鄒宇飛 高華芬 張光耀 張傳基

（重慶市特種設(shè)備檢測研究院 重慶 401121）

電梯的平衡系數(shù)設(shè)置不正確，不僅會影響電梯的節(jié)能，而且會影響電梯的正常運行，同時也會影響電梯的安全[1]。平衡系數(shù)設(shè)置過大，會使電梯在輕載時的停車制動力增大，平衡系數(shù)設(shè)置過小，會使電梯在滿載時的停車制動力增大，這兩種情況都會增加制動器在部分失效時的發(fā)生打滑的風(fēng)險。電梯平衡系數(shù)不僅要正確配置，對它的準(zhǔn)確檢測也是一個非常重要的問題。但在平衡系數(shù)的檢測中，存在一些誤區(qū)和一些不好處理的環(huán)節(jié)，如果對這些誤區(qū)和環(huán)節(jié)處理不好，平衡系數(shù)就容易出問題。

1 電梯的平衡系數(shù)的不同檢測方法

按電梯檢規(guī)規(guī)定，平衡系數(shù)的檢測應(yīng)該在電機(jī)端進(jìn)行檢測[2]，但在實際的平衡系數(shù)檢測中，有人是在電機(jī)端即變頻器的輸出端進(jìn)行檢測，而更多人則是在電源端即變頻器的輸入端進(jìn)行檢測，因為輸入端的電流更穩(wěn)定。但這里出現(xiàn)一個問題：電梯的平衡系數(shù)是否可以在變頻器會輸入端進(jìn)行檢測？變頻器的輸入端和輸出端檢測出的平衡系數(shù)是否有差別？如果有差別，那這些差別是如何形成的。

1.1 變頻器輸入端和輸出端平衡系數(shù)的曲線圖

目前電梯上使用的變頻器是先將交流電變成直流電，再將直流電逆變成交流電[3]。在這種轉(zhuǎn)變過程中，要使用一些儲能元件，同時還需要進(jìn)行一些整流和濾波，這就不可避免地要使用一些電容甚至電感等儲能和濾波元件[4]。而這些轉(zhuǎn)換過程和儲能元件的使用，可能導(dǎo)致變頻器輸入端和輸出端的電流曲線變化不一樣。圖1是同一臺電梯的變頻器輸入端和輸出端測出的平衡系數(shù)電流曲線圖。從圖中明細(xì)可以看出，這兩個不同端測出的平衡系數(shù)曲線圖不僅各對應(yīng)點的電流值不一樣，而且曲線圖形也不一樣，輸入端的電流曲線類似于L型，而輸出端的電流曲線類似于U型。這是因為在電機(jī)端，空載側(cè)和滿載側(cè)重量差都比較大，一邊是電力驅(qū)動，一邊是發(fā)電制動，所以兩側(cè)的電流都較大，而中間部分接近重量平衡，無論是驅(qū)動電流還是發(fā)電制動電流都比較小，故電機(jī)端的電流曲線呈U型。而在電源端，由于電機(jī)端發(fā)電制動的電流并不返回到電源端，這部分電流通常是通過制動電阻或其他方式消耗掉，故電源端的電流曲線只是單側(cè)上揚，整體曲線圖呈L型。

1.2 變頻器輸入端和輸出端的平衡系數(shù)的交點

同時，在同一載貨狀態(tài)下和同一速度下，變頻器輸入端和輸出端的電流值也可能不一樣。但值得注意的是，盡管電流值不同，但上行和下行曲線交點對應(yīng)的平衡系數(shù)值卻是大致相同。下面圖1是一臺電梯（額定重量1050kg，速度1．75m/s，層站19/19）的電源端和電機(jī)端的平衡系數(shù)曲線實測圖，其中電源端和電機(jī)端的平衡系數(shù)測出是一樣的，都是0．485。這種情況并非偶然。因為在平衡系數(shù)對應(yīng)的狀態(tài)點是轎廂重量和對重重量剛好平衡，此時電梯上行和下行的作用力剛好一樣，而且此時電梯又是同樣速度，故電梯上行和下行需要的電流值也應(yīng)該一樣。雖然變頻器的輸入端到輸出端之間經(jīng)過了一些電流和電壓的變化，同時還存在整流和逆變的過程，但我們完全可以把中間過程看成一個“黑箱”，只要是同樣的輸入，就應(yīng)該有同樣的輸出，也就是說，不論是在變頻器的輸入端還是輸出端，也不管電流經(jīng)歷了什么變化，在同樣作用力和同樣速度下就應(yīng)該對應(yīng)同樣電流，而與運行方向無關(guān)，所以在平衡點測試時，盡管電梯電流在變頻器輸入端和輸出端電流值不同，但對應(yīng)的平衡系數(shù)卻應(yīng)該基本上一樣。

