一种电梯平衡系数的快速计算方法

摘要

本发明公开一种电梯平衡系数的快速计算方法，包括以下步骤：A．钳形电流表分别测试电梯空载上行、下行运行至轿厢与对重处于同一水平位置时的电流值、；B．查询电梯曳引机铭牌确认主机额定电流和额定转矩；C．对于永磁同步曳引机，得到同一水平位置时的输出转矩和；D．得到平衡系数。有益效果是，通过钳形电流表分别测量记录电梯空载上行、下行运行至轿厢和对重处于同一水平位置时的电流，结合电梯曳引机相关参数即可快速对平衡系数进行求解、判断，为现场安装、调试、检验、维保人员快速对电梯安全状态进行诊断提供理论依据，节省人力物力财力。

权利要求

1.一种电梯平衡系数的快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤A．钳形电流表分别测试电梯空载上行、下行运行至轿厢与对重处于同一水平位置时变频器的输出电流值 、 ；

B．查询电梯曳引机铭牌确认主机额定电流 和额定转矩 ；

C．对于永磁同步曳引机，得到同一水平位置时变频器的输出转矩 和 ；

， ； 分别为 和 ；

空载上行，电梯运行至轿厢和对重处于同一水平位置，系统转矩方程为其中，T输出1为此时变频器的输出转矩， 为此时负载转矩；

空载下行，电梯运行至轿厢和对重同一水平位置，系统转矩方程为其中，T输出2为此时变频器的输出转矩， 为此时负载转矩；

电梯系统不平衡转矩为 ；

电梯系统静止状态下轿厢与对重处于同一水平位置时的受力，轿厢和对重系统作用在曳引轮的不平衡转矩根据电梯平衡系数计算公式

平衡系数转化为电梯系统的不平衡转矩为其中，M2对重重量（kg），M1轿厢重量（kg）， 电梯系统的不平衡转矩，电梯平衡系数，Q电梯额定载重量，i电梯钢丝绳曳引比，g重力加速度，D曳引轮节圆直径（m）， 减速器传动比，永磁同步曳引机 =1，η电梯传动系统总机械效率；

D．得到平衡系数；

平衡系数

其中，q电梯平衡系数，Q电梯额定载重量，电梯钢丝绳曳引比，g重力加速度，D曳引轮节圆直径（m），η电梯传动系统总机械效率,对于永磁同步曳引机，η一般取0.9 1。

说明书

一种电梯平衡系数的快速计算方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电梯安全运行领域，特别是涉及一种无载荷电梯平衡系数的快速计算方法。

背景技术

[0002] 电梯已经成为城市文明的窗口和名片，也是老百姓日常生产生活中不可或缺的垂直交通工具，在社会经济发展中发挥着不可替代的重要作用，是一种直接关系到人民生命
财产安全的特种设备。电梯平衡系数是曳引式驱动电梯的重要性能指标，更是决定电梯运
行安全品质的重要参数。理想的平衡系数不仅能提高曳引机运行效率和减小电机损耗，更
与电梯系统的制动力和曳引力息息相关，对电梯运行安全的重要性不言而喻。

[0003] 《TSG T7001—2009电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》含第1号修改单、第2号修改单和第3号修改单(下文用检规缩写代替)规定曳引电梯的平衡系数
应当在0.40～0.50之间，或者符合制造(改造)单位的设计值。目前主流企业均要求平衡系
数的设计值在0.40～0.50之间，同时《TSG T7001—2009电梯监督检验和定期检验规则——
曳引与强制驱动电梯》第四条也规定了企业可以规定符合要求的设计值，即如果出现了有
关电梯生产和检验的新技术、新材料、新工艺等影响本规则技术指标和要求的特殊情况，国
家市场监管总局可以根据具体情况，提出相应要求。检规中规定可采用下列方法之一确定
平衡系数：(1)轿厢分别装载额定载重量的30％、40％、45％、50％、60％进行上、下全程运
行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流‑负荷曲线，以
上、下行运行曲线的交点确定平衡系数；(2)按照本规则第四条的规定认定的方法。当前，如
何快速、准确测试获取平衡系数成为研究的一大热点。

