CN111747254B - 一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统，包含数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块，液晶显示模块，属于机器能效测量技术领域。本发明专利通过在一个循环周期内，直接测量电梯控制柜的三相电流和三相电压，用于计算电梯运行时消耗的电能，即运行能耗。通过旋转编码器测量钢丝绳速度，结合电梯钢丝绳的绕法计算轿厢速度，再根据电梯使用场所和工况选取合适的有效载荷、运行方向、运行距离，从而计算出电梯运行时的机械能。让电梯处于待机状态，测量机房主开关处的三相电流和三相电压，用于计算电梯待机时消耗的电能，考虑全天电梯运行时间和待机时间，科学折算出总能耗，根据获得的机械能和总能耗，计算电梯能效指标，并生成历史数据，通过ARM9液晶显示数据和波形，完成电梯能效测试系统的设计。

Description

一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统
所属技术领域
一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统，包含数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块、液晶显示模块，属于机器能效测量技术领域。
背景技术
截至2017年，中国电梯保有量已超过494万台，占全世界电梯的1/3，每年还以接近20％的速率增长，中国已经成为全球最大的电梯制造地和销售国。电梯是高耗能的特种设备，但因国内目前没有统一的能效定义及测量方法，导致无法大面积开展电梯的节能降耗工作，也无法引导开发商选择最适合建筑设计的电梯。
影响电梯能效的因素很多，包括，电梯运行速度、运行的频率、运行高度、安装质量。电梯能效是随运行条件的变化而变化的。如何建立一个公认合理的能效测试方法，消除影响测量结果的各种因素，是获得电梯能效的关键。
欲得到真实电梯能效值，需同时测量电梯的机械能和电能。目前已经提出的能耗测量方法一类是仅计量电梯运行一个周期所消耗的电能，具体为要么就是让电梯空载运行一个周期记录其消耗的电能，方法过于简单，测量误差很大；要么就是模拟电梯的工况，需分别往电梯搬入25％、50％、75％、100％额定载荷相当的砝码，费时费力成本高。另一类虽同时考虑电梯机械能和电能，但均是记录测量电梯运行一个周期所消耗的电能，再根据楼层高度及运行的层站数估算势能，这种方法所得到机械能与实际有一定的误差，尤其是在载重较大时，误差将更大，加之也未考虑电梯实际工况，所以测量结果也不准确。
此外，现有的电梯能耗测量中，要么仅仅测量电梯的运行能耗，未考虑电梯待机能耗；要么仅单纯测量一定时间的电梯待机能耗，运行能耗和待机能耗单独计量，并未考虑电梯实际使用情况，将运行能耗和待机能耗科学折算到一起计量。现实中，电梯使用环境不同，电梯的运行时长和待机时长差异很大，待机能耗在总能耗中的比例差异也很大，因此，必须找一个科学合理的计算方法，既能综合考虑影响电梯能耗的众多因素，又能精确测量电梯运行时输送有效载荷的机械能和总能耗。
本发明采用以下技术方案：
一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统，包含数据采集模块、数据存储模块、数据处理模块、液晶显示模块，其中，
数据采集模块：采集曳引绳速度v1、电梯主控制柜处电梯运行时的三相电压和三相电流以及在电梯主开关处电梯待机时的三相电压和三相电流；
数据存储模块：用于存储电梯钢丝绳速度v1、电梯运行时的三相电压值和三相电流值、电梯待机时的三相电压值和三相电流值、电梯的总层站数c、电梯每天平均运行时长t、测量的电梯待机时长t1、钢丝绳的绕法、电梯额定载重Q以及根据电梯使用场所所对应的有效载荷M占额定载重Q的百分比；
数据处理模块：根据数据存储模块中存储的层站数c，确定停靠的中间层站数m，以及中间层站的位置。通过测得的钢丝绳速度，计算轿厢提升高度H(m)，从而进一步计算电梯输送有效载荷所做的机械能W(J)，通过电梯运行时的三相电压和三相电流，计算电梯运行时所消耗的电能E运(kw.h)，再通过电梯待机时的三相电压值和三相电流值，计算电梯待机时所消耗的电能E待(kw.h)从而计算电梯能耗
