提高电梯运行舒适感的有效途径

提高电梯运行舒适感的有效途径

随着我国经济的迅速发展，电梯市场异常繁荣，年需求4万多台，成为全世界最为活跃的市场。由于我国电梯受日本产品的影响较大，人们对于电梯舒适感的要求越来越高。如何提高电梯运行的舒适感成为各个电梯厂家关注的一个重要问题。

二、 选用品质优良、稳定的曳引机

电梯控制系统首先应该说是一个机械系统。电梯运行就是轿箱在导轨上的往复机械运动，由于其载人功能，对其可靠性、振动噪音和舒适感提出了较为苛刻的要求。电梯机械的可靠性由机械设计和材料的选型可以完全保证。轿箱在X、Y方向的机械振动完全靠导轨的安装和导靴的加工精度和质量来保证，而Z方向的机械振动与曳引机及其驱动电机、变频调速器息息相关。

曳引机是电梯运行的驱动装置，其性能直接关系到电梯运行的舒适感。曳引机的机械间隙对电梯的影响主要体现在电梯在加减速过程中，在电机速率发生变化时，电动运行和发电运行状态将发生切换，造成电梯的振动，极大地影响了电梯的舒适感。在电梯S曲线加减速过程中，一般各有一两次明显失重或者超重感觉，并伴随曳引机发出异响。另外，对于一些改造的双速旧梯用曳引机，由于多次高低速切换的巨大冲击，造成连接套轴中的橡胶垫片严重磨损，也会造成上述现象。因此，电梯厂家必须对新选型的曳引机的间隙必须提出明确的要求，并在维保时定期检查连接轴的磨损情况。

另外，曳引机内部齿轮或者涡轮涡杆的加工、安装精度差、动平衡调节不好，也会造成电梯在高速时产生振动和噪音。笔者曾经在某个厂家，发现电梯运行的垂直振动特别大，采用了一切办法均无效的情况下，怀疑为曳引机问题，厂家不相信，更换市场上所有品牌变频器，均无改善，更换曳引机，问题得到解决。结果问题是该曳引机生产厂家规模小，检测手段落后，生产的曳引机，一致性难以保证，给电梯厂造成重大直接和间接的损失。因此，曳引机的选择，不能贪图便宜，必须选择技术实力雄厚，检测手段齐全，质量保证体系健全的厂家。还有一点要强调的是，在同样梯速情况下，以选择曳引机减速比大的曳引机为好。因为减速比大，造成的倒溜现象就小，启动舒适感就容易调整。实践证明，同样梯速下，采用6极电机曳引机比采用4极电机的启动舒适感差。本质原因是6极电机比4极电机的启动转矩并没有大1.5倍以上。

三、选用品质优良的驱动电机

在保证曳引机质量的前提下，与曳引机配套的电机的性能也直接关系到电梯的起制动过程的性能，问题主要表现为启动舒适感的好坏。如果电机的启动转矩大，在电梯松闸的时刻产生的倒溜就会很小。目前，在许多变频器的手册中，有严重误导用户的说法。变频器可以达到200%甚至300%以上的启动转矩，实际上都是没有实际意义的。如果一个电机的设计启动转矩Mst 和最大转矩Mmax 小，变频器再好，也不会产生大的输出转矩，而且还容易产生速度的波动，造成振荡。

根据异步电机的基本知识，电机的M-N曲线如图1（a）所示，图中A点为最初启动转矩点，B点为最大转矩点，C点为额定工作点。其中电机的启动转矩Mst 与电机的转差率s有关，转差大，初始启动转矩大，要提高转差，要求转子电阻Rr 大，转子电感小，图1（b）示出了转子电阻不同情况下的机械特性曲线。从图上还可以看出，随着转子电阻增大，最大转矩Mmax 未发生变化，但是其对应的最大转差Sm 增大，在同等负载下，转差也增大。这就是进口品牌电梯采用高转差电机的原因。可是目前许多进口品牌曳引机为了降低成本，均配备国产低转差电机，转差频率一般小于2.5Hz，其启动性能大打折扣。因此在选择曳引机品牌时，其配套电机的品牌和性能的选择也同等重要。