[0004] 专利文献ZL2013100375633电梯平衡系数的检测方法公开了一种电梯平衡系数的检测方法，通过控制电梯运行到轿厢侧的曳引绳和对重侧的曳引绳重量正好相互抵消的位
置；然后控制曳引机运行在零速后打开抱闸，在检测到电梯无移动后记录此时曳引机的输
出转矩；根据曳引机的曳引比、曳引轮半径、电梯额定载重、所测定输出转矩及检测地点的
重力加速度计算电梯平衡系数q。该方案提出的方法适用于所有型式电梯曳引机，但也有一
些不足。

[0005] 1、控制曳引机运行在零速后打开抱闸，同时输出转矩这个状态过程不属于电梯正常运行状态，需要通过外加测试装置或者在控制系统内定制测试程序进行测试，所以其通
用性不高。

[0006] 2、测试状态需要达到的状态是变频器输出转矩与曳引轮静态下不平衡转矩刚好相等，相互抵消。这个状态也无法准确实现，稍有不慎，容易引起轿厢意外移动。

[0007] 专利文献ZL2011103978991一种电梯平衡系数测量仪及其检测方法公开了一种电梯平衡系数测量仪，包括控制器模块、人机操作模块、传感器模块、输出模块和电源模块，所
述人机操作模块、所述传感器模块、所述输出模块和所述电源模块分别与所述控制器模块
电连接；所述控制器模块为ARM嵌入式中央处理器，所述传感器模块为平板式测力称重传感
器，用于测得当轿厢位于最高层站时对重侧的总重量和当轿厢位于最底层站时轿厢侧的总
重量，进而计算出平衡系数。该方案通用性强，但也有一些不足。

[0008] 1、测试过程繁琐，耗时耗力，工作复杂程度基本等同甚至超过载荷测量方法；

[0009] 2、仪器设备造价高，需要另外购买专用测试设备。

[0010] 目前，电梯平衡系数的常用检测方法有载荷法和无载荷法。其中载荷法又分为手动盘车法和载荷电流法。手动盘车法是在轿厢内分别放入40％、50％的额定载荷的标准砝
码，检修运行将电梯停靠在轿厢与对重处于同一高度时，切断总电源，手动松闸，通过观察
电梯“溜车”运行方向来判定电梯的平衡系数处在的范围，这种方法简单易行，但测量准确
度和可靠性不高，尤其是当轿厢加载量与对重平衡的状态。电流检测法如TSG T7001—2009
给出的在轿厢分别装载额定载重量的30％、40％、45％、50％、60％进行上、下全程运行，当
轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流‑负荷曲线，以上、下行
运行曲线的交点确定平衡系数。无载荷法的研究成果主要借助外部开发的仪器测试相关试
验状态下与电梯平衡系数相关的参数，进而通过相关运算计算出平衡系数。此方案多设计
复杂，测试参数多，需要购买专用仪器设备，成本高，准确性与否也无官方认证。

发明内容

[0011] 本发明所要解决的技术问题是，克服已有技术缺陷，提供一种适用永磁同步曳引机，通用性强、成本低，操作简便的无载荷电梯平衡系数的快速计算方法。

[0012] 本发明所采用的技术方案是，一种电梯平衡系数的快速计算方法，包括以下步骤：

[0013] A.钳形电流表分别测试电梯空载上行、下行运行至轿厢与对重处于同一水平位置时的电流值I输出1、I输出2；

[0014] B.查询电梯曳引机铭牌确认主机额定电流I额和额定转矩T额；

[0015] C.对于永磁同步曳引机，得到同一水平位置时的输出转矩T输出1和T输出2；T输出分别为T输出1和T输出2；

[0016] D.得到平衡系数；

[0017] 平衡系数

[0018] 其中，q电梯平衡系数，Q电梯额定载重量，i电梯钢丝绳曳引比，g重力加速度，D曳引轮节圆直径(m)，η电梯传动系统总机械效率,对于永磁同步曳引机，η一般取0.9～1。

[0019] 所述步骤C空载上行，电梯运行至轿厢和对重处于同一水平位置，系统转矩方程为

[0020] T输出1＝T‑T惯性

[0021] 其中，T输出1为此时变频器的输出转矩，T‑T惯性为此时负载转矩；

[0022] 空载下行，电梯运行至轿厢和对重同一水平位置，系统转矩方程为

[0023] T输出2＝T+T惯性

[0024] 其中，T输出2为此时变频器的输出转矩，T+T惯性为此时负载转矩；

[0025] 电梯系统不平衡转矩为

[0026] 所述步骤D电梯系统静止状态下轿厢与对重处于同一水平位置时的受力，

[0027] 轿厢和对重系统作用在曳引轮的不平衡转矩

[0028] 根据电梯平衡系数计算公式

[0029] 平衡系数转化为电梯系统的不平衡转矩为

[0030]