Figure BSA0000181228200000021
最终利用公式δ＝W/E*3.6*106计算出电梯能效值。
液晶显示模块：液晶显示模块的输入与数据处理模块的输出连接，用于显示数据和波形。
进一步的，所述的数据采集模块，采用旋转编码器采集钢丝绳速度，旋转编码器与曳引轮槽外沿正面接触，其测得的速度即为钢丝绳的速度v1。
进一步的，所述的数据处理模块中，轿厢速度v由钢丝绳速度结合电梯钢丝绳的绕法折算而来，钢丝绳常见的绕法有2∶1和4∶1，则对应的钢丝绳和轿厢速度比为2∶1和4∶1，而轿厢的提升高度为钢丝绳行程的1/2和1/4。
进一步的，所述的数据处理模块中，轿厢的提升高度H由积分公式∫vdt计算可得，电梯输送有效载荷为M，则在一个测试周期即电梯运行时长T内，电梯输送有效载荷所做的机械能
Figure BSA0000181228200000022
进一步的，所述的有效载荷M选取方法是根据电梯使用场所，选定额定载荷Q某一百分比，具体为：电梯使用强度非常低频率非常少，选定的有效载荷为M＝15％Q；电梯使用强度低频率少，选定的有效载荷为M＝25％Q；使用强度较高频率中等，选定的有效载荷为M＝50％Q；使用强度大频率高的选定的有效载荷为M＝75％Q；使用强度非常大频率非常高，选定的有效载荷为M＝100％Q。
进一步的，所述的测试周期T是指选择同一有效载荷上下运行一次作为一个测试周期，运行距离采用单层、多层、全程综合法进行模拟。即在测量电梯运行能耗时，向上单层运行1次到达次底层、多层运行m次到达次顶层，再单层运行1次到达顶层，在电梯按上述方式运行时，记录其运行一个周期所花费的时间T。
进一步的，所述的停靠的中间层站数m选取方法为，当电梯层站数n≤5时，m＝0；当5＜n≤24时，m＝1，当24＜n≤35时，m＝2；当35＜n≤46时，m＝3；当n＞46时，m＝4。
进一步的，所述的停靠的中间层站位置采用公式：中间层站位置＝2+j|(n-2)/(m+1)|向下取整 j＝1，2，3，…m计算。
进一步的，所述的数据处理模块中，电梯运行能耗E运通过数据存储模块中存储的电梯主控制柜处三相电压和三相电流计算，电梯待机能耗E待通过电梯主开关处的三相电压和三相电流计算，从而计算电梯能耗
Figure BSA0000181228200000031
最终利用公式δ＝W/E*3.6*106计算出电梯能效值。
本发明的优点：
1、本发明通过电梯使用场所，选定额定载荷Q的某一百分比为有效载荷，避免多次搬入不同额定载荷百分比的砝码，测量方法简单，因为选定的有效载荷由电梯具体使用场所确定，保证了测量结果更贴近实际。
2、本发明在计算总能耗时，考虑电梯实际使用情况，将运行能耗和待机能耗科学折算到一起计量，所得结果更科学、更准确。
3、本发明中运行距离采用单层、多层、全程综合法进行模拟，包含电梯全部运行模式，中间停靠层采用插值法计算，测量结果更科学、更合理。
附图说明
图1为本发明方法的技术路线图。
图2为本发明方法中电梯运行能效测试结构示意图。
图3为本发明方法中电梯待机能效测试结构示意图。
图4为测试周期运行图。
具体实施方式
请参照图1、2所示，一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统。该系统包括数据采集模块1、数据存储模块2、数据处理模块3、液晶显示模块4。
数据存储模块2的输入与数据采集模块1的输出连接，用于存储由数据采集系统1测得的电梯曳引绳速度v1、电梯主控制柜处三相电压和三相电流以及将电梯停运5分钟后，保持待机状态，在电梯主开关处持续测试10分钟所得的三相电压和三相电流，其输出与数据处理模块3的输入连接。数据存储模块2中还存有电梯基本信息，包含电梯的总层站数c、电梯每天平均运行时间t、测量的电梯待机时长t1、钢丝绳缠绕方式、电梯额定载重Q以及根据电梯使用场所所对应的有效载荷M占额定载重Q的百分比，如表1所示。
数据处理模块3根据数据存储模块2中存储的层站数c，查表2确定停靠的中间层站数m，中间层站的位置由公式(1)确定。在测量电梯运行能耗时，运行方式采用单层、多层、全程综合法进行模拟。即向上单层运行1次到达次底层、多层运行m次到达次顶层，再单层运行1次到达顶层，如图4所示。在电梯按上述方式运行时，记录其运行一个周期所花费的时间T。通过电梯钢丝绳的绕法折算轿厢速度v，再利用有效载荷速度积分法，确定在一个测试周期T内，电梯输送有效载荷所做的机械能
