對電梯平衡系數(shù)檢測的探討

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)國家市場監(jiān)督管理總局統(tǒng)計(jì)，截止2018年底，全國電梯總量為627.83萬臺。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》（以下簡稱“檢規(guī)”）第2號修改單，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，可見電梯平衡系數(shù)越來越被重視。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)問題。

1 平衡系數(shù)

對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)能及延長平均無故障時(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)。對于輕載工況比較多的電梯，平衡系數(shù)宜取下限；對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)的測量方法

測量平衡系數(shù)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(shù)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(jì)算出轎廂側(cè)與對重側(cè)的重量差，通過式（1）計(jì)算得出平衡系數(shù)［2］。直接稱重測量的方法誤差較小，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］。電流測量法是檢規(guī)中提到的檢驗(yàn)方法，該方法操作簡單，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)檢測儀器法

目前市場上也出現(xiàn)了一些檢測平衡系數(shù)的儀器，例如德爾塔TYP1-03S電梯平衡系數(shù)測試儀、ZDPH-D型電梯平衡系數(shù)檢測儀等。采用平衡系數(shù)測試儀測量平衡系數(shù)，無需搬運(yùn)砝碼，可空載測量，大大節(jié)省了測量時(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)針對無機(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量法，因此本文僅探討采用電流法測量平衡系數(shù)。

3 電流法測量平衡系數(shù)

3.1 測量點(diǎn)的選擇

在使用電流法測量平衡系數(shù)時(shí)，按照檢規(guī)中的要求，應(yīng)測量記錄電動(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量，如控制柜在井道內(nèi)的無機(jī)房電梯中，此時(shí)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(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、檢測單元、微處理單元等組成［4］。當(dāng)轎廂側(cè)重量大于對重側(cè)重量電梯下行，或轎廂側(cè)重量小于對重側(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法通過整流橋回饋到電網(wǎng)，而是通過制動(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(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)，轎廂重量和對重的重量剛好相同，此時(shí)當(dāng)轎廂和對重運(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，不論電流從電源端經(jīng)過變頻器到達(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)，對應(yīng)的電流也是相同的，與運(yùn)行方向無關(guān)。因此在測量時(shí)，盡管在電源端和電機(jī)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(shù)是基本相同的。

在實(shí)際檢驗(yàn)中，有些檢驗(yàn)人員在分別通過測量電源端和電機(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(shù)也會(huì)出現(xiàn)偏差［6］。

由以上分析可以得出，當(dāng)電機(jī)端電流不方便測量時(shí)，可以使用在電源端測量得出的電流來確定平衡系數(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(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、不同規(guī)格的電機(jī)頻率也不相同，因此在測量時(shí)應(yīng)使用滿足頻率要求的寬頻鉗形電流表測量。為了測量準(zhǔn)確，測量時(shí)應(yīng)正確選用電流表的量程，將被測導(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)未在測量值區(qū)間內(nèi)，如果根據(jù)曲線趨勢來直接確定平衡系數(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，測量更多載重對應(yīng)的電流值，則增加了很多的工作量。因此，在實(shí)際測量平衡系數(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)和測量。

以測量電源端電流值為例，在第一次測量時(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)測量得出的電流值來調(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，只要測量出平衡點(diǎn)兩側(cè)載荷對應(yīng)的電流值即可計(jì)算出平衡系數(shù)。

4 結(jié)語

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。在使用電流法測量平衡系數(shù)時(shí)，首先考慮測量電機(jī)端的電流，但現(xiàn)場不方便測量輸出端電流時(shí)也可通過測量電源端的電流來確定平衡系數(shù)。同時(shí)，在測量時(shí)應(yīng)根據(jù)測量的電流值隨時(shí)調(diào)整轎廂內(nèi)裝載的載荷重量，確保交點(diǎn)值在測量范圍內(nèi)，以提高測量的準(zhǔn)確性和檢驗(yàn)效率。