[0031] 其中，M2对重重量(kg)，M1轿厢重量(kg)，T电梯系统的不平衡转矩，q电梯平衡系数，Q电梯额定载重量，i电梯钢丝绳曳引比，g重力加速度，D曳引轮节圆直径(m)，I减速器传
动比，永磁同步曳引机I＝1，η电梯传动系统总机械效率。

[0032] 本发明的有益效果是，通过钳形电流表分别测量记录电梯空载上行、下行运行至轿厢和对重处于同一水平位置时的电流，结合电梯曳引机相关参数即可快速对平衡系数进
行求解、判断，为现场安装、调试、检验、维保人员快速对电梯安全状态进行诊断提供理论依
据，节省人力物力财力。

附图说明

[0033] 图1是轿厢与对重处于同一水平位置时系统状态示意图(曳引比1：1)；

[0034] 图2是轿厢与对重处于同一水平位置时系统受力分析示意图(曳引比1：1)；

[0035] 图3是测试方法原理图。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

[0037] 如图1、图2和图3所示，本发明提出一种电梯平衡系数的快速计算方法，包括以下步骤

[0038] A.钳形电流表交流档测量变频器输出三相(电梯曳引机进线端)任一相的电流，分别测试电梯空载上行、下行运行至轿厢和对重位于同一水平位置时的电流I输出1、I输出2；

[0039] B.查询电梯曳引机铭牌，得到曳引机额定电流I额和额定转矩T额；

[0040] C.对于永磁同步曳引机，得到同一水平位置时的输出转矩T输出1和T输出2；根据即求出T输出1、T输出2；

[0041] D.得到平衡系数；

[0042] 平衡系数

[0043] 其中，q电梯平衡系数，Q电梯额定载重量，i电梯钢丝绳曳引比，g重力加速度，D曳引轮节圆直径(m)，η电梯传动系统总机械效率,对于永磁同步曳引机，η一般取0.9～1。

[0044] 分析电梯系统静止状态下，轿厢与对重处于同一水平位置时的受力。由于对重和轿厢存在重量差，在曳引轮两端形成不平衡转矩，静态下制动器释放，提供制动转矩，正常
情况下制动转矩大于不平衡转矩，防止轿厢发生移动。

[0045] 得轿厢和对重作用在曳引轮不平衡转矩 其中M2对重重量(kg)，M1轿厢重量(kg)，η为考虑系统机械损耗的总机械效率,I减速器传动比。

[0046] 根据平衡系数的计算公式 得出系统作用在曳引轮的不平衡转矩T与平衡系数q之间的关系，进而将求平衡系数转化为求解电梯系统的不平衡转矩上。

[0047]

[0048] 其中，T电梯系统的不平衡转矩，q电梯平衡系数，Q电梯额定载重量，i电梯钢丝绳曳引比，g重力加速度，D曳引轮节圆直径(m)，I减速器传动比，对于异步电机通常在铭牌注
明参数值；对于永磁同步曳引机，I＝1，η电梯传动系统总机械效率。

[0049] 电梯运行时，变频器输出电流，曳引机通电励磁产生电磁转矩，变频器的输出转矩即等于曳引机的电磁转矩。当电梯加速时曳引机电磁转矩大于负载转矩，匀速时电磁转矩
等于负载转矩，减速时电磁转矩小于负载转矩。选择匀速状态进行分析，同时为了排除曳引
钢丝绳和补偿链(选配)的重量对系统的影响，选择轿厢和对重处于同一水平面的位置，此
时系统达到转矩平衡状态，变频器输出转矩与系统不平衡转矩T、曳引轮惯性转矩T惯性存在
数量关系。其中曳引轮惯性转矩包括钢丝绳作用于曳引轮上的摩擦力引起的摩擦转矩和曳
引轮自身重量旋转引起的转矩。不论电梯上、下行，由于轿厢和对重处于同一水平面的位置
时曳引轮上的摩擦力大小相同(不考虑钢丝绳与曳引轮之间发生相对滑动)，所以两种运行
情况下系统的惯性转矩大小相等，方向相反。

