平衡系数检测技术研讨精讲

2020/5/17孙立新2012-11-16引言2020/5/172十分高兴能有机会与在座的各位同行对电梯检测检验进行座谈研讨。从今年初至今，试验了一种基于电梯运行功率与速度测量的平衡系数检测方法，检测精度与检测作业效率有了十分惊喜的改进。鉴于此方法的理论依据及其数学模型与现有技术不同，有必要进行较深入的研究探讨，提请各位斧正。2020/5/1731平衡系数的定义及其检测原理一、平衡系数的定义及其检测原理◆平衡系数的定义◆平衡系数的数学表达式◆GB/T10059、TSGT7001规定的平衡系数测试方法◆“电流-负荷曲线图”检验方法的测试原理◆“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度2020/5/1741平衡系数的定义及其检测原理1.1平衡系数的定义平衡系数，即额定载荷及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量。——GB7588-2003附录G按照这个定义，平衡系数是电梯部件（轿厢系统与对重系统）的重量相互比例关系的一个量值。是一个静态参数，没有考虑电梯运行中的工况。确定这个平衡系数定义的意义，在于可以实施对新方法、新仪器的精度检定，有章可循。例如，可以通过精确称量轿厢系统与对重系统的重量，计算出平衡系数值，用于检定新仪器、新方法的测量误差。2020/5/1751平衡系数的定义及其检测原理1.2平衡系数的数学表达式式中：q——平衡系数W——对重质量P——轿厢质量Q——额定载荷2020/5/1761平衡系数的定义及其检测原理1.3GB/T10059、TSGT7001规定的平衡系数测试方法轿厢分别装载额定载重量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，绘电流-负荷曲线，以上下运行曲线的交点确定平衡系数。2020/5/1771平衡系数的定义及其检测原理电动机的电流值可间接表示驱动功率大小，当电梯装载为平衡系数×额定载重量时，曳引轮两侧的荷重相等，即轿厢系统与对重系统处于平衡状态。此时，电梯向上或向下运行阻力相同，电动机的驱动功率相同，电流值相等。这种通过电梯逐级加载运行，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线图确定平衡的检测方法，就是要找出电梯向上运行与向下运行时电流值相同的那个加载值。1.4“电流-负荷曲线图”检验方法的测试原理1平衡系数的定义及其检测原理1.5“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度GB/T10059提出的上述平衡系数检测方法，很难说清楚它的测量精度是多少。以下因素都可能造成测量结果的误差：1）检测中供电电压波动，例如40%额载试验中电压380V，45%额载试验中电压372V，波动2.2%。对平衡系数检测值也可以有2%的影响2）运行速度变化，此检测方法是基于试验中电梯速度为常数，如果电梯在不同载荷、不同方向的运行速度变化，也会影响测量结果。2020/5/1781平衡系数的定义及其检测原理1.5“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度3）传动效率差异，此检测方法是基于电动机、机械系统向上或向下运行传动效率不变等条件。例如轿厢装载为平衡系数×额定载重量时，曳引轮两侧的荷重相等，电梯向上或向下的电流值应相同，若不相同就会影响测量结果。4）描点绘图技巧，因平衡系数要通过描点、连线、找交汇点才能得到，曲线绘制包含了一定的人为因素。使用Excel软件可以避免手工描点连线绘图的人为操作差异。2020/5/1791平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1710“电流-负荷曲线图”检验方法的测量精度（续）GB/T10059提出的平衡系数检测方法最主要的优点是技术成熟，在电梯行业沿用了几十年。另一个优点是对试验仪表、量具要求不高，例如，对电压、电流表的精度要求为±5%，由于检测得到的电流值只是用来做数值比较，只与电流表本身的重复性、稳定性有关，数值精度对平衡系数的结果影响不大。试重砝码的精度会直接引入到平衡系数的最终结果。只要使用计量检定合格，或者使用经过计量检定合格量具称重的荷载，误差值都会远远小于平衡系数的精度值。虽然这种检测方法的精度到底是多少谁也说不清楚，但行业有一个共识：——检验结果可以满足电梯安装工程与电梯安全运行的检测要求。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/17111.6关于加载点与电流检测位置TSGT7001—2009《电梯监督检验与定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》关于曳引电梯平衡系数的检验方法的原文是“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。以电动机电源输入端为电流检测点”。TSGT7002—2011《电梯监督检验与定期检验规则——消防员电梯》与TSGT7003—2011《电梯监督检验与定期检验规则——防爆电梯》中，关于对曳引电梯平衡系数检验方法的规定相同，原文是“轿厢分别装载额定载重量的25%、40%、50%、75%、100%、110%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。以电动机电源输入端为电流检测点”。上述两种检测方法，主要区别是试验中的加载点设置不同,对具体检测作业程序及其工作量，以及检测结果具有一定影响。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1712关于曳引电梯平衡系数的检验方法：国家质检总局《电梯监督检验规程－２００２）：“轿厢分别承载0、25%、50%、75%、100%的额定载荷，进行沿全程直驶运行试验，分别记录轿厢上下行至与对重同一水平面时的电流、电压或速度值。对于交流电动机通过电流测量并结合速度测量，做电流-载荷曲线或速度-载荷曲线，以上、下运行曲线交点确定平衡系数。电流应用钳型电流表从交流电动机输入端测量。对于直流电动机通过电流测量并结合电压测量，做电流-载荷曲线或电压-载荷曲线，确定平衡系数。”