提高電梯運行舒適感的有效途徑

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電梯市場異常繁榮，年需求4萬多臺，成為全世界最為活躍的市場。由于我國電梯受日本產(chǎn)品的影響較大，人們對于電梯舒適感的要求越來越高。如何提高電梯運行的舒適感成為各個電梯廠家關(guān)注的一個重要問題。

二、 選用品質(zhì)優(yōu)良、穩(wěn)定的曳引機(jī)

電梯控制系統(tǒng)首先應(yīng)該說是一個機(jī)械系統(tǒng)。電梯運行就是轎箱在導(dǎo)軌上的往復(fù)機(jī)械運動，由于其載人功能，對其可靠性、振動噪音和舒適感提出了較為苛刻的要求。電梯機(jī)械的可靠性由機(jī)械設(shè)計和材料的選型可以完全保證。轎箱在X、Y方向的機(jī)械振動完全靠導(dǎo)軌的安裝和導(dǎo)靴的加工精度和質(zhì)量來保證，而Z方向的機(jī)械振動與曳引機(jī)及其驅(qū)動電機(jī)、變頻調(diào)速器息息相關(guān)。

曳引機(jī)是電梯運行的驅(qū)動裝置，其性能直接關(guān)系到電梯運行的舒適感。曳引機(jī)的機(jī)械間隙對電梯的影響主要體現(xiàn)在電梯在加減速過程中，在電機(jī)速率發(fā)生變化時，電動運行和發(fā)電運行狀態(tài)將發(fā)生切換，造成電梯的振動，極大地影響了電梯的舒適感。在電梯S曲線加減速過程中，一般各有一兩次明顯失重或者超重感覺，并伴隨曳引機(jī)發(fā)出異響。另外，對于一些改造的雙速舊梯用曳引機(jī)，由于多次高低速切換的巨大沖擊，造成連接套軸中的橡膠墊片嚴(yán)重磨損，也會造成上述現(xiàn)象。因此，電梯廠家必須對新選型的曳引機(jī)的間隙必須提出明確的要求，并在維保時定期檢查連接軸的磨損情況。

另外，曳引機(jī)內(nèi)部齒輪或者渦輪渦桿的加工、安裝精度差、動平衡調(diào)節(jié)不好，也會造成電梯在高速時產(chǎn)生振動和噪音。筆者曾經(jīng)在某個廠家，發(fā)現(xiàn)電梯運行的垂直振動特別大，采用了一切辦法均無效的情況下，懷疑為曳引機(jī)問題，廠家不相信，更換市場上所有品牌變頻器，均無改善，更換曳引機(jī)，問題得到解決。結(jié)果問題是該曳引機(jī)生產(chǎn)廠家規(guī)模小，檢測手段落后，生產(chǎn)的曳引機(jī)，一致性難以保證，給電梯廠造成重大直接和間接的損失。因此，曳引機(jī)的選擇，不能貪圖便宜，必須選擇技術(shù)實力雄厚，檢測手段齊全，質(zhì)量保證體系健全的廠家。還有一點要強(qiáng)調(diào)的是，在同樣梯速情況下，以選擇曳引機(jī)減速比大的曳引機(jī)為好。因為減速比大，造成的倒溜現(xiàn)象就小，啟動舒適感就容易調(diào)整。實踐證明，同樣梯速下，采用6極電機(jī)曳引機(jī)比采用4極電機(jī)的啟動舒適感差。本質(zhì)原因是6極電機(jī)比4極電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩并沒有大1.5倍以上。

三、選用品質(zhì)優(yōu)良的驅(qū)動電機(jī)

在保證曳引機(jī)質(zhì)量的前提下，與曳引機(jī)配套的電機(jī)的性能也直接關(guān)系到電梯的起制動過程的性能，問題主要表現(xiàn)為啟動舒適感的好壞。如果電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大，在電梯松閘的時刻產(chǎn)生的倒溜就會很小。目前，在許多變頻器的手冊中，有嚴(yán)重誤導(dǎo)用戶的說法。變頻器可以達(dá)到200%甚至300%以上的啟動轉(zhuǎn)矩，實際上都是沒有實際意義的。如果一個電機(jī)的設(shè)計啟動轉(zhuǎn)矩Mst 和最大轉(zhuǎn)矩Mmax 小，變頻器再好，也不會產(chǎn)生大的輸出轉(zhuǎn)矩，而且還容易產(chǎn)生速度的波動，造成振蕩。

