CN112158697B - 一种电梯平衡系数的测量方法及监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电梯平衡系数的测量方法及监测方法，测量方法包括获取电梯在空载工况和负载工况下的电机参数，根据所述电机参数并采用功率法计算得到所述电梯平衡系数。相较于传统电流法，省去了现场大型搬运设备，相较于传统的功率法的算式，功率法算式增加了在负载工况下的测量所得的电机参数，使得最终所得的电梯平衡系数更加精确。

Description

一种电梯平衡系数的测量方法及监测方法

技术领域

本申请涉及电梯技术领域，具体是一种电梯平衡系数的测量方法及监测方法。

背景技术

根据国家标准要求，新装电梯都需要测量确定电梯的平衡系数，平衡系数应控制在0.4～0.5之间。

目前，国家标准GB10059-2009 4.2.1.2推荐采用的测量方法是在轿厢内分别装载额定载重量30％、40％、45％、50％、60％的测试块进行上、下全行程运行，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、下行运行曲线的交点来确定平衡系数。由于这种方法需要在轿厢内多次搬运大量的砝码，所以十分的费时费力，为了避免这个麻烦，很多专利和文献都提出了不少无需在轿厢内加载来测量平衡系数的方法。总结这些方法大致可以分为两类，一类需要采用额外的机械电气设备辅助测试完成，由于这类设备通常价格较高，因此并没有在电梯设备或实际测试中普及。另一类是基于电梯空载运行的基本力学及物理特征，通过公式的迭代，计算出曳引电梯的平衡系数，电梯厂家通过在控制系统中集成该算法，就能很好地实现曳引电梯的无载荷平衡系数测试，这种方法无需任何额外的机械电气设备辅助测量，但是公式的迭代推导需要十分严谨，经得起推敲，否则就会导致较大的测量误差。

现有技术公开了一种无载测试平衡系数的方法，在公式的推导中，将电梯空载工况下匀速上行时，曳引机处于发电状态，电机轴功率用公式1表示：PF＝Pcu+Pfe+Pf-Pup(1)，式中，PF表示电机的轴功率，Pcu表示曳引机运行期间的铜损，Pfe表示曳引机运行期间的铁损，Pf表示曳引机运行期间的机械损耗，Pup表示电梯匀速上行时变频器的输出功率。电梯空载工况下匀速下行时，曳引机处于电动状态，变频器输出的有功功率用公式2表示：Pdn＝Pcu+Pfe+Pf+PF(2)。此处，公式的推导并不严谨，根据基本的力学模型分析，电机轴功率应该是由轿厢与对重的重力差做功并克服轿厢与对重运行的系统摩擦阻力后获得的功率，即PF＝P重力差-P摩，而轿厢上行、下行时，电机的铁损、铜损和机械损耗可以统一分别记成P上损、P下损，因此严谨地说，公式1应表示：Pup＝P重力差-P摩-P上损，公式2应表示：Pdn＝P重力差+P下损+P摩，根据新的公式1和公式2，可以发现Pdn要大于Pup，实际测试中也可以证明电梯空载下行的电机功率要远大于空载上行的电机功率，下行几乎是上行的2倍，电机功率大了自然损耗就会相应变大，因此，不能想当然认为上行和下行时，电机的损耗是一样的，即Pcu+Pfe+Pf并不能近似等同，另外，系统的摩擦阻力会占到电机功率的10％以上，原公式并无体现。

现有技术还公开了一种无载测试平衡系数的方法，在公式的推导中，同样忽略了轿厢自由溜梯过程中系统阻力(包括轿厢和对重相对导轨运行的摩擦力、悬挂绳索的弯折摩擦力、运行时的空气阻力、各种绳轮的轴承摩擦力等等)的影响，另外，加速度的公式项中还缺失了轿厢与对重系统及所有绳轮的转动惯量项。因此，公式的推导也是不严谨的，自然，计算结果也不可能非常精确，不能很好满足实测的精度要求。

另外还有采用“功率法”这种无载测试来直接计算平衡系数的方法，即通过空轿厢上下全程运行，然后根据功率参数基于一定的理论计算公式，控制系统直接计算得到平衡系数的方法。经过分析，其理论计算中基本上都忽略了电机实际做功及发电的效率对计算的影响。经过验证，该方法会导致实际测试的精度相比标准推荐的“电流法”，普遍产生至少2％以上的误差，某些工况下甚至超过10％，测试精度的不稳定及不确定性，直接导致行业内该方法目前并没有被广泛应用及得到专业肯定。