Figure BSA0000181228200000041
同时根据数据存储模块2中存储的电梯主控制柜处三相电压和三相电流计算电梯运行能耗E运(Kw.h)以及电梯主开关处的三相电压和三相电流计算电梯待机能耗E待，从而计算电梯能耗
Figure BSA0000181228200000051
最终利用公式δ＝W/E*3.6*106计算出电梯能效值。
中间层站位置＝2+j|(n-2)/(m+1)|向下取整 j＝1，2，3，...m (1)
Figure BSA0000181228200000052
表2
电梯安装层站数 n≤5 5＜n≤24 24＜n≤35 35＜n≤46 n＞46
中间层站数m 0 1 2 3 4
表1
液晶显示模块4的输入与数据处理模块3的输出连接，用于显示电梯能效值。

Claims (1)

1.一种可同时测量电梯的机械能和电能的电梯能效测试系统，其特征在于：该系统包括：
数据采集模块：采集钢丝绳速度v1、电梯主控制柜处电梯运行时的三相电压和三相电流以及在电梯主开关处电梯待机时的三相电压和三相电流；
数据存储模块：用于存储电梯钢丝绳速度v1、电梯运行时的三相电压值和三相电流值、电梯待机时的三相电压值和三相电流值、电梯的总层站数c、电梯每天平均运行时长t、测量的电梯待机时长t1、钢丝绳的绕法、电梯额定载重Q以及根据电梯使用场所所对应的有效载荷M占额定载重Q的百分比；
数据处理模块：根据数据存储模块中存储的层站数c，确定停靠的中间层站数m,以及中间层站的位置；通过测得的钢丝绳速度，计算轿厢提升高度H(m)，从而进一步计算电梯输送有效载荷所做的机械能W(J)，通过电梯运行时的三相电压和三相电流，计算电梯运行时所消耗的电能E运(kw.h)，再通过电梯待机时的三相电压值和三相电流值，计算电梯待机时所消耗的电能E待(kw.h)从而计算电梯能耗
Figure FDA0003369951610000011
最终利用公式δ＝W/E*3.6*106计算出电梯能效值；
液晶显示模块：液晶显示模块的输入与数据处理模块的输出连接，用于显示数据和波形；
所述的数据采集模块，采用旋转编码器采集钢丝绳速度，旋转编码器与曳引轮槽外沿正面接触，其测得的速度即为钢丝绳的速度v1；
所述的数据处理模块中，轿厢速度v由钢丝绳速度结合电梯钢丝绳的绕法折算而来，钢丝绳常见的绕法有2:1和4:1，则对应的钢丝绳和轿厢速度比为2:1和4:1，而轿厢的提升高度为钢丝绳行程的1/2和1/4；
所述的数据处理模块中，轿厢的提升高度H由积分公式∫vdt计算可得，电梯输送有效载荷为M，则在一个测试周期即电梯运行时长T内，电梯输送有效载荷所做的机械能
Figure FDA0003369951610000012
所述的有效载荷M选取方法是根据电梯使用场所，选定额定载荷Q某一百分比，具体为：电梯使用强度非常低频率非常少，选定的有效载荷为M＝15％Q；电梯使用强度低频率少，选定的有效载荷为M＝25％Q；使用强度较高频率中等，选定的有效载荷为M＝50％Q；使用强度大频率高的选定的有效载荷为M＝75％Q；使用强度非常大频率非常高，选定的有效载荷为M＝100％Q；
所述的测试周期T是指选择同一有效载荷上下运行一次作为一个测试周期，运行距离采用单层、多层、全程综合法进行模拟；即在测量电梯运行能耗时，向上单层运行1次到达次底层、多层运行m次到达次顶层，再单层运行1次到达顶层，在电梯按上述方式运行时，记录其运行一个周期所花费的时间T；
所述的停靠的中间层站数m选取方法为，当电梯层站数n≤5时，m＝0；当5＜n≤24时，m＝1，当24＜n≤35时，m＝2；当35＜n≤46时，m＝3；当n＞46时，m＝4；
所述的停靠的中间层站位置采用公式：中间层站位置＝2+j|(n-2)/(m+1)|向下取整j＝1,2,3,...m计算；
所述的数据处理模块中，电梯运行能耗E运通过数据存储模块中存储的电梯主控制柜处三相电压和三相电流计算，电梯待机能耗E待通过电梯主开关处的三相电压和三相电流计算，从而计算电梯能耗
Figure FDA0003369951610000021
最终利用公式δ＝W/E*3.6*106计算出电梯能效值。
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