tài)下和同一速度下，變頻器輸入端和輸出端的電流值也可能不一樣。但值得注意的是，盡管電流值不同，但上行和下行曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡系數(shù)值卻是大致相同。下面圖1是一臺(tái)電梯（額定重量1050kg，速度1．75m/s，層站19/19）的電源端和電機(jī)端的平衡系數(shù)曲線實(shí)測(cè)圖，其中電源端和電機(jī)端的平衡系數(shù)測(cè)出是一樣的，都是0．485。這種情況并非偶然。因?yàn)樵谄胶庀禂?shù)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)是轎廂重量和對(duì)重重量剛好平衡，此時(shí)電梯上行和下行的作用力剛好一樣，而且此時(shí)電梯又是同樣速度，故電梯上行和下行需要的電流值也應(yīng)該一樣。雖然變頻器的輸入端到輸出端之間經(jīng)過了一些電流和電壓的變化，同時(shí)還存在整流和逆變的過程，但我們完全可以把中間過程看成一個(gè)“黑箱”，只要是同樣的輸入，就應(yīng)該有同樣的輸出，也就是說，不論是在變頻器的輸入端還是輸出端，也不管電流經(jīng)歷了什么變化，在同樣作用力和同樣速度下就應(yīng)該對(duì)應(yīng)同樣電流，而與運(yùn)行方向無關(guān)，所以在平衡點(diǎn)測(cè)試時(shí)，盡管電梯電流在變頻器輸入端和輸出端電流值不同，但對(duì)應(yīng)的平衡系數(shù)卻應(yīng)該基本上一樣。

1.3 變頻器輸入端和輸出端平衡系數(shù)測(cè)試偏差

圖1 變頻器輸入端（電源端）和輸出端（電機(jī)端）平衡系數(shù)電流曲線圖

從上面分析中知道，從理論上講變頻器的輸入端和輸出端測(cè)出的平衡系數(shù)應(yīng)該是一樣的，而且在很多實(shí)際檢測(cè)中也的確如此。但在實(shí)際檢測(cè)中，也有一些人在對(duì)變頻器兩個(gè)不同端點(diǎn)進(jìn)行平衡系數(shù)檢測(cè)比較時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)一些較小差異。但是，出現(xiàn)這種差異的真正原因，實(shí)際上并不是因?yàn)檫@兩個(gè)端點(diǎn)的不同，而是因?yàn)樵跈z測(cè)時(shí)出現(xiàn)的一些實(shí)際操作上的偏差。這種偏差具有一定普遍性，即使同一個(gè)端點(diǎn)測(cè)試兩次也會(huì)出現(xiàn)偏差。平衡系數(shù)的這種操作偏差可以來自下述兩個(gè)方面。