上述所说的通过“功率法”这种空轿厢无载荷上下运行来自动测试平衡系数的方法，需要考虑电机运行过程中的实际做功及发电的效率这两个参数对计算的影响，而这两个参数会受到实际每台电梯的电机制造工艺、电机配置工况及使用环境的影响，根据何根据每台电梯实际情况修正电机的实际效率，对提高功率法测试精度有着十分重要的价值。

发明内容

本申请提供一种更为精确、方便的电梯平衡系数的测量方法。

一种电梯平衡系数的测量方法，包括：

获取电梯在空载工况和负载工况下的电机参数；

根据所述电机参数并采用功率法计算得到所述电梯平衡系数。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述空载工况包括电梯的上行状态和下行状态，所述负载工况包括电梯的上行状态和下行状态，所述电机参数至少包括：

电梯在空载工况下，上行状态和下行状态测量获取的电流和电压；

电梯在负载工况下，上行状态和下行状态测量获取的电流和电压。

可选的，所述电机参数在所述电梯运行至井道的中间位置时。

可选的，采用功率法计算所述电梯平衡系数时，功率法算式中的初始电机实际效率，基于空载工况和负载工况下的电机参数计算得到。

可选的，在所述负载工况下，电梯载荷为50～200kg。

本申请还提供一种电梯平衡系数的监测方法，利用上述任意一种电梯平衡系数的测量方法计算所得的初始电机实际效率；

电梯在运行周期达到预设时，测量获得电机参数并结合初始电机实际效率，计算获得当前电梯平衡系数；

可选的，测量当前电梯平衡系数时，还同时获取轿厢内的重量值，所述重量值也参与和所述预设条件的关系判断。

可选的，在测量当前电梯平衡系数前，还判断是否满足如下条件，且在满足时开始测量：

条件a，当前时间处于预设的时间段内；

条件b，在预定时长内无召唤信号。

可选的，所述预设条件包括：

轿厢内的重量参考值W；

由小到大依次排序的第一阈值～第四阈值；

判断当前电梯平衡系数和预设条件的关系时，具体包括：

当前平衡系数值小于第一阈值且电梯轿厢内的重量值小于W时，电梯将执行停止服务的控制指令；

当前平衡系数值小于第一阈值且电梯轿厢内的重量不小于W时，电梯将执行故障报警的控制指令；

当前平衡系数值大于第四阈值时，电梯将执行停止服务的控制指令；

当前平衡系数值在第二阈值与第三阈值之间时，电梯将执行正常运行的控制指令；

当前平衡系数值大于等于第一阈值小于第二阈值或大于第三阈值小于等于第四阈值时，电梯将执行故障报警的控制指令。

可选的，所述W为10kg～50kg；

所述第一阈值设定为25％，第二阈值设定为40％，第三阈值设定为50％，第四阈值设定为65％。

本申请的一种电梯平衡系数的测量方法及监测方法，在电梯初次安装的时，通过对功率法算式增加参数(负载情况下的电机实际效率)进行修正，使得计算所得的平衡系数值更为精确。

附图说明

图1为电梯平衡系数的测量方法的流程图；

图2为电梯平衡系数的监测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例根据两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

电梯初次安装完成后，需要对电梯平衡系数进行计算来衡量电梯是否和对重装置满足制造安装要求。

本申请一实施例中提供一种电梯平衡系数测量的方法，包括：

获取电梯在空载工况和负载工况下的电机参数；

根据所述电机参数并采用功率法计算得到所述电梯平衡系数。

空载工况为电梯轿厢内无任何物体，负载工况为在电梯轿厢内加载重物(＜300kg)，电机参数依靠电梯上的系统自动测量获取。相较于传统的功率法算式，增加了负载工况下的电机参数，对算式本身进行了优化，使得电梯平衡系数值更加准确。且相较于传统的电流法测试时要求加载的重物的最大值接近1000kg，本实施例的重物(＜300kg)可以依靠现场人工搬运，省去了现场大型搬运设备。

空载工况包括电梯的上行状态和下行状态，负载工况包括电梯的上行状态和下行状态，电机参数至少包括：电梯在空载工况下，上行状态和下行状态测量获取的电流和电压，以及电梯在负载工况下，上行状态和下行状态测量获取的电流和电压。上行状态为电梯从底层运行至顶层，下行状态为电梯从顶层运行至底层。测量所得的电流和电压通过计算获得电机的实际效率，两种工况均在上行状态和下行状态下运行，获得至少四组电流、电压数值，则计算所得的电机实际效率更为准确。