1.3 變頻器輸入端和輸出端平衡系數(shù)測試偏差

圖1 變頻器輸入端（電源端）和輸出端（電機(jī)端）平衡系數(shù)電流曲線圖

從上面分析中知道，從理論上講變頻器的輸入端和輸出端測出的平衡系數(shù)應(yīng)該是一樣的，而且在很多實際檢測中也的確如此。但在實際檢測中，也有一些人在對變頻器兩個不同端點進(jìn)行平衡系數(shù)檢測比較時會發(fā)現(xiàn)一些較小差異。但是，出現(xiàn)這種差異的真正原因，實際上并不是因為這兩個端點的不同，而是因為在檢測時出現(xiàn)的一些實際操作上的偏差。這種偏差具有一定普遍性，即使同一個端點測試兩次也會出現(xiàn)偏差。平衡系數(shù)的這種操作偏差可以來自下述兩個方面。

●1.3.1 平衡系數(shù)檢測時出現(xiàn)的測量誤差

第一個方面是測量時出現(xiàn)的測量誤差。測量誤差是由多種因素構(gòu)成的。例如測平衡系數(shù)時，用同樣的儀器在不同時間和不同的點進(jìn)行檢測儀器會有一定的儀器測量誤差，同時，電梯在幾次運行時運行條件不可能保證完全一樣，因而其運行速度也不可能完全一樣，而且，即使用同一儀器的操作者在不同的時間和不同地點操作儀器時也會出現(xiàn)一些操作偏差，如選擇讀數(shù)的時機(jī)和讀數(shù)的早晚，這些都可能帶來一些實際測量結(jié)果的偏離。這些測量偏差能否讓它消除，如果采用適當(dāng)正確的方法，這些測量偏差可以變小，但不可能完全消除。減小測量誤差的基本方法就是盡可能多次測量，然后取其平均值。但這種多次測量后取平均值的方式有多種選擇，例如可以選10次測量后的平均值，也可以選15次測量后的平均值，還可以選20次測量后的平均值。但即使是20次測量后的平均值仍然不能說就是準(zhǔn)確值。從統(tǒng)計學(xué)規(guī)律上看，選取次數(shù)更多的測量平均值，可能更接近準(zhǔn)確值，但它仍不是準(zhǔn)確值。真正的絕對準(zhǔn)確值應(yīng)該是無限多次測量后的平均值，而這是一個不可能實現(xiàn)的理想數(shù)據(jù)。因此每一批有限測量后得出的均值和真正的準(zhǔn)確值之間仍然有一個偏差，這個偏差也無法避免。每次具體測量的值與多次測量后的均值的偏差，稱為隨機(jī)誤差，而多次測量后的均值與絕對準(zhǔn)確值之間的誤差稱為系統(tǒng)誤差，每次的測量誤差是隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的疊加。如果在測電梯平衡系數(shù)時能夠做盡可能多的測量，比如測量幾十次然后取平均值，去掉隨機(jī)誤差，僅留一個系統(tǒng)誤差，但事實上不可能。由于平衡系數(shù)的電流測量的整個過程比較麻煩，實際檢測過程中一般不會重復(fù)測量去取均值。這就意味著在實際測試中，肯定是既存在隨機(jī)誤差，也存在系統(tǒng)誤差，即整個測量誤差相對較大。也就是說，對同一臺電梯，在電源端和電機(jī)端測出的平衡系數(shù)的平衡點有時有一些差異應(yīng)該是一種測量誤差，而從理論上講測出的平衡系數(shù)應(yīng)該一樣。而且，由于偏差的必然性和隨機(jī)性，一般情況下在變頻器的輸入端和輸出端出現(xiàn)偏差時還難以斷定哪一個數(shù)據(jù)更準(zhǔn)。