●1.3.1 平衡系數(shù)檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)的測(cè)量誤差

第一個(gè)方面是測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的測(cè)量誤差。測(cè)量誤差是由多種因素構(gòu)成的。例如測(cè)平衡系數(shù)時(shí)，用同樣的儀器在不同時(shí)間和不同的點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)儀器會(huì)有一定的儀器測(cè)量誤差，同時(shí)，電梯在幾次運(yùn)行時(shí)運(yùn)行條件不可能保證完全一樣，因而其運(yùn)行速度也不可能完全一樣，而且，即使用同一儀器的操作者在不同的時(shí)間和不同地點(diǎn)操作儀器時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些操作偏差，如選擇讀數(shù)的時(shí)機(jī)和讀數(shù)的早晚，這些都可能帶來一些實(shí)際測(cè)量結(jié)果的偏離。這些測(cè)量偏差能否讓它消除，如果采用適當(dāng)正確的方法，這些測(cè)量偏差可以變小，但不可能完全消除。減小測(cè)量誤差的基本方法就是盡可能多次測(cè)量，然后取其平均值。但這種多次測(cè)量后取平均值的方式有多種選擇，例如可以選10次測(cè)量后的平均值，也可以選15次測(cè)量后的平均值，還可以選20次測(cè)量后的平均值。但即使是20次測(cè)量后的平均值仍然不能說就是準(zhǔn)確值。從統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律上看，選取次數(shù)更多的測(cè)量平均值，可能更接近準(zhǔn)確值，但它仍不是準(zhǔn)確值。真正的絕對(duì)準(zhǔn)確值應(yīng)該是無限多次測(cè)量后的平均值，而這是一個(gè)不可能實(shí)現(xiàn)的理想數(shù)據(jù)。因此每一批有限測(cè)量后得出的均值和真正的準(zhǔn)確值之間仍然有一個(gè)偏差，這個(gè)偏差也無法避免。每次具體測(cè)量的值與多次測(cè)量后的均值的偏差，稱為隨機(jī)誤差，而多次測(cè)量后的均值與絕對(duì)準(zhǔn)確值之間的誤差稱為系統(tǒng)誤差，每次的測(cè)量誤差是隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的疊加。如果在測(cè)電梯平衡系數(shù)時(shí)能夠做盡可能多的測(cè)量，比如測(cè)量幾十次然后取平均值，去掉隨機(jī)誤差，僅留一個(gè)系統(tǒng)誤差，但事實(shí)上不可能。由于平衡系數(shù)的電流測(cè)量的整個(gè)過程比較麻煩，實(shí)際檢測(cè)過程中一般不會(huì)重復(fù)測(cè)量去取均值。這就意味著在實(shí)際測(cè)試中，肯定是既存在隨機(jī)誤差，也存在系統(tǒng)誤差，即整個(gè)測(cè)量誤差相對(duì)較大。也就是說，對(duì)同一臺(tái)電梯，在電源端和電機(jī)端測(cè)出的平衡系數(shù)的平衡點(diǎn)有時(shí)有一些差異應(yīng)該是一種測(cè)量誤差，而從理論上講測(cè)出的平衡系數(shù)應(yīng)該一樣。而且，由于偏差的必然性和隨機(jī)性，一般情況下在變頻器的輸入端和輸出端出現(xiàn)偏差時(shí)還難以斷定哪一個(gè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)。

●1.3.2 平衡系數(shù)檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)的繪圖誤差

在變頻器輸入端和輸出端檢測(cè)平衡系數(shù)時(shí)出現(xiàn)的偏差還可能來自另一個(gè)方面：繪圖誤差。筆者在對(duì)平衡系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通常只是對(duì)很有限的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行電流測(cè)試，而對(duì)其余的點(diǎn)，則是通過曲線進(jìn)行人為的平滑連接，但這種人為的平滑連接，極有可能出現(xiàn)繪圖偏差，尤其是在幾個(gè)點(diǎn)位置相隔較開，這種偏差可能更大。而且，因?yàn)樵谧冾l器的輸入端和輸出端平衡系數(shù)曲線圖的形狀差別本身就很大，這更有可能在曲線連接時(shí)出現(xiàn)繪圖偏差。

2 變頻器輸入端的數(shù)據(jù)在平衡系數(shù)檢測(cè)中有一定輔助作用

如前所述，在電梯電源端（即變頻器輸入端）和電機(jī)端（即變頻器輸出端）測(cè)出的平衡系數(shù)的電流值雖然會(huì)不一樣，但對(duì)應(yīng)的平衡系數(shù)卻應(yīng)基本一致。這一結(jié)果實(shí)際上對(duì)電梯平衡系數(shù)的檢測(cè)有很好的輔助作用。按電梯檢規(guī)的規(guī)定，平衡系數(shù)的檢測(cè)應(yīng)該在電機(jī)端進(jìn)行，有很多電梯制造廠也有這種規(guī)定，但在實(shí)際平衡系數(shù)檢測(cè)中，有時(shí)在電機(jī)端進(jìn)行平衡系數(shù)檢測(cè)會(huì)出現(xiàn)一些問題。一般的電梯在新安裝時(shí)導(dǎo)靴和導(dǎo)軌處在一個(gè)磨合期，其運(yùn)行阻力和速度會(huì)不穩(wěn)定，而且有的電梯在新安裝時(shí)導(dǎo)軌垂直度會(huì)有一些的偏差、導(dǎo)軌和導(dǎo)軌的結(jié)合部有時(shí)也會(huì)有一些小臺(tái)階，這些因素都可能導(dǎo)致平衡系數(shù)檢測(cè)時(shí)電流值不穩(wěn)定，因此在電機(jī)端進(jìn)行平衡系數(shù)檢測(cè)有時(shí)會(huì)不好讀數(shù)據(jù)，誤差也很大，在這種情況下如果再測(cè)一個(gè)電源端的平衡系數(shù)作為參考值，有助于增加平衡系數(shù)檢測(cè)的可靠性。另外當(dāng)電機(jī)端的平衡系數(shù)檢測(cè)結(jié)果在0．4或0．5的邊界值時(shí)，也可以再測(cè)一個(gè)電源端的平衡系數(shù)作為參考值，以確定實(shí)際檢測(cè)的平衡系數(shù)是否會(huì)超標(biāo)。

