电梯平衡系数检测的几种方法探讨

邹宇飞 高华芬 张光耀 张传基

（重庆市特种设备检测研究院 重庆 401121）

电梯的平衡系数设置不正确，不仅会影响电梯的节能，而且会影响电梯的正常运行，同时也会影响电梯的安全[1]。平衡系数设置过大，会使电梯在轻载时的停车制动力增大，平衡系数设置过小，会使电梯在满载时的停车制动力增大，这两种情况都会增加制动器在部分失效时的发生打滑的风险。电梯平衡系数不仅要正确配置，对它的准确检测也是一个非常重要的问题。但在平衡系数的检测中，存在一些误区和一些不好处理的环节，如果对这些误区和环节处理不好，平衡系数就容易出问题。

1 电梯的平衡系数的不同检测方法

按电梯检规规定，平衡系数的检测应该在电机端进行检测[2]，但在实际的平衡系数检测中，有人是在电机端即变频器的输出端进行检测，而更多人则是在电源端即变频器的输入端进行检测，因为输入端的电流更稳定。但这里出现一个问题：电梯的平衡系数是否可以在变频器会输入端进行检测？变频器的输入端和输出端检测出的平衡系数是否有差别？如果有差别，那这些差别是如何形成的。

1.1 变频器输入端和输出端平衡系数的曲线图

目前电梯上使用的变频器是先将交流电变成直流电，再将直流电逆变成交流电[3]。在这种转变过程中，要使用一些储能元件，同时还需要进行一些整流和滤波，这就不可避免地要使用一些电容甚至电感等储能和滤波元件[4]。而这些转换过程和储能元件的使用，可能导致变频器输入端和输出端的电流曲线变化不一样。图1是同一台电梯的变频器输入端和输出端测出的平衡系数电流曲线图。从图中明细可以看出，这两个不同端测出的平衡系数曲线图不仅各对应点的电流值不一样，而且曲线图形也不一样，输入端的电流曲线类似于L型，而输出端的电流曲线类似于U型。这是因为在电机端，空载侧和满载侧重量差都比较大，一边是电力驱动，一边是发电制动，所以两侧的电流都较大，而中间部分接近重量平衡，无论是驱动电流还是发电制动电流都比较小，故电机端的电流曲线呈U型。而在电源端，由于电机端发电制动的电流并不返回到电源端，这部分电流通常是通过制动电阻或其他方式消耗掉，故电源端的电流曲线只是单侧上扬，整体曲线图呈L型。

1.2 变频器输入端和输出端的平衡系数的交点

同时，在同一载货状态下和同一速度下，变频器输入端和输出端的电流值也可能不一样。但值得注意的是，尽管电流值不同，但上行和下行曲线交点对应的平衡系数值却是大致相同。下面图1是一台电梯（额定重量1050kg，速度1．75m/s，层站19/19）的电源端和电机端的平衡系数曲线实测图，其中电源端和电机端的平衡系数测出是一样的，都是0．485。这种情况并非偶然。因为在平衡系数对应的状态点是轿厢重量和对重重量刚好平衡，此时电梯上行和下行的作用力刚好一样，而且此时电梯又是同样速度，故电梯上行和下行需要的电流值也应该一样。虽然变频器的输入端到输出端之间经过了一些电流和电压的变化，同时还存在整流和逆变的过程，但我们完全可以把中间过程看成一个“黑箱”，只要是同样的输入，就应该有同样的输出，也就是说，不论是在变频器的输入端还是输出端，也不管电流经历了什么变化，在同样作用力和同样速度下就应该对应同样电流，而与运行方向无关，所以在平衡点测试时，尽管电梯电流在变频器输入端和输出端电流值不同，但对应的平衡系数却应该基本上一样。

1.3 变频器输入端和输出端平衡系数测试偏差

图1 变频器输入端（电源端）和输出端（电机端）平衡系数电流曲线图

从上面分析中知道，从理论上讲变频器的输入端和输出端测出的平衡系数应该是一样的，而且在很多实际检测中也的确如此。但在实际检测中，也有一些人在对变频器两个不同端点进行平衡系数检测比较时会发现一些较小差异。但是，出现这种差异的真正原因，实际上并不是因为这两个端点的不同，而是因为在检测时出现的一些实际操作上的偏差。这种偏差具有一定普遍性，即使同一个端点测试两次也会出现偏差。平衡系数的这种操作偏差可以来自下述两个方面。