[0050] 空载上行，电梯运行至轿厢和对重处于同一水平位置，此时，电梯匀速运行，运行速度为额定速度，变频器输出转矩等于系统负载转矩，系统转矩方程为

[0051] T输出1＝T‑T惯性，其中，T输出1为此时变频器的输出转矩，T‑T惯性为此时负载转矩。

[0052] 空载下行，电梯运行至轿厢和对重同一水平位置，此时，电梯匀速运行，运行速度为额定速度，变频器输出转矩等于系统负载转矩，系统转矩方程为

[0053] T输出2＝T+T惯性，其中，T输出2为此时变频器的输出转矩，T+T惯性为此时负载转矩。

[0054] 结合上述两式，可得 即将对不平衡转矩的求解转化为对变频器输出转矩的求解。该公式适用于所有型式的电梯曳引机，但变频器的输出转矩只有在某
些情况下可以通过操作面板直接显示，否则也很难直接获得。

[0055] 对于电梯用永磁同步曳引机，要求工作于额定转速以下，为获得稳定的调速性能，通常采用零d轴电流控制原理进行调速，即在控制时设定id＝0，曳引机电磁转矩值
其中，pn为电机极对数， 为电机永磁磁链是个定值，iq为交轴电流，也即转
矩电流。

[0056] 上式可知永磁同步曳引机电磁转矩与转矩电流成正比，即变频器输出转矩与输出电流成正比。

[0057] 实施例：

[0058] 以下分别对两台客梯，主机均为永磁同步曳引机进行试验。

[0059] 客梯1的曳引机为市面上常见永磁同步曳引机，客梯2的曳引机为奥的斯专用GeN2钢带主机。两种不同型式主机保证了试验结果的可复制性。下表1为客梯1、客梯2的基本参
数。

[0060] 表1客梯1、客梯2的基本参数

[0061]参数 客梯1 客梯2
有无机房 有 无
载重量kg 1000 1000
额定速度m/s 1.0 1.0
层站门 3/3/4 3/3/3
有无补偿链 无 无

[0062] 从客梯1主机铭牌上可获取曳引机参数I额＝15A，T额＝640N·m。

[0063] 采用载荷法对该梯平衡系数进行测定，在轿厢分别装载额定载重量的30％、40％、45％、50％、60％进行上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，用钳形电流表
交流档测量记录电动机的电流值。经测量，该梯平衡系数为45％。

[0064] 采用上文推导空载电流法，用钳形电流表交流档测量电动机的电流(变频器输出电流)值，分别测量电梯空载上、下行运行至轿厢和对重位于同一水平位置时的电流分别为
I输出1＝8.0A、I输出2＝10.5A。在测试过程中通过钳形电流表显示屏观察到在电梯运行至轿厢
和对重位于同一水平位置前后一段距离时，电动机电流基本不发生变化，这也侧面反映了
上文推导过程的正确性。

[0065] 计算该梯的平衡系数η取0.9～1，计算得q＝0.402～0.447。

[0066] 从客梯2主机铭牌上可获取曳引机参数I额＝8.6A，T额＝160N·m。

[0067] 采用载荷法对该梯平衡系数进行测定，在轿厢分别装载额定载重量的30％、40％、45％、50％、60％进行上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，用钳形电流表
交流档测量记录电动机的电流值。经测量，该梯平衡系数为47％。

[0068] 采用上文推导空载电流法，用钳形电流表交流档测量电动机的电流(变频器输出电流)值，分别测量电梯空载上、下行运行至轿厢和对重位于同一水平位置时的电流分别为
I输出1＝4.2A、I输出2＝9.1A。

[0069] 计算该梯的平衡系数η取0.9～1，计算得q＝0.420～0.467。

[0070] 通过对客梯1、客梯2进行的两种方法测试验证了上文理论推导的正确性，受限于电梯传动系统总机械效率η数值不确定性的影响，目前该方法对平衡系数的计算值没有达
到十分精确。通过现有多次试验结果表明η取值接近0.9时，该计算方法更接近实际平衡系
数值，这也更符合实际存在机械损耗的情况，在以后的工作中将结合大量试验测试数据对η
值进行总结修订，将计算结果更加精确。

[0071] 值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员
无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。