CN105060048A - 永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法及检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明永磁同步电梯平衡系数的检测方法及检测仪，该检测方法将电压检测装置并联接入待检测的永磁同步电机的任何一相的电压的两端；电流检测装置穿过该永磁同步电机的任何一相的导线；电梯空载检修向下运行，测得电梯下行至行程一半时的电压值U_d和电流值I_d；将电梯的永磁同步电机外接对称星形电阻R，空载向上运行，测得电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u，通过数据采集装置将相应的电压信号与电流信号传入个人计算机，通过数据检测处理系统最终得到被测电梯的平衡系数K。该检测方法仅需检测永磁同步曳引电机其中任何一相的相电流和相电压，减少了检测参量，检测结果准确，且该检测仪操作简便，安装方便，检测作业时间短。

Description

永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法及检测仪

技术领域

本发明涉及电梯检测技术设备，具体为一种永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法及检测仪。

背景技术

永磁同步曳引电梯所使用的永磁同步电机因其体积小、节能、控制性能好，容易做成低速直接驱动，消除了齿轮减速装置，可通过频率变化调速等优点，目前在电梯行业得到了广泛应用，近几年，永磁同步曳引电梯在电梯总增量的比例达到了90％以上。曳引式电梯的结构是将钢丝绳悬挂于曳引轮上，一端与轿厢相连，另一端与对重连接，电机驱动曳引轮转动，依靠曳引轮轮槽与曳引钢丝绳的摩擦力来驱动轿厢和对重在井道中垂直运动。平衡系数是曳引式驱动电梯重要性能指标，利用对重可以部分平衡轿厢及轿内负载的重量，使曳引电机运行的负荷减轻。根据TSGT7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则—曳引与强制驱动电梯》8.5项的规定：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。如果使用单位因为装潢等原因造成轿厢质量的改变，将造成平衡系数的减小，在这种情况下，电梯就可能发生溜梯，从而造成人员伤亡。因此定期检测曳引式电梯平衡系数十分重要。

目前测定平衡系数的方法有很多，如称重法、调整配重法、电流法、张力检测法、扭矩检测法，比较常用的方法是电流法，即轿厢分别装载额定载重量30％、40％、45％、50％、60％作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电机的电流值，绘制电流—负荷曲线，以上下运行曲线的交点确定平衡系数。上述方法不但工作人员的工作强度极大，测量效率也比较低。近年来无载平衡系数测试技术应允而生，取得了一些研究成果，如德国TUV公司推出ADIASYSTEM电梯检测系统，辽宁石油化工大学研发便携式电梯平衡系数测试仪，温州特检院开发的无在动态平衡系数检测仪等。这些测试方法虽省去了反复搬运砝码的环节，但存在一定问题，如测试装置现场安装不便捷，调试仪器复杂等，检测作业效率变化不显著，限制了推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法及检测仪。该检测方法仅需检测永磁同步曳引电机的三相交流电中其中一相的相电流和相电压，减少了检测参量，检测结果准确。该检测仪操作简便，省去了繁杂的人员工作，安装方便，检测作业时间短，检测结果准确。

本发明解决所述检测方法技术问题所采用的技术方案是，提供一种永磁同步电梯平衡系数的检测方法，该检测方法的具体步骤是：

第一步，将电压检测装置并联接入待检测的永磁同步电机的任何一相的相电压的两端；电流检测装置穿过该永磁同步电机的任何一相的导线；

第二步，电梯空载检修向下运行，通过电压检测装置和电流检测装置分别检测到电压信号和电流信号，测得电梯下行至行程一半时的电压值U_d和电流值I_d，根据公式(1)计算得到电梯下行时电机的输入功率P_d，

式中：—电压与电流的相位差；

第三步，通过数据采集装置将第一步中由电压检测装置和电流检测装置检测到的该电压信号与电流信号传入个人计算机，再通过数据检测处理系统对采集的电压信号与电流信号进行分析，得出电梯下行至行程一半时电流的频率f_d；

第四步，将电梯的永磁同步电机外接对称星形电阻R，空载向上运行，通过电压检测装置和电流检测装置分别检测到电压信号和电流信号，测得电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u，再通过第二步得出电梯上行至行程一半时电流的频率f_u；由公式(2)计算得到电梯空载上行至行程一半时对称星形电阻R从电机吸收的功率P_u，即：