●1.3.1 平衡系数检测时出现的测量误差

第一个方面是测量时出现的测量误差。测量误差是由多种因素构成的。例如测平衡系数时，用同样的仪器在不同时间和不同的点进行检测仪器会有一定的仪器测量误差，同时，电梯在几次运行时运行条件不可能保证完全一样，因而其运行速度也不可能完全一样，而且，即使用同一仪器的操作者在不同的时间和不同地点操作仪器时也会出现一些操作偏差，如选择读数的时机和读数的早晚，这些都可能带来一些实际测量结果的偏离。这些测量偏差能否让它消除，如果采用适当正确的方法，这些测量偏差可以变小，但不可能完全消除。减小测量误差的基本方法就是尽可能多次测量，然后取其平均值。但这种多次测量后取平均值的方式有多种选择，例如可以选10次测量后的平均值，也可以选15次测量后的平均值，还可以选20次测量后的平均值。但即使是20次测量后的平均值仍然不能说就是准确值。从统计学规律上看，选取次数更多的测量平均值，可能更接近准确值，但它仍不是准确值。真正的绝对准确值应该是无限多次测量后的平均值，而这是一个不可能实现的理想数据。因此每一批有限测量后得出的均值和真正的准确值之间仍然有一个偏差，这个偏差也无法避免。每次具体测量的值与多次测量后的均值的偏差，称为随机误差，而多次测量后的均值与绝对准确值之间的误差称为系统误差，每次的测量误差是随机误差和系统误差的叠加。如果在测电梯平衡系数时能够做尽可能多的测量，比如测量几十次然后取平均值，去掉随机误差，仅留一个系统误差，但事实上不可能。由于平衡系数的电流测量的整个过程比较麻烦，实际检测过程中一般不会重复测量去取均值。这就意味着在实际测试中，肯定是既存在随机误差，也存在系统误差，即整个测量误差相对较大。也就是说，对同一台电梯，在电源端和电机端测出的平衡系数的平衡点有时有一些差异应该是一种测量误差，而从理论上讲测出的平衡系数应该一样。而且，由于偏差的必然性和随机性，一般情况下在变频器的输入端和输出端出现偏差时还难以断定哪一个数据更准。

●1.3.2 平衡系数检测时出现的绘图误差

在变频器输入端和输出端检测平衡系数时出现的偏差还可能来自另一个方面：绘图误差。笔者在对平衡系数进行检测时，通常只是对很有限的几个点进行电流测试，而对其余的点，则是通过曲线进行人为的平滑连接，但这种人为的平滑连接，极有可能出现绘图偏差，尤其是在几个点位置相隔较开，这种偏差可能更大。而且，因为在变频器的输入端和输出端平衡系数曲线图的形状差别本身就很大，这更有可能在曲线连接时出现绘图偏差。

2 变频器输入端的数据在平衡系数检测中有一定辅助作用

如前所述，在电梯电源端（即变频器输入端）和电机端（即变频器输出端）测出的平衡系数的电流值虽然会不一样，但对应的平衡系数却应基本一致。这一结果实际上对电梯平衡系数的检测有很好的辅助作用。按电梯检规的规定，平衡系数的检测应该在电机端进行，有很多电梯制造厂也有这种规定，但在实际平衡系数检测中，有时在电机端进行平衡系数检测会出现一些问题。一般的电梯在新安装时导靴和导轨处在一个磨合期，其运行阻力和速度会不稳定，而且有的电梯在新安装时导轨垂直度会有一些的偏差、导轨和导轨的结合部有时也会有一些小台阶，这些因素都可能导致平衡系数检测时电流值不稳定，因此在电机端进行平衡系数检测有时会不好读数据，误差也很大，在这种情况下如果再测一个电源端的平衡系数作为参考值，有助于增加平衡系数检测的可靠性。另外当电机端的平衡系数检测结果在0．4或0．5的边界值时，也可以再测一个电源端的平衡系数作为参考值，以确定实际检测的平衡系数是否会超标。