图1 异步电机机械特性

四、 选用性能优良的变频器

异步电机矢量控制是完全基于电机参数的矢量控制，因此电机参数必须能够进行自动学习。否则，取得不了优越的性能。因此，首先必须选用能够进行电机参数自学习的变频器。其次，变频器必须具有零速150%以上的转矩输出，可以保证良好的启动和停车舒适感。另外，需要非常好的过载能力，110%的额定负载，必须连续运行，特别对于高层电梯，需要满载运行超过30S以上的，更要考虑这一点。一些国外厂家的变频器，100%额定负载，不能够连续运行60S，因此，在用于高层电梯控制的时候，均建议放大一档使用，给用户造成了不必要的经济损失。

选定好变频器后，要做到比较好的舒适感，关键还要调试好变频器的性能及运行曲线。电梯在启动的时候，由于机械导靴有比较大的静摩擦力，可以通过调节启动速度和启动速度保持时间来消除。另外，一般变频器均有速度环PI参数调整功能，通过速度环PI参数调整，可以有效调整变频器的动态响应速度和稳速精度，可提高电梯的启动和稳态运行的舒适感。启动性能与低频PI参数有关，可以先将低频I设定为零或者比较大的值，不考虑平层精度情况下调节KP，增大KP，低频动态响应加快，启动转矩大，但是KP过大，容易引起振荡，启动和停车爬行的舒适感会变差。因此，必须增大KP到电梯在满载、空载情况下，不振荡为临界，然后可以逐步减小I参数，达到启动，爬行均满意的效果。高频PI参数调整原则是，保证启动加速和停车减速过程的超调最小，一般小于2%额定速度，又要保证稳速情况下的速度精度，一般不超过0.001m/s。先将高频I设定为零或者比较大的值，调节K，使参数小于电梯在高频稳态产生振荡的临界参数，然后逐步减小I，使得超调达到要求的指标。对于采用相同曳引机和机械的场合，可以在调好一台电梯情况下，通过键盘参数拷贝来实现复制。上述中，积分时间常数I的单位为时间单位S。特别提醒的是，目前市场上的绝大多数变频器PI参数采用独立的两个数来调整，没有实际物理量概念，此时的I越大，相当于时间常数越小。

对于加减速过程中的舒适感，要通过S曲线调整来解决。一般是加速度和减速度在0.5~1m/s2 之间，开始段急加速和结束段急减速可以调整为0.25~0.5m/s3，结束段急加速和开始段急减速可以在0.5~0.9m/s3 之间。S曲线的调整还与电梯的场所有关，对于医院、疗养院等对舒适感要求很高的场合，需要减小相应参数，对于办公写字搂等需要高效率的场合，可以适当增大相应参数。结束段急加速和开始段急减速的增大，有利于克服间隙造成的加减速过程的抖动。

五、 采用最佳控制时序

最佳的控制时序如图2所示，变频器接收到运行命令后，先进入零速运行过程，延时T1，保证电机励磁达到稳态后打开报闸，同时变频器开始运行启动速度的启动速度保持时间T2后是高速、低速到零速，零速运行T3后，在保证惯性影响为零的情况下，关闭报闸，由于报闸抱紧需要一定时间，因此必须延迟T4后撤消运行命令。按照此时序，可以保证启动和停车均有理想的舒适感。在艾默生TD3100变频器中，T1由F7.00设定，T2由F3.01设定，T3由F7.01设定，T4由控制决定，如果控制器延迟时间不够，TD3100变频器将自动延长命令保持时间。

图2 电梯控制理想的控制时序图

六、 其他

1、启动补偿

对于1.75m/s以下的中低速电梯，由于运行速度较低，基本不需要启动补偿就可以达到比较满意的程度。对于1.75m/s以上的中高速电梯，如果启动舒适感要求比较高的场合，就必须添加称重装置，进行启动转矩的补偿。一般有两种称重装置，开关量检测和模拟量检测方式。对于开关量检测具有成本低，但只能够做到有级，一般安装4个开关，可以在空载和满载之间实现任意4点的准确补偿，但是由于是有级补偿，还不能够做到理想的程度。模拟量传感器可以实现无级补偿，但是存在的问题是模拟量传感器往往随着电梯的使用，其输出会发生偏移，造成补偿错误，效果有时会比不补偿还差，因此需要定期对补偿增益进行调整。艾默生TD3100电梯专用变频器启动转矩补偿原理如图所示：