$P_u=3\×I_u^2\×R---\left(2\right)$

第五步，根据第三步和第四步得到的电梯下行至行程一半时电流的频率f_d和电梯上行至行程一半时电流的频率f_u，分别由公式(3)计算得到电梯下行至行程一半时的速度v_d和电梯上行至行程一半时的速度v_u，

$v=\frac{\mathrm{\π}\×f\×i\×D}{1000\×p}---\left(3\right)$

式中：v—电梯轿厢运行到行程一半时的速度，m/s；D—曳引轮直径，mm；p—电机中定子旋转磁场的极对数；i—电机到曳引轮的传动比；

第六步，根据第二步计算得到的电梯下行时电机的输入功率P_d、第四步得到的电梯空载上行至行程一半时对称星形电阻R从电机吸收的功率P_u和第五步得到的电梯下行至行程一半时的速度v_d及电梯上行至行程一半时的速度v_u由公式(4)计算出被测电梯的平衡系数K，

$K=\frac{P_d{V}_u+P_u{V}_d}{2{\mathrm{QgV}}_u{V}_d}---\left(4\right)$

式中：Q—额定载荷，kg；g—重力加速度，取9.81m/s²。

本发明解决所述检测仪技术问题所采用的技术方案是，提供一种永磁同步曳引电梯平衡系数的检测仪，该检测仪按照上述的检测方法进行检测，检测仪包括电流检测装置、电压检测装置、数据采集装置、个人计算机和数据检测处理系统，其特征在于所述电压检测装置并联接入待检测的永磁同步电机的三相交流电的其中一相电压的两端，采集该永磁同步电机的该相电压信息；电流检测装置穿过该永磁同步电机的任何一相的导线，采集永磁同步电机运行的该相电流信息；所述电流检测装置和电压检测装置分别与数据采集装置相连接，所述数据采集装置经USB口与个人计算机相连接，数据检测处理系统植入在个人计算机内，所述个人计算机通过数据检测处理系统对数据采集装置传来的信号进行分析、计算、存储和输出；所述数据检测处理系统的工作流程是：开始→电梯检修下行→采集下行电流信号和电压信号→得到电梯空载下行至行程一半时永磁同步电机的电流值I_d和电压值U_d→分析计算得到永磁同步电机的输入功率P_d、电梯下行至行程一半时电流的频率f_d、电梯下行至行程一半时电梯的运行速度v_d→存储P_d、v_d→电梯外接星形电阻R空载上行→采集上行的电流信号和电压信号→得到电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u→分析计算得到电阻R从永磁同步电机吸收的功率P_u、电梯上行至行程一半时电流的频率f_u、电梯上行至行程一半时的速度v_u→调用P_d、v_d、P_u、v_u得出电梯平衡系数K→输出结果→结束。

上述永磁同步曳引电梯平衡系数的检测仪，所述电流检测装置采用北京柏艾斯科技有限公司HZIA-C06系列电流传感器，电压检测装置采用北京柏艾斯科技有限公司EVS-C53系列电压传感器，数据采集装置采用美国国家仪器公司USB-6002采集卡，个人计算机采用笔记本电脑。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明检测方法所需要检测的数据只有曳引电梯空载运行所用的永磁同步电机的电压与电流两项，检测参量少，且该两个数据都可在电梯运行现场直接测量得到。

(2)现有的永磁同步电机运行时的电压与电流的检测技术具有专用性、标准性、精度高等特点，但移植性较差或造价较高，可以用此检测技术评价本发明检测仪所测结果的准确性和精度，进而保障本发明测量的精度。

(3)实施检测时电梯不需要加载负载，电梯运行电压检测装置和电梯运行电流检测装置在现场安装方便快捷，现场作业高效、省力。

(4)与国家制定的电梯平衡系数检测方法相比较，本发明结构简单、操作方便、现场调试时间短，且检测结果与按电梯检验规则检测的结果一致，检测结果准确。

(5)本发明检测仪所能检测的电梯必须采用永磁同步电机作为曳引机，若采用其他类的曳引机，比如异步电机，本检测仪不适用。目前采用永磁同步电机作为电梯曳引机已是相当普遍的，所以本检测仪具有广阔的使用市场及应用前景。