根據(jù)異步電機(jī)的基本知識，電機(jī)的M-N曲線如圖1（a）所示，圖中A點為最初啟動轉(zhuǎn)矩點，B點為最大轉(zhuǎn)矩點，C點為額定工作點。其中電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩Mst 與電機(jī)的轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，轉(zhuǎn)差大，初始啟動轉(zhuǎn)矩大，要提高轉(zhuǎn)差，要求轉(zhuǎn)子電阻Rr 大，轉(zhuǎn)子電感小，圖1（b）示出了轉(zhuǎn)子電阻不同情況下的機(jī)械特性曲線。從圖上還可以看出，隨著轉(zhuǎn)子電阻增大，最大轉(zhuǎn)矩Mmax 未發(fā)生變化，但是其對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差Sm 增大，在同等負(fù)載下，轉(zhuǎn)差也增大。這就是進(jìn)口品牌電梯采用高轉(zhuǎn)差電機(jī)的原因。可是目前許多進(jìn)口品牌曳引機(jī)為了降低成本，均配備國產(chǎn)低轉(zhuǎn)差電機(jī)，轉(zhuǎn)差頻率一般小于2.5Hz，其啟動性能大打折扣。因此在選擇曳引機(jī)品牌時，其配套電機(jī)的品牌和性能的選擇也同等重要。

圖1 異步電機(jī)機(jī)械特性

四、 選用性能優(yōu)良的變頻器

異步電機(jī)矢量控制是完全基于電機(jī)參數(shù)的矢量控制，因此電機(jī)參數(shù)必須能夠進(jìn)行自動學(xué)習(xí)。否則，取得不了優(yōu)越的性能。因此，首先必須選用能夠進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)的變頻器。其次，變頻器必須具有零速150%以上的轉(zhuǎn)矩輸出，可以保證良好的啟動和停車舒適感。另外，需要非常好的過載能力，110%的額定負(fù)載，必須連續(xù)運行，特別對于高層電梯，需要滿載運行超過30S以上的，更要考慮這一點。一些國外廠家的變頻器，100%額定負(fù)載，不能夠連續(xù)運行60S，因此，在用于高層電梯控制的時候，均建議放大一檔使用，給用戶造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

選定好變頻器后，要做到比較好的舒適感，關(guān)鍵還要調(diào)試好變頻器的性能及運行曲線。電梯在啟動的時候，由于機(jī)械導(dǎo)靴有比較大的靜摩擦力，可以通過調(diào)節(jié)啟動速度和啟動速度保持時間來消除。另外，一般變頻器均有速度環(huán)PI參數(shù)調(diào)整功能，通過速度環(huán)PI參數(shù)調(diào)整，可以有效調(diào)整變頻器的動態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)速精度，可提高電梯的啟動和穩(wěn)態(tài)運行的舒適感。啟動性能與低頻PI參數(shù)有關(guān)，可以先將低頻I設(shè)定為零或者比較大的值，不考慮平層精度情況下調(diào)節(jié)KP，增大KP，低頻動態(tài)響應(yīng)加快，啟動轉(zhuǎn)矩大，但是KP過大，容易引起振蕩，啟動和停車爬行的舒適感會變差。因此，必須增大KP到電梯在滿載、空載情況下，不振蕩為臨界，然后可以逐步減小I參數(shù)，達(dá)到啟動，爬行均滿意的效果。高頻PI參數(shù)調(diào)整原則是，保證啟動加速和停車減速過程的超調(diào)最小，一般小于2%額定速度，又要保證穩(wěn)速情況下的速度精度，一般不超過0.001m/s。先將高頻I設(shè)定為零或者比較大的值，調(diào)節(jié)K，使參數(shù)小于電梯在高頻穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生振蕩的臨界參數(shù)，然后逐步減小I，使得超調(diào)達(dá)到要求的指標(biāo)。對于采用相同曳引機(jī)和機(jī)械的場合，可以在調(diào)好一臺電梯情況下，通過鍵盤參數(shù)拷貝來實現(xiàn)復(fù)制。上述中，積分時間常數(shù)I的單位為時間單位S。特別提醒的是，目前市場上的絕大多數(shù)變頻器PI參數(shù)采用獨立的兩個數(shù)來調(diào)整，沒有實際物理量概念，此時的I越大，相當(dāng)于時間常數(shù)越小。