图3 艾默生TD3100电梯专用变频器启动转矩补偿原理

2、 减振器和钢丝绳的合理选用

许多电梯厂家，对于减振器选用非常随意。实际上减振器对于提高电梯的舒适感有非常重要的作用。减振器一般有曳引机底座的橡胶减振垫、轿箱底部的减振弹簧或橡胶减振垫、轿箱顶部的钢丝绳减振器三种。曳引机底座的减振垫质量和减振效果千差万别，它直接影响到电梯的舒适感，特别是当电梯上行到顶层2至4层启动、停车时，问题将表现的异常突出。轿箱底部的减振器的质量将直接关系到电梯稳态运行的平稳性，如果弹性系数大，特性太硬，将起不到减振作用，会产生高频振动，人体会感觉到麻脚的感觉，严重时，将造成轿箱的高频振动，产生比较大的噪音。反之，将产生低频振荡，造成人体的下沉感。因此必须合理选用。钢丝绳的减振作用与轿箱底部的减振器作用相同，必须根据楼层高度，选用弹性系数合理的钢丝绳，在保证满载情况下，伸缩量符合要求的情况下，达到良好的减振效果。另外在高层电梯上，由于钢丝绳较长，松紧程度一致性差时，容易造成高速运行时钢丝绳的摆动，互相撞击造成轿箱的振动。一个有效的方法就是在钢丝绳末端添加钢丝绳减振器，对于钢丝绳的振动波产生有效的吸收，防止反射而形成差拍现象。

3、 编码器的合理选用

编码器是电梯变频器闭环的必要器件，其合理选用对电梯的安全、可靠运行产生重大影响。从安装方式上，轴套式更加可靠，但价格相对连轴式稍贵。目前许多采用连轴式编码器厂家，由于标准连轴器在同轴度不好的情况下，很容易折断，可靠性非常差，就自己采用非常简单的连接方式，给电梯的运行带来安全隐患。从接线方式上讲，有推挽输出的和开路集电极输出的，建议在编码器连线超过5m以上时建议选用开路集电极编码器，以提高抗干扰能力。

编码器的每转脉冲数一般在300以上就可以保证变频器的正常运行，建议在成本许可的情况下，最好将编码器每转脉冲数提高到1000到2000，可以大大提高电梯的启动舒适感。原因是每转脉冲数越大，启动溜车就容易实现快速检测，从而达到转矩的快速调整，减小溜车。

4、 控制系统的合理接地

电梯控制系统中，接地是一个影响可靠性的关键问题。由于我国供电的不规范，大多数场合是三相四线制，而非三相五线制，接地问题变得更加突出。在安装调试时首先必须保证控制柜、曳引机及轿箱可靠接地或零，然后是编码器接地。但是要强调的是，目前市场上编码器的规范性较差，有些编码器自身的抗干扰能力差，设计厂家将编码器引线的屏蔽层与编码器外壳连接，这是非常严重的错误。如果用户将编码器屏蔽层与变频器的地相接时，由于两端接地，变频器与电机之间存在电位差，容易产生干扰，轻者造成电梯的低频抖动和随机的过流保护，重者当调试现场曳引机没有接地或者接地不良时，电机的漏电将造成变频器接口板的严重损坏。因此，建议选用屏蔽层与外壳不连接的编码器，实施远端一点接地，可以大大提高系统的可靠性。

5、 制动电阻的合理选取

制动电阻是用于消耗电梯在发电过程中产生的回馈电能，电阻阻值的选取参考变频器说明书有关内容以100%制动转矩选取，但是电阻功率大小直接关系到体积和价格，许多厂家不知道如何选取，同等功率的变频器电阻全部是一样的。这是存在严重隐患的。因为电阻的功率与楼层的高度是有关的，一个6层楼和一个30层大楼，所用变频器可能均是15KW，但是变频器发电连续运行的时间相差5倍，其功率也需要相差5倍，才可以保证可靠性，延长电阻的寿命。因此电阻的功率应该先按照连续制动计算，然后根据不同楼层高度相应地调整功率。

七、 结论

本文针对曳引机、电机、变频器及运行调试等内容，从电气和机械两个方面，提出了一些提高电梯启动、加速、稳态和减速停车运行过程中舒适感的有效对策，对于电梯厂家、曳引机制造厂家及电梯改造、维护厂家均有一定的参考价值