●1.3.2 平衡系數(shù)檢測時出現(xiàn)的繪圖誤差

在變頻器輸入端和輸出端檢測平衡系數(shù)時出現(xiàn)的偏差還可能來自另一個方面：繪圖誤差。筆者在對平衡系數(shù)進(jìn)行檢測時，通常只是對很有限的幾個點進(jìn)行電流測試，而對其余的點，則是通過曲線進(jìn)行人為的平滑連接，但這種人為的平滑連接，極有可能出現(xiàn)繪圖偏差，尤其是在幾個點位置相隔較開，這種偏差可能更大。而且，因為在變頻器的輸入端和輸出端平衡系數(shù)曲線圖的形狀差別本身就很大，這更有可能在曲線連接時出現(xiàn)繪圖偏差。

2 變頻器輸入端的數(shù)據(jù)在平衡系數(shù)檢測中有一定輔助作用

如前所述，在電梯電源端（即變頻器輸入端）和電機(jī)端（即變頻器輸出端）測出的平衡系數(shù)的電流值雖然會不一樣，但對應(yīng)的平衡系數(shù)卻應(yīng)基本一致。這一結(jié)果實際上對電梯平衡系數(shù)的檢測有很好的輔助作用。按電梯檢規(guī)的規(guī)定，平衡系數(shù)的檢測應(yīng)該在電機(jī)端進(jìn)行，有很多電梯制造廠也有這種規(guī)定，但在實際平衡系數(shù)檢測中，有時在電機(jī)端進(jìn)行平衡系數(shù)檢測會出現(xiàn)一些問題。一般的電梯在新安裝時導(dǎo)靴和導(dǎo)軌處在一個磨合期，其運行阻力和速度會不穩(wěn)定，而且有的電梯在新安裝時導(dǎo)軌垂直度會有一些的偏差、導(dǎo)軌和導(dǎo)軌的結(jié)合部有時也會有一些小臺階，這些因素都可能導(dǎo)致平衡系數(shù)檢測時電流值不穩(wěn)定，因此在電機(jī)端進(jìn)行平衡系數(shù)檢測有時會不好讀數(shù)據(jù)，誤差也很大，在這種情況下如果再測一個電源端的平衡系數(shù)作為參考值，有助于增加平衡系數(shù)檢測的可靠性。另外當(dāng)電機(jī)端的平衡系數(shù)檢測結(jié)果在0．4或0．5的邊界值時，也可以再測一個電源端的平衡系數(shù)作為參考值，以確定實際檢測的平衡系數(shù)是否會超標(biāo)。

3 電梯平衡系數(shù)在不同速度下的檢測

按電梯檢規(guī)規(guī)定測定平衡系數(shù)的方法應(yīng)該是：轎廂分別裝載額定載重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程運行，當(dāng)轎廂和對重運行到同一水平位置時，記錄電動機(jī)的電流值，繪制電流—負(fù)荷曲線，以上、下行運行曲線的交點確定平衡系數(shù)。這里所謂的“全程運行”，一般人的理解是電梯正常運行的速度，即俗稱的“快車”，而且是在轎廂和對重運行到同一水平位置時記錄電流值，即在電梯達(dá)到穩(wěn)定的額定速度時記錄電流值，因為這樣可避開前期的加速段和后期的減速段。在不同的速度，電機(jī)電流會不一樣。例如電梯有20個層站，那么全程運行就應(yīng)該從1樓快車運行（及自動運行狀態(tài)）到20樓，然后記錄井道中間位置即轎廂和對重在同一水平位置時的上行電流，然后從20樓快車到1樓，也記錄中間位置即轎廂和對重在同一水平位置時的運行電流，這樣就可避開加速或減速段。

但在有些情況下，這種檢測方法會有問題。如果電梯只有2層站或是只有3層站，自動全程運行會是不一樣結(jié)果。此時的自動全程運行由于行程太短，可能加速還沒完就開始減速，這時可能無法達(dá)到額定速度，這樣平衡系數(shù)有可能測不準(zhǔn)，因為在正常運行的加速或減速段，由于速度變化較快，其電流變化也快，在進(jìn)行電流檢測時，檢測操作稍早一點或稍晚一點其讀出來的值相差很大，檢測誤差非常大，檢測結(jié)果無法重復(fù)，所以數(shù)據(jù)根本無法采用。而且在新檢規(guī)中，監(jiān)督檢驗的平衡系數(shù)檢測是B類項目，不能資料確認(rèn)，這就可能處于兩難境地。此時唯一解決的辦法，就是用檢修速度進(jìn)行平衡系數(shù)的檢測，即還是用檢規(guī)規(guī)定的載貨等級逐步加載，但用檢修速度進(jìn)行上、下全程運行，當(dāng)轎廂和對重運行到同一水平位置時，記錄電動機(jī)的電流值，繪制電流—負(fù)荷曲線，以上、下行運行曲線的交點確定平衡系數(shù)。但涉及兩個問題。一是用檢修速度代替正常運行速度是否合理；二是用檢修速度代替正常運行速度是否符合檢規(guī)的規(guī)定。

