范永勝，魏 超，張曉峰

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024；2.張家口市城市建設(shè)開發(fā)總公司,河北 張家口 075000)

電梯停電困人的現(xiàn)象自從電梯誕生之日起就存在，傳統(tǒng)的解決辦法是在轎廂里設(shè)置易于識別和觸及的報警裝置，電梯發(fā)生困人現(xiàn)象后由乘客在轎內(nèi)報警，然后再由專業(yè)人員去松閘、盤車、放人。應(yīng)該說，這個辦法絕對正確，也絕對可靠，但是這個辦法奏效的前提是轎內(nèi)報警一定能夠及時警醒相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員。顯然，這個辦法是一個有些理想化的措施。

近年來，為了最大限度地減小停梯困人對被困乘客心理和生理上的不利影響，電梯應(yīng)急裝置應(yīng)運而生。盡管此類裝置的名稱有的稱為電梯停電自動平層控制屏，有的稱為電梯停電自動救助裝置等不同名稱，但其實質(zhì)就是電梯的應(yīng)急電源，其硬件結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。它們一般由主控板、充電板、逆變板、接口板、電池組及電源檢測等幾部分構(gòu)成。

電梯應(yīng)急電源的誕生很好地解決了電梯困人的問題，但目前該類裝置的設(shè)計尚且存在著一些問題。

1 目前應(yīng)急電源存在的問題

(1)現(xiàn)在電梯的拖動方式絕大多數(shù)是變頻調(diào)速方式，在其硬件結(jié)構(gòu)中自然有一個逆變環(huán)節(jié)，而各種電梯應(yīng)急電源中也都有一個逆變板。從電梯應(yīng)急電源和變頻器的結(jié)構(gòu)來看，二者都設(shè)計有整流、逆變環(huán)節(jié)，這造成了設(shè)備資源的浪費，從而使電梯應(yīng)急電源的性價比偏低。

現(xiàn)以SMELD為例加以說明[1]。SMELD是上海三菱緊急停層裝置的簡稱，它的作用是當(dāng)電梯在運行中正常電源供電突然中斷時，能夠供給電梯運行各環(huán)節(jié)所需的電源，使電梯重新啟動后低速運行至最近層站，然后平層開門，待乘客全部走出轎廂后，關(guān)門停在該層站。SMELD的簡化電路見圖1所示，SMELD裝置以48 V蓄電池為動力，逆變出電腦所需的各部分電源，并經(jīng)過升壓變壓器逆變出三相交流電壓。由圖可見，SMELD具備了自己獨立的整流及逆變系統(tǒng)。

(2)在上述的SMELD系統(tǒng)中，當(dāng)檢測繼電器檢測到主電源停電時，SMELD裝置的邏輯基板待6 s(確認主電源已失電)后才啟動SMELD裝置逆變出各部分電源。系統(tǒng)停電后曳引機上的制動器會馬上對由于慣性還在轉(zhuǎn)動的電動機進行機械制動，等待6 s后再重新啟動，這無論在機械上還是在電氣上都會給電梯帶來很大的沖擊,從而直接影響電梯的使用壽命。

(3)現(xiàn)在的電梯應(yīng)急電源從原理上看已經(jīng)非常成熟，它不僅考慮了所要實現(xiàn)的功能，還考慮了互保等環(huán)節(jié)的安全問題，但遺憾的是該裝置只解決了主電源缺電時的放人問題，其單一的功能與其數(shù)萬元的價格及維護費用極不相稱。更由于許多重要場合也許都是采用了雙回路供電，因而應(yīng)急電源幾乎失去了作用，極少派上用場。

圖1 SMELD的簡化電路圖

(4)應(yīng)急電源的設(shè)置以困人時救人為最終目的，但現(xiàn)在的應(yīng)急電源設(shè)計的是只要主電源發(fā)生故障就立即投入運行，而不論轎箱內(nèi)部是否有乘客被困。這就存在著空梯被召運行過程中突然停電應(yīng)急電源實施救援的情況，但這是毫無意義行為。

2 應(yīng)急電源優(yōu)化設(shè)計的方案

目前，我國國產(chǎn)的變頻調(diào)速電梯正在逐步取代其他類型的電梯，成為電梯的主流產(chǎn)品。變頻分為交-交變頻和交-直-交變頻兩種方案，前者的輸出頻率只能在比輸入頻率低得多的范圍內(nèi)改變，因此多用于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的場合，在中小功率場合較少采用，在電梯中基本不用交-交變頻方式而采用交-直-交變頻[2]。