附图说明

图1是本发明永磁同步曳引电梯平衡系数检测仪一种实施例的结构框图图。

图2是本发明永磁同步曳引电梯平衡系数检测仪的数据检测处理系统的工作流程图。

图3是实施例1中采用电流法得到的检测结果的电流-负荷曲线图。

图中，1.电流检测装置、2.电压检测装置、3.数据采集装置、4.个人计算机、5.永磁同步电机(或电机)。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明做进一步的说明，但并不以此作为对本发明权利要求保护范围的限定。

本发明永磁同步电梯平衡系数的检测方法的具体步骤是：

第一步，将电压检测装置2并联接入待检测的永磁同步电机5的三相交流电的其中一相电压的两端，采集该永磁同步电机的该相电压信息；电流检测装置1穿过永磁同步电机5的任何一相的导线，采集永磁同步电机运行的该相电流信息；

第二步，电梯空载检修向下运行，通过电压检测装置2和电流检测装置1分别检测到电压信号和电流信号，测得电梯下行至行程一半时的电压值U_d和电流值I_d，根据公式(1)计算得到电梯下行时电机的输入功率P_d，

式中：式中：P_d—电梯空载下行，运行到行程一半时，电机的输入功率，W；—电压与电流的相位差；

第三步，通过数据采集装置3将第一步中由电压检测装置2和电流检测装置1检测到的该电压信号与电流信号传入个人计算机4，再通过数据检测处理系统(图中未标出)对采集的电压信号与电流信号进行分析，得出电梯下行至行程一半时电流的频率f_d；

第四步，将电梯的永磁同步电机5外接对称星形电阻R，空载向上运行，通过电压检测装置2和电流检测装置1分别检测到电压信号和电流信号，测得电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u，再通过第二步得出电梯上行至行程一半时电流的频率f_u；由公式(2)计算得到电梯空载上行至行程一半时对称星形电阻R从电机吸收的功率P_u，即：

$P_u=3\×I_u^2\×R---\left(2\right)$

第五步，根据第三步和第四步得到的电梯下行至行程一半时电流的频率f_d和电梯上行至行程一半时电流的频率f_u，分别由公式(3)计算得到电梯下行至行程一半时的速度v_d和电梯上行至行程一半时的速度v_u，

$v=\frac{\mathrm{\π}\×f\×i\×D}{1000\×p}---\left(3\right)$

式中：v—电梯轿厢运行到行程一半时的速度，m/s；D—曳引轮直径，mm；p—电机中定子旋转磁场的极对数；i—电机到曳引轮的传动比；

第六步，根据第二步计算得到的电梯下行时电机的输入功率P_d、第四步得到的电梯空载上行至行程一半时对称星形电阻R从电机吸收的功率P_u和第五步得到的电梯下行至行程一半时的速度v_d及电梯上行至行程一半时的速度v_u由公式(4)计算出被测电梯的平衡系数K，

$K=\frac{P_d{V}_u+P_u{V}_d}{2{\mathrm{QgV}}_u{V}_d}---\left(4\right)$

式中：Q—额定载荷，kg，该值为被测电梯的基本参数；g—重力加速度，取9.81m/s²。

本发明永磁同步曳引电梯平衡系数的检测仪(简称检测仪，参见图1)按照上述的检测方法进行检测，该检测仪所适用的电梯需采用永磁同步电机(或电机)作为曳引机，检测仪包括电流检测装置1、电压检测装置2、数据采集装置3、个人计算机4和数据检测处理系统(图中未标出)，所述电压检测装置2并联接入待检测的永磁同步电机的三相交流电的其中一相电压的两端，采集该永磁同步电机的该相电压信息；电流检测装置1穿过永磁同步电机的任何一相的导线，采集永磁同步电机运行的该相电流信息；所述电流检测装置1和电压检测装置2分别与数据采集装置3相连接，所述数据采集装置3经USB口与个人计算机4相连接，数据检测处理系统植入在个人计算机4内，所述个人计算机通过数据检测处理系统对数据采集装置3传来的信号进行分析、计算、存储和输出；所述数据检测处理系统的工作流程是：开始→电梯检修下行→采集下行电流信号和电压信号→得到电梯空载下行至行程一半时永磁同步电机的电流值I_d和电压值U_d→分析计算得到永磁同步电机的输入功率P_d、电梯下行至行程一半时电流的频率f_d、电梯下行至行程一半时电梯的运行速度v_d→存储P_d、v_d→电梯外接星形电阻R空载上行→采集上行的电流信号和电压信号→得到电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u→分析计算得到电阻R从永磁同步电机吸收的功率P_u、电梯上行至行程一半时电流的频率f_u、电梯上行至行程一半时的速度v_u→调用P_d、v_d、P_u、v_u得出电梯平衡系数K→输出结果→结束。