3 電梯平衡系數(shù)在不同速度下的檢測(cè)

按電梯檢規(guī)規(guī)定測(cè)定平衡系數(shù)的方法應(yīng)該是：轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、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)。這里所謂的“全程運(yùn)行”，一般人的理解是電梯正常運(yùn)行的速度，即俗稱的“快車”，而且是在轎廂和對(duì)重運(yùn)行到同一水平位置時(shí)記錄電流值，即在電梯達(dá)到穩(wěn)定的額定速度時(shí)記錄電流值，因?yàn)檫@樣可避開前期的加速段和后期的減速段。在不同的速度，電機(jī)電流會(huì)不一樣。例如電梯有20個(gè)層站，那么全程運(yùn)行就應(yīng)該從1樓快車運(yùn)行（及自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)）到20樓，然后記錄井道中間位置即轎廂和對(duì)重在同一水平位置時(shí)的上行電流，然后從20樓快車到1樓，也記錄中間位置即轎廂和對(duì)重在同一水平位置時(shí)的運(yùn)行電流，這樣就可避開加速或減速段。

但在有些情況下，這種檢測(cè)方法會(huì)有問題。如果電梯只有2層站或是只有3層站，自動(dòng)全程運(yùn)行會(huì)是不一樣結(jié)果。此時(shí)的自動(dòng)全程運(yùn)行由于行程太短，可能加速還沒完就開始減速，這時(shí)可能無法達(dá)到額定速度，這樣平衡系數(shù)有可能測(cè)不準(zhǔn)，因?yàn)樵谡＿\(yùn)行的加速或減速段，由于速度變化較快，其電流變化也快，在進(jìn)行電流檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)操作稍早一點(diǎn)或稍晚一點(diǎn)其讀出來的值相差很大，檢測(cè)誤差非常大，檢測(cè)結(jié)果無法重復(fù)，所以數(shù)據(jù)根本無法采用。而且在新檢規(guī)中，監(jiān)督檢驗(yàn)的平衡系數(shù)檢測(cè)是B類項(xiàng)目，不能資料確認(rèn)，這就可能處于兩難境地。此時(shí)唯一解決的辦法，就是用檢修速度進(jìn)行平衡系數(shù)的檢測(cè)，即還是用檢規(guī)規(guī)定的載貨等級(jí)逐步加載，但用檢修速度進(jìn)行上、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)。但涉及兩個(gè)問題。一是用檢修速度代替正常運(yùn)行速度是否合理；二是用檢修速度代替正常運(yùn)行速度是否符合檢規(guī)的規(guī)定。

1)用檢修速度代替正常運(yùn)行速度是否合理。速度和載貨是影響電機(jī)電流的兩個(gè)基本因素，在同樣的載貨條件下，檢修運(yùn)行和正常運(yùn)行的電流值是不一樣的。但盡管電流值有時(shí)不一樣，當(dāng)電梯轎廂和對(duì)重兩端重量剛好平衡而且上行和下行處于同一速度（檢修速度）時(shí)，上行電流和下行電流應(yīng)該相等。而且關(guān)鍵是，檢修運(yùn)行的啟動(dòng)和減速過程非常短，中間留有足夠長(zhǎng)的以平穩(wěn)速度運(yùn)行的時(shí)間，這樣非常利于檢測(cè)的操作，其檢測(cè)結(jié)果基本上可以重復(fù)，數(shù)據(jù)也可以采用。圖2和圖3就是一個(gè)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)出的電梯正常速度和檢修速度下測(cè)出的平衡系數(shù)的比較，從圖下中可以看出，盡管在檢修運(yùn)行時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)測(cè)出的電流值不一樣，但測(cè)出的平衡系數(shù)卻是一樣的。