3 电梯平衡系数在不同速度下的检测

按电梯检规规定测定平衡系数的方法应该是：轿厢分别装载额定载重量的30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流—负荷曲线，以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数。这里所谓的“全程运行”，一般人的理解是电梯正常运行的速度，即俗称的“快车”，而且是在轿厢和对重运行到同一水平位置时记录电流值，即在电梯达到稳定的额定速度时记录电流值，因为这样可避开前期的加速段和后期的减速段。在不同的速度，电机电流会不一样。例如电梯有20个层站，那么全程运行就应该从1楼快车运行（及自动运行状态）到20楼，然后记录井道中间位置即轿厢和对重在同一水平位置时的上行电流，然后从20楼快车到1楼，也记录中间位置即轿厢和对重在同一水平位置时的运行电流，这样就可避开加速或减速段。

但在有些情况下，这种检测方法会有问题。如果电梯只有2层站或是只有3层站，自动全程运行会是不一样结果。此时的自动全程运行由于行程太短，可能加速还没完就开始减速，这时可能无法达到额定速度，这样平衡系数有可能测不准，因为在正常运行的加速或减速段，由于速度变化较快，其电流变化也快，在进行电流检测时，检测操作稍早一点或稍晚一点其读出来的值相差很大，检测误差非常大，检测结果无法重复，所以数据根本无法采用。而且在新检规中，监督检验的平衡系数检测是B类项目，不能资料确认，这就可能处于两难境地。此时唯一解决的办法，就是用检修速度进行平衡系数的检测，即还是用检规规定的载货等级逐步加载，但用检修速度进行上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流—负荷曲线，以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数。但涉及两个问题。一是用检修速度代替正常运行速度是否合理；二是用检修速度代替正常运行速度是否符合检规的规定。

1)用检修速度代替正常运行速度是否合理。速度和载货是影响电机电流的两个基本因素，在同样的载货条件下，检修运行和正常运行的电流值是不一样的。但尽管电流值有时不一样，当电梯轿厢和对重两端重量刚好平衡而且上行和下行处于同一速度（检修速度）时，上行电流和下行电流应该相等。而且关键是，检修运行的启动和减速过程非常短，中间留有足够长的以平稳速度运行的时间，这样非常利于检测的操作，其检测结果基本上可以重复，数据也可以采用。图2和图3就是一个在实际现场测出的电梯正常速度和检修速度下测出的平衡系数的比较，从图下中可以看出，尽管在检修运行时和正常运行时测出的电流值不一样，但测出的平衡系数却是一样的。

2)这种检测方法是否符合检规要求。检规对运行的基本要求是“进行上、下全程运行”，而上述的检修检测方法中，虽然用的是检修速度，但仍然是上、下“全程”运行， 即从上端站到下端站之间的运行。至于 “运行”是不是一定要自动运行，应该不一定。在GB 7588—2003中的“12．6 速度”这一大项中，就有“c)检修运行”这一小项，即“检修运行”是“运行”中一个类别[5]。在电梯检规TSG T7001—2009也有类似说法，如“4．1(1)轿顶应当装设一个易于接近的检修运行控制装置，并且符合以下要求：”。即使在新出的电梯检规2号修改单中还是有类似说法，如在2．8(6)2中有“旁路时取消正常运行；只有在检修运行或者紧急电动运行状态下，轿厢才能运行”。这几种说法都表明，运行包括几类，其中一类就是检修运行。因此，通过检修运行测试电梯平衡系数原则上并不违背检规。当然，对于能够达到正常额定速度的电梯，还是应该用正常运行速度做平衡系数测试，只有对无法达到正常额定速度的电梯才应该考虑用检修速度做平衡系数。

图2 快车平衡系数：0.42 速度：1.75m/s 功率：11.7

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

图3 慢车平衡系数：0.42 速度：1.75m/s 功率：11.7

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

4 结束语

以上内容，较全面分析了电梯平衡系数的几种不同检测方式。虽然在大多数情况下应首先考虑在电机端进行平衡系数的检测，但有的情况下，却需要做些变通，否则平衡系数反而测不准。例如新安装电梯检测平衡系数时，如果电梯运行不稳定，运行阻力或速度波动较大，则在电机端测出的平衡系数的电流值可能也波动较大，此时测出的平衡系数可能不太准确，而此时在电源端测出的平衡系数电流值却可能相对稳定些，其准确度可能还高些。又如在电梯楼层较低而电梯快车难以达到额定速度时，在电机端用快车测平衡系数偏差更大，此时用检修速度测平衡系数可能准确性更高。显然，对于这些不同的检测方式是否能达到同样的检测效果，是否具有同样的准确性，这不仅在理论上还是在实践上都是一个重要课题。