GB/T10059-2009《电梯试验方法》“4.2.1.2平衡系数宜在轿厢以额定载重量的30％、40％、45％、50％、60％时上、下运行，当轿厢与对重运行到同一水平位置时，交流电动机仅测量电流，直流电动机测量电流并同时测量电压。绘制电流（或者电压）－负载曲线，以向上、向下运行曲线的交点来确定平衡系数。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1713关于试验中的加载点设置我们通过对同一台电梯分别按上述方法实施检验，比对两者的差异：电梯参数：型号为三菱Nexway-s；额定速度1m/s；额定载荷825kg；电梯电源380V/50Hz；电动机供电152V/19Hz（额定）。检测设备：（1）日置HIOKI3287钳形电流表，电流测量精度±1.5%（10～1kHz）；（2）试重砝码，精度±0.3%。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1714图1是检测结果：（使用MicrosoftOfficeExcel绘制）1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1715通过图1的两张电流-负荷曲线图以及我们大量的检测实践可以得出，远离曲线交点的检测数据对交点位置的影响很小。因为合格电梯的平衡系数在40%至50%之间，TSGT7002—2011与TSGT7003—2011规定进行的100%、110%额定载重量的加载试验,对平衡系数检验没有实际意义。其相对于TSGT7001—2009提出的加载点及其检验方法，至少要多付出20%的工作量。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1716在同一部电梯应用上述两种检测方法得到的平衡系数一个为46.1%,另一个则为47.3%。分析检测数据及其图表，应用TSGT7001—2009规定的检测方法其结果要更精确些，原因是在“40%”与“50%”加载点之间增添了“45%”额定载重量的加载点，相当于在曲线图的交点附近，数据点的密度增加了1倍，可以有效限制绘图曲线的分散性，提高检测精度。对于电梯平衡系数检测而言，加载点的设置会直接影响检测作业时间与检测精度。本人认为TSGT7001—2009的加载点设置更合理些。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1717关于试验中的电流检测位置现代电梯普遍应用了交流变频拖动技术，平衡系数试验中的电流检测位置是放在变频器之后。即图2的“检测点A”；还是放在变频器之前，即图2的“检测点B”,一直是困扰电梯检测作业的难题。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1718关于试验中的电流检测位置TSGT7001、7002、7003电梯检验规则在引用GB/T10059的电梯平衡系数检测方法时增加了“以电动机电源输入端为电流检测点”的新规定。据调研，在我们的质检技术机构中，电梯检验普遍配置是通用型钳形电流表，适用于工频电源测量。如果“以电动机电源输入端为电流检测点”，可能超出了仪表的使用范围，检测数据为无效数据，肯定不可取。于是，就把检测点改为变频器之前。这种做法，显然与检验规则要求相违。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1719关于试验中的电流检测位置检测点A直接得到电动机的电流值，能实时、真实反应电动机的负载情况，在理论上更合理。问题是由于广泛使用的永磁同步曳引机额定电源频率不是工频，通常为10Hz至30Hz，超出了通用电流表的使用频率范围。检测点B间是接得到电动机的电流值，电源是工频正弦波，可使用通用电流表测量。问题是由于电源与电动机之间1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1720关于试验中的电流检测位置下图是同一部电梯分别在拖动变频器后（即检测A）与在拖动变频器前（即检测B）接入电流表检测的结果，可以看出，电流数据与图形差别较大，得到的平衡系数检测结果基本一致。1平衡系数的定义及其检测原理2020/5/1721关于试验中的电流检测位置据资料介绍，江西省特检院完成了国家质检总局科技项目2007QK174《变频调压调速拖动设备电参数测量研究》并通过了科技成果鉴定，其研究结论概括为：（1）通过逐级加载测量电流方式对电梯平衡系数检测，在变频器前端和后端为测试点，得出的平衡系数数值基本一致；（2）使用宽频仪表与工频仪表测量，电梯平衡系数检测结果基本一致；平衡系数检测结果只与电流表本身的重复性、稳定性有关，而与电流表的频率响应特性无明显关联。（3）综合考虑测量数据的真实性、稳定性和不确定度等因素，建议平衡系数检验中电流测试点选择在变频器的输入端。综合以上情况，本人认为“以电动机电源输入端为电流检测点”的规定是有一定的局限性的。2无载测试技术的发展二、平衡系数无载测试技术◆曳引绳张力测试法◆轿厢与对重质量差称量法◆轿厢侧加力平衡法◆湖南地方标准提出的检测方法■测试方法比对分析2020/5/17222无载测试技术的发展由于传统的“电流-负荷曲线图”测量方法需要逐级加载，装运试重砝码的工作量很大，比较费时费力。因此，近年来无载平衡系数测试技术应允而生，取得了一些研究成果：2020/5/17232.1曳引绳张力测试法安徽省特种设备检测院研发了通过检测曳引轮两侧钢丝绳张力确定平衡系数的方法及其检测仪。分别在轿厢侧和对重侧，用钢丝绳测量装置两端的绳钩勾住竖直的钢丝绳，顺时针旋转螺旋推进器将传感器顶进，此时传感器有一个检测信号输出，通过数据采集器进行信号处理，上位机及软件对传输来的数据进行处理，推导出轿厢和对重的重量，通过电梯平衡系数的力学基本公式计算出电梯平衡系数值，由打印机打印出测试报告。2无载测试技术的发展2020/5/17242.2轿厢与对重的质量差称量法由辽宁石油化工大学研发，具体的方法步骤为：将力变送器布置在与对重对应的井道底部，并连接测试仪，测量对重重量W与轿厢重量G的差值W-G。在空载情况下，将曳引电机断电，刹车装置松开，使对重落到底部压实在力变送器上；根据测得的对重与轿厢的重量差值W-G，通过测试仪器中存储的额定载重量Q，计算出电梯平衡系数。研发了便携式电梯平衡系数测试仪，在电梯空载情况下，一次就可以完成电梯平衡系数的测试工作，并且现场打印输出测试结果，避免了传统测试方法的缺陷，提高了测试精度和快速性，实现了无载荷测试。