對于加減速過程中的舒適感，要通過S曲線調(diào)整來解決。一般是加速度和減速度在0.5~1m/s2 之間，開始段急加速和結(jié)束段急減速可以調(diào)整為0.25~0.5m/s3，結(jié)束段急加速和開始段急減速可以在0.5~0.9m/s3 之間。S曲線的調(diào)整還與電梯的場所有關(guān)，對于醫(yī)院、療養(yǎng)院等對舒適感要求很高的場合，需要減小相應(yīng)參數(shù)，對于辦公寫字摟等需要高效率的場合，可以適當(dāng)增大相應(yīng)參數(shù)。結(jié)束段急加速和開始段急減速的增大，有利于克服間隙造成的加減速過程的抖動。

五、 采用最佳控制時序

最佳的控制時序如圖2所示，變頻器接收到運行命令后，先進(jìn)入零速運行過程，延時T1，保證電機(jī)勵磁達(dá)到穩(wěn)態(tài)后打開報閘，同時變頻器開始運行啟動速度的啟動速度保持時間T2后是高速、低速到零速，零速運行T3后，在保證慣性影響為零的情況下，關(guān)閉報閘，由于報閘抱緊需要一定時間，因此必須延遲T4后撤消運行命令。按照此時序，可以保證啟動和停車均有理想的舒適感。在艾默生TD3100變頻器中，T1由F7.00設(shè)定，T2由F3.01設(shè)定，T3由F7.01設(shè)定，T4由控制決定，如果控制器延遲時間不夠，TD3100變頻器將自動延長命令保持時間。

圖2 電梯控制理想的控制時序圖

六、 其他

1、啟動補(bǔ)償

對于1.75m/s以下的中低速電梯，由于運行速度較低，基本不需要啟動補(bǔ)償就可以達(dá)到比較滿意的程度。對于1.75m/s以上的中高速電梯，如果啟動舒適感要求比較高的場合，就必須添加稱重裝置，進(jìn)行啟動轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償。一般有兩種稱重裝置，開關(guān)量檢測和模擬量檢測方式。對于開關(guān)量檢測具有成本低，但只能夠做到有級，一般安裝4個開關(guān)，可以在空載和滿載之間實現(xiàn)任意4點的準(zhǔn)確補(bǔ)償，但是由于是有級補(bǔ)償，還不能夠做到理想的程度。模擬量傳感器可以實現(xiàn)無級補(bǔ)償，但是存在的問題是模擬量傳感器往往隨著電梯的使用，其輸出會發(fā)生偏移，造成補(bǔ)償錯誤，效果有時會比不補(bǔ)償還差，因此需要定期對補(bǔ)償增益進(jìn)行調(diào)整。艾默生TD3100電梯專用變頻器啟動轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償原理如圖所示：

圖3 艾默生TD3100電梯專用變頻器啟動轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償原理

2、 減振器和鋼絲繩的合理選用

許多電梯廠家，對于減振器選用非常隨意。實際上減振器對于提高電梯的舒適感有非常重要的作用。減振器一般有曳引機(jī)底座的橡膠減振墊、轎箱底部的減振彈簧或橡膠減振墊、轎箱頂部的鋼絲繩減振器三種。曳引機(jī)底座的減振墊質(zhì)量和減振效果千差萬別，它直接影響到電梯的舒適感，特別是當(dāng)電梯上行到頂層2至4層啟動、停車時，問題將表現(xiàn)的異常突出。轎箱底部的減振器的質(zhì)量將直接關(guān)系到電梯穩(wěn)態(tài)運行的平穩(wěn)性，如果彈性系數(shù)大，特性太硬，將起不到減振作用，會產(chǎn)生高頻振動，人體會感覺到麻腳的感覺，嚴(yán)重時，將造成轎箱的高頻振動，產(chǎn)生比較大的噪音。反之，將產(chǎn)生低頻振蕩，造成人體的下沉感。因此必須合理選用。鋼絲繩的減振作用與轎箱底部的減振器作用相同，必須根據(jù)樓層高度，選用彈性系數(shù)合理的鋼絲繩，在保證滿載情況下，伸縮量符合要求的情況下，達(dá)到良好的減振效果。另外在高層電梯上，由于鋼絲繩較長，松緊程度一致性差時，容易造成高速運行時鋼絲繩的擺動，互相撞擊造成轎箱的振動。一個有效的方法就是在鋼絲繩末端添加鋼絲繩減振器，對于鋼絲繩的振動波產(chǎn)生有效的吸收，防止反射而形成差拍現(xiàn)象。