电机参数在电梯运行至井道的中间位置时。中间位置为电梯轿厢和对重架两者的重心所在水平线的高度差小于一个楼层，优选的，两者的重心所在水平线处于同一水平线。

采用功率法计算电梯平衡系数时，功率法算式中的初始电机实际效率，基于空载工况和负载工况下的电机参数计算得到。初始电机实际效率包括电机上行效率和电机下行效率。

具体的电机效率的计算公式推导如下所示：

电梯空载状况的下行状态对应算式(1)：

电梯负载状况的下行状态对应算式(2)：

将式(1)和(2)两边除以V_x，获得算式(3)和(4)：

将式(3)减式(4)整理可得算式(5)：

电梯空载状况的上行状态对应算式(6)：

电梯负载状况的上行状态对应算式(7)：

将式(6)和(7)两边除以V_s，获得算式(8)和(9)：

将式(8)减式(9)整理可得算式(10)：

电梯平衡系数的计算公式如下所示：

电梯空载下行至井道中间位置时，根据电梯功率法分析所得算式(11)：

电梯空载上行至井道中间位置时，根据电梯功率法分析所得算式(12)：

将式(11)与式(12)相加可得式(13)：

电梯平衡系数的定义为式(14)：

K＝F_重力差/(G*g) (14)

将式(13)和式(14)整理可得电梯平衡系数计算公式(15)：

式(1)～式(15)的参数意义如下：

F_重力差——电梯轿厢与对重两侧的重力差；

F_阻——电梯在运行过程中，系统受到的阻力，主要包括轿厢对重与导轨的摩擦力以及运行中的风阻等；

N_s——电机上行效率；

N_x——电机下行效率；

Q——轿内轻载运行工况下的实际载荷重量；

G——电梯额定载荷；

K——电梯平衡系数；

g——重力加速度；

V_S——电梯上行运行至井道中间位置时的速度；

V_x——电梯下行运行至井道中间位置时的速度；

U_s——轿厢空载工况下，上行运行至井道中间位置时的电机线电压；

I_s——轿厢空载工况下，上行运行至井道中间位置时的电机线电流；

U_x——轿厢空载工况下，下行运行至井道中间位置时的电机线电压；

I_x——轿厢空载工况下，下行运行至井道中间位置时的电机线电流；

U_aq——轿厢载荷为Q时，上行运行至井道中间位置时的电机线电压；

I_sq——轿厢载荷为Q时，上行运行至井道中间位置时的电机线电流；

U_xq——轿厢载荷为Q时，下行运行至井道中间位置时的电机线电压；

I_xq——轿厢载荷为Q时，下行运行至井道中间位置时的电机线电流。

电梯的控制系统根据算式(5)、算式(10)和算式(15)，在测得相应电机的电流和电压后，自动计算得出电梯平衡系数。其中，在加载重物时，人工对控制系统内添加轿厢载荷Q，用于控制系统对当前工况是否属于负载状态进行判断。

在其中一实施例中，在所述负载工况下，电梯载荷为50～200kg。相较于传统电流法计算电梯平衡系数，现场人工即可搬运测试，省去了现场大型搬运设备。

本申请一实施例还提供了一种电梯平衡系数的监测方法，电梯在运行周期达到预设时，测量获得电机参数并结合初始电机实际效率，计算获得当前电梯平衡系数，其中初始电机实际效率采用上述各实施例获得；

初始电机实际效率为电梯首次安装计算所得的电机上行效率N_s和电机下行效率N_x。

运行周期预设定为几周或几个月进行一次空载工况的上、下状态的运行，控制系统将初始电机实际效率和测量所得电机参数自动计算得出当前电梯平衡系数。

预设条件可以为行业标准要求或自设定。

在优选的实施例中，测量当前电梯平衡系数时，还同时获取轿厢内的重量值，该重量值也参与和预设条件的关系判断。轿厢内的重量值经由设置在轿厢底部的称重装置测量获得，用于判断电梯轿厢是否处于空载状态，使得计算所得的当前平衡系数准确。