本发明中的电流检测装置1采用北京柏艾斯科技有限公司HZIA-C06系列电流传感器，电压检测装置2采用北京柏艾斯科技有限公司EVS-C53系列电压传感器，数据采集装置3采用美国国家仪器公司(NationalInstruments，NI)USB-6002采集卡，个人计算机4采用笔记本电脑，数据检测处理系统采用美国国家仪器公司的LabVIEW作为软件开发平台，实现对采集信号进行分析、计算、存储和输出。

本发明永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法中涉及到的D、p、i、Q等相关参数均为永磁同步曳引电梯的基本参数，均为已知值。

实施例

本实施例采用上述永磁同步曳引电梯平衡系数的检测方法及检测仪和电流法同时对同一台曳引电梯的平衡系数进行检测，其中电流法是现有技术中常用的电梯平衡系数检测方法，技术成熟，检测结果准确可靠，可作为衡量其他检测方法精度的标准；电流法的缺点是费时费力。本实施例中本发明检测仪中的电流检测装置1采用北京柏艾斯科技有限公司HZIA-C06系列电流传感器，电压检测装置2采用北京柏艾斯科技有限公司EVS-C53系列电压传感器，数据采集装置3采用美国国家仪器公司(NationalInstruments，NI)USB-6002采集卡，个人计算机4采用笔记本电脑，使用本检测仪按上述检测方法进行检测，现场安装方便，不用调试可直接进行检测。

电流法是指轿厢分别装载额定载重量30％、40％、45％、50％、60％作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电机的电流值，绘制电流—负荷曲线，以上下运行曲线的交点确定平衡系数。本实施例中电流法检测时的额定载重量为1000kg，通过电流法来检测平衡系数的测量记录如表1所示，以电流为纵坐标，加载百分比为横坐标，分别作出上行电流和下行电流对加载百分比的曲线(参见图2)，从图2中可以看出通过电流法检测得到的电梯平衡系数的读取值为0.457。

表1

表2

表2为采用本发明的检测方法得到的检测数据记录，从表1和表2可以看出，采用电流法的电梯平衡系数为0.457，采用本发明方法的电梯平衡系数K的值为0.4587。上述两种检测方法测量的电梯平衡系数K的数值非常接近，而采用电流法需要多次测量，既耗时又耗力。而采用本发明检测方法仅需检测永磁同步曳引机所采用的三相交流电的其中一相的相电流和其中一相的相电压即可，再通过数据检测处理系统直接得到最终的检测结果，检测结果非常接近实际值，不需要现场调试，工作效率高。

下面通过改变电梯对重与轿厢的重力差对本发明检测方法的检测结果的可靠性及复现性进行进一步地说明：

改变电梯对重与轿厢的重力差时，为保证各试验时的工况一致，电梯悬挂系统的总质量应保持不变。如需要改变电梯对重与轿厢的重力差为25kg时，轿厢内加12.5kg砝码，对重侧减少12.5kg的重量，依此类推。

改变电梯对重与轿厢的重力差分别为0kg、25kg、50kg、75kg、100kg时，本发明检测仪检测得到的数据记录如表3所示：

表3

从表3中可以看出，本发明检测仪检测的电梯平衡系数K的几次结果相差不大，说明通过本发明检测方法进行检测时，检测仪工作可靠，检测方法可行，最终的检测结果准确性高且具有较好的复现性，检测结果可靠性强，非常适于实际电梯平衡系数的检测应用。

以上结合实施例和附图对本发明进行了展开描述，该描述不具有限制性，凡依本发明所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明权利要求的保护范围内。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种永磁同步电梯平衡系数的检测方法，该检测方法的具体步骤是：