變頻調(diào)速電梯不管是低速梯、中速梯還是高速梯，其拖動系統(tǒng)基本相同，所不同的是曳引機處于回饋制動狀態(tài)時回饋能量的處理方式不同，各種速度的交流變頻調(diào)速電梯的拖動系統(tǒng)見圖2所示。由圖可知，交流電梯皆采用了交-直-交變頻方式，且逆變器部分基本原理是一樣的。

為了解決電梯應(yīng)急電源和電梯變頻系統(tǒng)硬件重復(fù)的問題，可以充分利用電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成特點，在變頻器直流環(huán)節(jié)上增加蓄電池組供電環(huán)節(jié)，也就是說應(yīng)急電源和電梯拖動系統(tǒng)共用逆變環(huán)節(jié)，從而節(jié)省了硬件投資。這種方案設(shè)計電梯的應(yīng)急電源對系統(tǒng)可靠性沒有任何的影響。

圖2 變頻調(diào)速電梯拖動系統(tǒng)

應(yīng)急電源系統(tǒng)監(jiān)測變頻器直流母線電壓，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動或消失時，在變頻器將因低電壓停機前，應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計的靜態(tài)開關(guān)動作，由蓄電池組向變頻器直流母線供電，從而確保變頻器持續(xù)運行。

為了避免電梯應(yīng)急電源空梯救人現(xiàn)象的發(fā)生，在優(yōu)化方案中增加轎廂稱重裝置。在主電源缺電情況下檢測轎箱內(nèi)部是否有人，確保只在轎廂內(nèi)部有人的情況下應(yīng)急電源才予以啟動。優(yōu)化設(shè)計后的應(yīng)急電源原理框圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化設(shè)計的原理框圖

3 應(yīng)急電源優(yōu)化方案的工作原理

當(dāng)市電正常時，市電接觸器處于工作狀態(tài)，電網(wǎng)電源直接向電梯的變頻器供電，同時通過充電器對蓄電池進行充電，而靜態(tài)開關(guān)SS處于關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)電梯處于工作狀態(tài)時，系統(tǒng)時刻監(jiān)測變頻器直流母線的電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常,變頻器直流母線電壓低于某一限值時，電源接觸器斷開市電回路，轎廂稱重繼電器處于吸合，確保有人的情況下靜態(tài)開關(guān)SS動作，由蓄電池組向變頻器的直流母線供電，變頻器的逆變器工作，從而確保電梯在市電斷電時轎廂有乘客情況下變頻器近乎持續(xù)運行。

靜態(tài)開關(guān)的控制是電梯應(yīng)急系統(tǒng)中的核心內(nèi)容。在電梯運行過程中，系統(tǒng)同時監(jiān)測變頻器輸入交流電源電壓和直流側(cè)母線電壓，以判斷直流電壓低時是否發(fā)生了變頻器內(nèi)部短路故障。只有當(dāng)直流母線電壓和電網(wǎng)電壓都降至設(shè)定值以下且稱重繼電器吸合時才能觸發(fā)靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)化設(shè)計后的電梯應(yīng)急裝置中靜態(tài)開關(guān)和市電接觸器采用電氣互鎖，以保證不同時投入。充電板實時檢測電池組狀態(tài)，及時充電。QF1和QF2采用小型塑殼斷路器，當(dāng)由于故障或其它原因?qū)е逻^載時自行分斷，以保障電梯及其應(yīng)急電源的設(shè)備安全。

應(yīng)急電源解決了電梯斷電困人的問題，為了提高其性價比，可以把電梯的其它一些可能困人故障與停電實現(xiàn)“或”的關(guān)系，這樣就可以利用應(yīng)急電源解決更多的困人問題。

4 結(jié)束語

對傳統(tǒng)電梯應(yīng)急電源進行了優(yōu)化設(shè)計，減少了硬件投資，將使體積和質(zhì)量大幅度降低，同時增加了諸多功能，整體上提高了應(yīng)急電源的性價比。該設(shè)計適用于交流變頻電梯，在永磁同步無齒曳引技術(shù)導(dǎo)致的無機房電梯日趨增加的今天，其具有良好的應(yīng)用前景。

[1]劉曉君.解讀電梯[M].第二版.北京:中國石油大學(xué)出版社，2007.

[2]葉安麗.電梯控制技術(shù)[M].第二版.北京:機械工業(yè)出版社，2008.