在测量当前电梯平衡系数前，还判断是否满足如下条件，且在满足时开始测量：

条件a，当前时间处于预设的时间段内；

条件b，在预定时长内无召唤信号。

预设的时间段一般设置在凌晨0：00～6:00之间，避免影响用户使用，优选的为凌晨2:00～4:00。

无召唤信号包括来自电梯内部的信号和来自楼层的信号，且预定时长为＞30分钟。

预设条件包括：轿厢内的重量参考值W，以及由小到大依次排序的第一阈值～第四阈值。

判断当前电梯平衡系数和预设条件的关系时，具体包括：

当前平衡系数值小于第一阈值且电梯轿厢内的重量值小于W时，电梯将执行停止服务的控制指令；

当前平衡系数值小于第一阈值且电梯轿厢内的重量不小于W时，电梯将执行故障报警的控制指令；

当前平衡系数值大于第四阈值时，电梯将执行停止服务的控制指令；

当前平衡系数值在第二阈值与第三阈值之间时，电梯将执行正常运行的控制指令；

当前平衡系数值大于等于第一阈值小于第二阈值或大于第三阈值小于等于第四阈值时，电梯将执行故障报警的控制指令。

优选的实施例中，重量参考值W为10kg～50kg，第一阈值设定为25％，第二阈值设定为40％，第三阈值设定为50％，第四阈值设定为65％。

以下结合附图进一步说明电梯平衡系数的测量过程：

如图1所示，电梯在初次安装调试阶段，通过服务器进入相应的菜单，进行以下操作步骤：

步骤101，确认电梯是否在底层，如果否，执行步骤102，将轿厢运行至底层；

步骤103，将电梯轿厢向顶层运行；

步骤104，在电梯轿厢向上运行过程中，控制系统自动捕捉电梯轿厢是否运行到了井道中间位置；

步骤105，一旦电梯轿厢运行至井道中间位置，控制系统自动获取并记录当时的电机电压和电流值；

步骤106，确认电梯是否在顶层，如果否，执行步骤107，将电梯轿厢运行至顶层；

步骤108，将电梯轿厢向底层运行；

步骤109，在电梯轿厢向下运行过程中，控制系统自动捕捉轿厢是否运行到了井道中间位置；

步骤110，一旦电梯轿厢运行至井道中间位置，控制系统自动获取并记录当时的电机电压和电流值；

步骤111，确认电梯是否在底层，如果否，执行步骤112，将电梯轿厢运行至底层；

步骤113，在电梯轿厢内人工放置重物(已知的载荷Q)；

步骤114，通过服务器对载荷Q进行赋值；

步骤115，将电梯轿厢向顶层运行；

步骤116，在电梯轿厢向上运行过程中，控制系统自动捕捉电梯轿厢是否运行到了井道中间位置；

步骤117，一旦电梯轿厢运行至井道中间位置，控制系统自动获取并记录当时的电机电压和电流值；

步骤118，确认电梯是否在顶层，如果否，执行步骤119，将电梯轿厢运行至顶层；

步骤120，将电梯轿厢向底层运行；

步骤121，在电梯轿厢向下运行过程中，控制系统自动捕捉电梯轿厢是否运行到了中间楼层；

步骤122，一旦电梯轿厢运行至井道中间位置，控制系统自动获取并记录当时的电机电压和电流值；

步骤123，控制系统自动计算电梯轿厢上行、下行电机效率及平衡系数值，电机上行的实际效率值的计算算式(5)，电机下行的实际效率值的计算算式(10)，平衡系数值的计算算式(15)；

步骤124，首次安装测试所得的电梯上行的电机实际效率值和下行电机实际效率值，该值将作为本梯后续在日常维护过程中的平衡系数计算时电机效率参数的依据，从而确保每台电梯根据“功率法”在轿厢空载上、下运行过程中自动计算平衡系数值的精度更高。

如图2所示，电梯在日常维护过程中对平衡系数进行监测的具体实施如下：

步骤201，为了确保控制系统在自动进行平衡系数计算过程中，不影响用户对电梯的正常使用，平衡系数的自动计算环节通常被安排在用户极少使用的时间段内，控制系统根据实际情况设定需要测试的具体时间周期及时间段；

步骤202，控制系统根据设定的具体时间周期及时间段，对第N天凌晨2:00～4:00的时间进行判断；

步骤203，如果当前时间满足步骤202中设置的时间，则判断电梯是否满足2分钟内无召唤信号的条件，如果有召唤信号则进入步骤204，优先响应召唤信号，否则，进入步骤205和步骤206；

步骤205，控制系统通过轿厢在空载工况下，上、下全程运行的方法测量获得电机参数，电梯测试步骤与图1中步骤101～110相同，完成以上步骤后，电梯控制系统将自动计算当前电梯平衡系数，其中计算公式为式(15)；