2)這種檢測(cè)方法是否符合檢規(guī)要求。檢規(guī)對(duì)運(yùn)行的基本要求是“進(jìn)行上、下全程運(yùn)行”，而上述的檢修檢測(cè)方法中，雖然用的是檢修速度，但仍然是上、下“全程”運(yùn)行， 即從上端站到下端站之間的運(yùn)行。至于 “運(yùn)行”是不是一定要自動(dòng)運(yùn)行，應(yīng)該不一定。在GB 7588—2003中的“12．6 速度”這一大項(xiàng)中，就有“c)檢修運(yùn)行”這一小項(xiàng)，即“檢修運(yùn)行”是“運(yùn)行”中一個(gè)類別[5]。在電梯檢規(guī)TSG T7001—2009也有類似說法，如“4．1(1)轎頂應(yīng)當(dāng)裝設(shè)一個(gè)易于接近的檢修運(yùn)行控制裝置，并且符合以下要求：”。即使在新出的電梯檢規(guī)2號(hào)修改單中還是有類似說法，如在2．8(6)2中有“旁路時(shí)取消正常運(yùn)行；只有在檢修運(yùn)行或者緊急電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，轎廂才能運(yùn)行”。這幾種說法都表明，運(yùn)行包括幾類，其中一類就是檢修運(yùn)行。因此，通過檢修運(yùn)行測(cè)試電梯平衡系數(shù)原則上并不違背檢規(guī)。當(dāng)然，對(duì)于能夠達(dá)到正常額定速度的電梯，還是應(yīng)該用正常運(yùn)行速度做平衡系數(shù)測(cè)試，只有對(duì)無法達(dá)到正常額定速度的電梯才應(yīng)該考慮用檢修速度做平衡系數(shù)。

圖2 快車平衡系數(shù)：0.42 速度：1.75m/s 功率：11.7

30% 40% 45% 50% 60%上行電流值 (A) 1．2 3．0 4．6 6．9 10．9下行電流值 (A) 7．8 4．4 2．9 1．5 3．1

圖3 慢車平衡系數(shù)：0.42 速度：1.75m/s 功率：11.7

30% 40% 45% 50% 60%上行電流值 (A) 1．0 1．6 3．6 5．8 9．7下行電流值 (A) 6．2 3．2 1．8 0．4 4．0

4 結(jié)束語

以上內(nèi)容，較全面分析了電梯平衡系數(shù)的幾種不同檢測(cè)方式。雖然在大多數(shù)情況下應(yīng)首先考慮在電機(jī)端進(jìn)行平衡系數(shù)的檢測(cè)，但有的情況下，卻需要做些變通，否則平衡系數(shù)反而測(cè)不準(zhǔn)。例如新安裝電梯檢測(cè)平衡系數(shù)時(shí)，如果電梯運(yùn)行不穩(wěn)定，運(yùn)行阻力或速度波動(dòng)較大，則在電機(jī)端測(cè)出的平衡系數(shù)的電流值可能也波動(dòng)較大，此時(shí)測(cè)出的平衡系數(shù)可能不太準(zhǔn)確，而此時(shí)在電源端測(cè)出的平衡系數(shù)電流值卻可能相對(duì)穩(wěn)定些，其準(zhǔn)確度可能還高些。又如在電梯樓層較低而電梯快車難以達(dá)到額定速度時(shí)，在電機(jī)端用快車測(cè)平衡系數(shù)偏差更大，此時(shí)用檢修速度測(cè)平衡系數(shù)可能準(zhǔn)確性更高。顯然，對(duì)于這些不同的檢測(cè)方式是否能達(dá)到同樣的檢測(cè)效果，是否具有同樣的準(zhǔn)確性，這不僅在理論上還是在實(shí)踐上都是一個(gè)重要課題。