3、 編碼器的合理選用

編碼器是電梯變頻器閉環(huán)的必要器件，其合理選用對電梯的安全、可靠運行產(chǎn)生重大影響。從安裝方式上，軸套式更加可靠，但價格相對連軸式稍貴。目前許多采用連軸式編碼器廠家，由于標(biāo)準(zhǔn)連軸器在同軸度不好的情況下，很容易折斷，可靠性非常差，就自己采用非常簡單的連接方式，給電梯的運行帶來安全隱患。從接線方式上講，有推挽輸出的和開路集電極輸出的，建議在編碼器連線超過5m以上時建議選用開路集電極編碼器，以提高抗干擾能力。

編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)一般在300以上就可以保證變頻器的正常運行，建議在成本許可的情況下，最好將編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)提高到1000到2000，可以大大提高電梯的啟動舒適感。原因是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)越大，啟動溜車就容易實現(xiàn)快速檢測，從而達(dá)到轉(zhuǎn)矩的快速調(diào)整，減小溜車。

4、 控制系統(tǒng)的合理接地

電梯控制系統(tǒng)中，接地是一個影響可靠性的關(guān)鍵問題。由于我國供電的不規(guī)范，大多數(shù)場合是三相四線制，而非三相五線制，接地問題變得更加突出。在安裝調(diào)試時首先必須保證控制柜、曳引機(jī)及轎箱可靠接地或零，然后是編碼器接地。但是要強(qiáng)調(diào)的是，目前市場上編碼器的規(guī)范性較差，有些編碼器自身的抗干擾能力差，設(shè)計廠家將編碼器引線的屏蔽層與編碼器外殼連接，這是非常嚴(yán)重的錯誤。如果用戶將編碼器屏蔽層與變頻器的地相接時，由于兩端接地，變頻器與電機(jī)之間存在電位差，容易產(chǎn)生干擾，輕者造成電梯的低頻抖動和隨機(jī)的過流保護(hù)，重者當(dāng)調(diào)試現(xiàn)場曳引機(jī)沒有接地或者接地不良時，電機(jī)的漏電將造成變頻器接口板的嚴(yán)重?fù)p壞。因此，建議選用屏蔽層與外殼不連接的編碼器，實施遠(yuǎn)端一點接地，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。

5、 制動電阻的合理選取

制動電阻是用于消耗電梯在發(fā)電過程中產(chǎn)生的回饋電能，電阻阻值的選取參考變頻器說明書有關(guān)內(nèi)容以100%制動轉(zhuǎn)矩選取，但是電阻功率大小直接關(guān)系到體積和價格，許多廠家不知道如何選取，同等功率的變頻器電阻全部是一樣的。這是存在嚴(yán)重隱患的。因為電阻的功率與樓層的高度是有關(guān)的，一個6層樓和一個30層大樓，所用變頻器可能均是15KW，但是變頻器發(fā)電連續(xù)運行的時間相差5倍，其功率也需要相差5倍，才可以保證可靠性，延長電阻的壽命。因此電阻的功率應(yīng)該先按照連續(xù)制動計算，然后根據(jù)不同樓層高度相應(yīng)地調(diào)整功率。

七、 結(jié)論

本文針對曳引機(jī)、電機(jī)、變頻器及運行調(diào)試等內(nèi)容，從電氣和機(jī)械兩個方面，提出了一些提高電梯啟動、加速、穩(wěn)態(tài)和減速停車運行過程中舒適感的有效對策，對于電梯廠家、曳引機(jī)制造廠家及電梯改造、維護(hù)廠家均有一定的參考價值