步骤206，控制系统在获取电梯位于轿厢井道中间时，通过电梯称重装置检测获取轿厢内的重量值；

步骤207，控制系统将当前电梯平衡系数值与预设条件进行判断；

步骤208，控制系统判断当前电梯平衡系数值是否小于25％，如果是，则进入步骤209，如果否，则进入步骤210；

步骤209，控制系统判断当前电梯平衡系数值与测量获得轿内重量值进行对比判断；

步骤210，控制系统判断当前电梯平衡系数值是否大于65％，如果是，则进入步骤211，电梯将执行停止服务的指令，如果否，进入步骤214；

步骤212，控制系统判断轿内重量是否小于设定的重量值W，如果是，则进入步骤213，电梯将执行停止服务的指令，如果否，进入步骤216，电梯将执行故障报警的指令；

步骤214，控制系统判断当前电梯平衡系数值是否满足50％<K<＝65％或25％<＝K<40％的要求，如果是，则进入步骤217，电梯将执行故障报警的指令，如果否，则进入步骤215，电梯将执行正常运行的指令。

应用本申请的电梯平衡系数的测量方法，在电梯初次安装时，通过优化后的功率法对电梯平衡系数进行计算，相较于传统电流法，省去了现场大型搬运设备，相较于传统的功率法的算式，采用的功率法算式增加了在负载工况下的测量所得的电机参数，使得最终所得的电梯平衡系数更加精确。

基于初始安装获得的初始电机实际效率，后续电梯仅需在空载状态下进行上、下全行程运行，计算获得电梯平衡系数值与预设条件进行比较判断，输出相应的指令，时刻保证电梯运行的安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种电梯平衡系数的测量方法，其特征在于，包括：

获取电梯在空载工况和负载工况下的电机参数；

根据所述电机参数并采用功率法计算得到所述电梯平衡系数K，

其中U_x和I_x分别为轿厢空载工况下，下行运行至井道中间位置时的电机线电压和线电流，U_s和I_s轿厢空载工况下，上行运行至井道中间位置时的电机线电压和线电流，V_S为电梯上行运行至井道中间位置时的速度，V_x电梯下行运行至井道中间位置时的速度，G为电梯额定载荷，g为重力加速度，N_s和N_x为电梯安装后测得的初始电机实际效率，其中N_s为电机上行效率，

分别为电梯在负载工况下，上行运行至井道中间位置时的电机线电压和线电流；N_x为电机下行效率，

U_xq和I_xq分别为电梯在负载工况下，下行运行至井道中间位置时的电机线电压和线电流。

2.根据权利要求1所述的一种电梯平衡系数的测量方法，其特征在于，在所述负载工况下，电梯载荷为50～200kg。

3.一种电梯平衡系数的监测方法，其特征在于，包括：

电梯在运行周期达到预设时，测量获得电机参数并结合初始电机实际效率，计算获得当前电梯平衡系数，所述初始电机实际效率利用权利要求1～2中任一项所述的电梯平衡系数的测量方法计算得到；

判断当前电梯平衡系数和预设条件的关系；

根据判断结果输出相应的控制指令。

4.根据权利要求3所述的电梯平衡系数的监测方法，其特征在于，测量当前电梯平衡系数时，还同时获取轿厢内的重量值，所述重量值也参与和所述预设条件的关系判断。

5.根据权利要求4所述的电梯平衡系数的监测方法，其特征在于，在测量当前电梯平衡系数前，还判断是否满足如下条件，且在满足时开始测量：

条件a，当前时间处于预设的时间段内；

条件b，在预定时长内无召唤信号。

6.根据权利要求5所述的电梯平衡系数的监测方法，其特征在于，所述预设条件包括：

轿厢内的重量参考值W；

由小到大依次排序的第一阈值～第四阈值；

判断当前电梯平衡系数和预设条件的关系时，具体包括：

当前平衡系数值小于第一阈值且电梯轿厢内的重量值小于W时，电梯将执行停止服务的控制指令；

当前平衡系数值小于第一阈值且电梯轿厢内的重量不小于W时，电梯将执行故障报警的控制指令；

当前平衡系数值大于第四阈值时，电梯将执行停止服务的控制指令；

当前平衡系数值在第二阈值与第三阈值之间时，电梯将执行正常运行的控制指令；

当前平衡系数值大于等于第一阈值小于第二阈值或大于第三阈值小于等于第四阈值时，电梯将执行故障报警的控制指令。

7.根据权利要求6所述的电梯平衡系数的监测方法，其特征在于，所述W为10kg～50kg；

所述第一阈值设定为25％，第二阈值设定为40％，第三阈值设定为50％，第四阈值设定为65％。

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