1)用檢修速度代替正常運行速度是否合理。速度和載貨是影響電機(jī)電流的兩個基本因素，在同樣的載貨條件下，檢修運行和正常運行的電流值是不一樣的。但盡管電流值有時不一樣，當(dāng)電梯轎廂和對重兩端重量剛好平衡而且上行和下行處于同一速度（檢修速度）時，上行電流和下行電流應(yīng)該相等。而且關(guān)鍵是，檢修運行的啟動和減速過程非常短，中間留有足夠長的以平穩(wěn)速度運行的時間，這樣非常利于檢測的操作，其檢測結(jié)果基本上可以重復(fù)，數(shù)據(jù)也可以采用。圖2和圖3就是一個在實際現(xiàn)場測出的電梯正常速度和檢修速度下測出的平衡系數(shù)的比較，從圖下中可以看出，盡管在檢修運行時和正常運行時測出的電流值不一樣，但測出的平衡系數(shù)卻是一樣的。

2)這種檢測方法是否符合檢規(guī)要求。檢規(guī)對運行的基本要求是“進(jìn)行上、下全程運行”，而上述的檢修檢測方法中，雖然用的是檢修速度，但仍然是上、下“全程”運行， 即從上端站到下端站之間的運行。至于 “運行”是不是一定要自動運行，應(yīng)該不一定。在GB 7588—2003中的“12．6 速度”這一大項中，就有“c)檢修運行”這一小項，即“檢修運行”是“運行”中一個類別[5]。在電梯檢規(guī)TSG T7001—2009也有類似說法，如“4．1(1)轎頂應(yīng)當(dāng)裝設(shè)一個易于接近的檢修運行控制裝置，并且符合以下要求：”。即使在新出的電梯檢規(guī)2號修改單中還是有類似說法，如在2．8(6)2中有“旁路時取消正常運行；只有在檢修運行或者緊急電動運行狀態(tài)下，轎廂才能運行”。這幾種說法都表明，運行包括幾類，其中一類就是檢修運行。因此，通過檢修運行測試電梯平衡系數(shù)原則上并不違背檢規(guī)。當(dāng)然，對于能夠達(dá)到正常額定速度的電梯，還是應(yīng)該用正常運行速度做平衡系數(shù)測試，只有對無法達(dá)到正常額定速度的電梯才應(yīng)該考慮用檢修速度做平衡系數(shù)。

圖2 快車平衡系數(shù)：0.42 速度：1.75m/s 功率：11.7

30% 40% 45% 50% 60%上行電流值 (A) 1．2 3．0 4．6 6．9 10．9下行電流值 (A) 7．8 4．4 2．9 1．5 3．1

圖3 慢車平衡系數(shù)：0.42 速度：1.75m/s 功率：11.7

30% 40% 45% 50% 60%上行電流值 (A) 1．0 1．6 3．6 5．8 9．7下行電流值 (A) 6．2 3．2 1．8 0．4 4．0

4 結(jié)束語

以上內(nèi)容，較全面分析了電梯平衡系數(shù)的幾種不同檢測方式。雖然在大多數(shù)情況下應(yīng)首先考慮在電機(jī)端進(jìn)行平衡系數(shù)的檢測，但有的情況下，卻需要做些變通，否則平衡系數(shù)反而測不準(zhǔn)。例如新安裝電梯檢測平衡系數(shù)時，如果電梯運行不穩(wěn)定，運行阻力或速度波動較大，則在電機(jī)端測出的平衡系數(shù)的電流值可能也波動較大，此時測出的平衡系數(shù)可能不太準(zhǔn)確，而此時在電源端測出的平衡系數(shù)電流值卻可能相對穩(wěn)定些，其準(zhǔn)確度可能還高些。又如在電梯樓層較低而電梯快車難以達(dá)到額定速度時，在電機(jī)端用快車測平衡系數(shù)偏差更大，此時用檢修速度測平衡系數(shù)可能準(zhǔn)確性更高。顯然，對于這些不同的檢測方式是否能達(dá)到同樣的檢測效果，是否具有同樣的準(zhǔn)確性，這不僅在理論上還是在實踐上都是一個重要課題。