第一步，将电压检测装置并联接入待检测的永磁同步电机的任何一相的相电压的两端；电流检测装置穿过该永磁同步电机的任何一相的导线；

第二步，电梯空载检修向下运行，通过电压检测装置和电流检测装置分别检测到电压信号和电流信号，测得电梯下行至行程一半时的电压值U_d和电流值I_d，根据公式(1)计算得到电梯下行时电机的输入功率P_d，

式中：—电压与电流的相位差；

第三步，通过数据采集装置将第一步中由电压检测装置和电流检测装置检测到的该电压信号与电流信号传入个人计算机，再通过数据检测处理系统对采集的电压信号与电流信号进行分析，得出电梯下行至行程一半时电流的频率f_d；

第四步，将电梯的永磁同步电机外接对称星形电阻R，空载向上运行，通过电压检测装置和电流检测装置分别检测到电压信号和电流信号，测得电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u，再通过第二步得出电梯上行至行程一半时电流的频率f_u；由公式(2)计算得到电梯空载上行至行程一半时对称星形电阻R从电机吸收的功率P_u，即：

$P_u=3\×I_u^2\×R---\left(2\right)$

第五步，根据第三步和第四步得到的电梯下行至行程一半时电流的频率f_d和电梯上行至行程一半时电流的频率f_u，分别由公式(3)计算得到电梯下行至行程一半时的速度v_d和电梯上行至行程一半时的速度v_u，

$v=\frac{\mathrm{\π}\×f\×i\×D}{1000\×p}---\left(3\right)$

式中：v—电梯轿厢运行到行程一半时的速度，m/s；D—曳引轮直径，mm；p—电机中定子旋转磁场的极对数；i—电机到曳引轮的传动比；

第六步，根据第二步计算得到的电梯下行时电机的输入功率P_d、第四步得到的电梯空载上行至行程一半时对称星形电阻R从电机吸收的功率P_u和第五步得到的电梯下行至行程一半时的速度v_d及电梯上行至行程一半时的速度v_u由公式(4)计算出被测电梯的平衡系数K，

$K=\frac{P_d{V}_u+P_u{V}_d}{2{\mathrm{QgV}}_u{V}_d}---\left(4\right)$

式中：Q—额定载荷，kg；g—重力加速度，取9.81m/s²。

2.一种永磁同步曳引电梯平衡系数的检测仪，该检测仪按照权利要求1所述的检测方法进行检测，检测仪包括电流检测装置、电压检测装置、数据采集装置、个人计算机和数据检测处理系统，其特征在于所述电压检测装置并联接入待检测的永磁同步电机的三相交流电的其中一相电压的两端，采集该永磁同步电机的该相电压信息；电流检测装置穿过该永磁同步电机的任何一相的导线，采集永磁同步电机运行的该相电流信息；所述电流检测装置和电压检测装置分别与数据采集装置相连接，所述数据采集装置经USB口与个人计算机相连接，数据检测处理系统植入在个人计算机内，所述个人计算机通过数据检测处理系统对数据采集装置传来的信号进行分析、计算、存储和输出；所述数据检测处理系统的工作流程是：开始→电梯检修下行→采集下行电流信号和电压信号→得到电梯空载下行至行程一半时永磁同步电机的电流值I_d和电压值U_d→分析计算得到永磁同步电机的输入功率P_d、电梯下行至行程一半时电流的频率f_d、电梯下行至行程一半时电梯的运行速度v_d→存储P_d、v_d→电梯外接星形电阻R空载上行→采集上行的电流信号和电压信号→得到电梯上行至行程一半时的电压值U_u和电流值I_u→分析计算得到电阻R从永磁同步电机吸收的功率P_u、电梯上行至行程一半时电流的频率f_u、电梯上行至行程一半时的速度v_u→调用P_d、v_d、P_u、v_u得出电梯平衡系数K→输出结果→结束。

3.根据权利要求2所述的永磁同步曳引电梯平衡系数的检测仪，其特征在于所述电流检测装置采用北京柏艾斯科技有限公司HZIA-C06系列电流传感器，电压检测装置采用北京柏艾斯科技有限公司EVS-C53系列电压传感器，数据采集装置采用美国国家仪器公司USB-6002采集卡，个人计算机采用笔记本电脑。