電梯應(yīng)急電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)

范永勝，魏 超，張曉峰

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024；2.張家口市城市建設(shè)開發(fā)總公司,河北 張家口 075000)

電梯停電困人的現(xiàn)象自從電梯誕生之日起就存在，傳統(tǒng)的解決辦法是在轎廂里設(shè)置易于識(shí)別和觸及的報(bào)警裝置，電梯發(fā)生困人現(xiàn)象后由乘客在轎內(nèi)報(bào)警，然后再由專業(yè)人員去松閘、盤車、放人。應(yīng)該說，這個(gè)辦法絕對(duì)正確，也絕對(duì)可靠，但是這個(gè)辦法奏效的前提是轎內(nèi)報(bào)警一定能夠及時(shí)警醒相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員。顯然，這個(gè)辦法是一個(gè)有些理想化的措施。

近年來，為了最大限度地減小停梯困人對(duì)被困乘客心理和生理上的不利影響，電梯應(yīng)急裝置應(yīng)運(yùn)而生。盡管此類裝置的名稱有的稱為電梯停電自動(dòng)平層控制屏，有的稱為電梯停電自動(dòng)救助裝置等不同名稱，但其實(shí)質(zhì)就是電梯的應(yīng)急電源，其硬件結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。它們一般由主控板、充電板、逆變板、接口板、電池組及電源檢測(cè)等幾部分構(gòu)成。

電梯應(yīng)急電源的誕生很好地解決了電梯困人的問題，但目前該類裝置的設(shè)計(jì)尚且存在著一些問題。

1 目前應(yīng)急電源存在的問題

(1)現(xiàn)在電梯的拖動(dòng)方式絕大多數(shù)是變頻調(diào)速方式，在其硬件結(jié)構(gòu)中自然有一個(gè)逆變環(huán)節(jié)，而各種電梯應(yīng)急電源中也都有一個(gè)逆變板。從電梯應(yīng)急電源和變頻器的結(jié)構(gòu)來看，二者都設(shè)計(jì)有整流、逆變環(huán)節(jié)，這造成了設(shè)備資源的浪費(fèi)，從而使電梯應(yīng)急電源的性價(jià)比偏低。

現(xiàn)以SMELD為例加以說明[1]。SMELD是上海三菱緊急停層裝置的簡(jiǎn)稱，它的作用是當(dāng)電梯在運(yùn)行中正常電源供電突然中斷時(shí)，能夠供給電梯運(yùn)行各環(huán)節(jié)所需的電源，使電梯重新啟動(dòng)后低速運(yùn)行至最近層站，然后平層開門，待乘客全部走出轎廂后，關(guān)門停在該層站。SMELD的簡(jiǎn)化電路見圖1所示，SMELD裝置以48 V蓄電池為動(dòng)力，逆變出電腦所需的各部分電源，并經(jīng)過升壓變壓器逆變出三相交流電壓。由圖可見，SMELD具備了自己獨(dú)立的整流及逆變系統(tǒng)。

(2)在上述的SMELD系統(tǒng)中，當(dāng)檢測(cè)繼電器檢測(cè)到主電源停電時(shí)，SMELD裝置的邏輯基板待6 s(確認(rèn)主電源已失電)后才啟動(dòng)SMELD裝置逆變出各部分電源。系統(tǒng)停電后曳引機(jī)上的制動(dòng)器會(huì)馬上對(duì)由于慣性還在轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，等待6 s后再重新啟動(dòng)，這無論在機(jī)械上還是在電氣上都會(huì)給電梯帶來很大的沖擊,從而直接影響電梯的使用壽命。

(3)現(xiàn)在的電梯應(yīng)急電源從原理上看已經(jīng)非常成熟，它不僅考慮了所要實(shí)現(xiàn)的功能，還考慮了互保等環(huán)節(jié)的安全問題，但遺憾的是該裝置只解決了主電源缺電時(shí)的放人問題，其單一的功能與其數(shù)萬元的價(jià)格及維護(hù)費(fèi)用極不相稱。更由于許多重要場(chǎng)合也許都是采用了雙回路供電，因而應(yīng)急電源幾乎失去了作用，極少派上用場(chǎng)。

圖1 SMELD的簡(jiǎn)化電路圖

(4)應(yīng)急電源的設(shè)置以困人時(shí)救人為最終目的，但現(xiàn)在的應(yīng)急電源設(shè)計(jì)的是只要主電源發(fā)生故障就立即投入運(yùn)行，而不論轎箱內(nèi)部是否有乘客被困。這就存在著空梯被召運(yùn)行過程中突然停電應(yīng)急電源實(shí)施救援的情況，但這是毫無意義行為。

2 應(yīng)急電源優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案

目前，我國國產(chǎn)的變頻調(diào)速電梯正在逐步取代其他類型的電梯，成為電梯的主流產(chǎn)品。變頻分為交-交變頻和交-直-交變頻兩種方案，前者的輸出頻率只能在比輸入頻率低得多的范圍內(nèi)改變，因此多用于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合，在中小功率場(chǎng)合較少采用，在電梯中基本不用交-交變頻方式而采用交-直-交變頻[2]。

變頻調(diào)速電梯不管是低速梯、中速梯還是高速梯，其拖動(dòng)系統(tǒng)基本相同，所不同的是曳引機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)回饋能量的處理方式不同，各種速度的交流變頻調(diào)速電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)見圖2所示。由圖可知，交流電梯皆采用了交-直-交變頻方式，且逆變器部分基本原理是一樣的。

為了解決電梯應(yīng)急電源和電梯變頻系統(tǒng)硬件重復(fù)的問題，可以充分利用電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，在變頻器直流環(huán)節(jié)上增加蓄電池組供電環(huán)節(jié)，也就是說應(yīng)急電源和電梯拖動(dòng)系統(tǒng)共用逆變環(huán)節(jié)，從而節(jié)省了硬件投資。這種方案設(shè)計(jì)電梯的應(yīng)急電源對(duì)系統(tǒng)可靠性沒有任何的影響。

圖2 變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)系統(tǒng)

應(yīng)急電源系統(tǒng)監(jiān)測(cè)變頻器直流母線電壓，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)或消失時(shí)，在變頻器將因低電壓停機(jī)前，應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靜態(tài)開關(guān)動(dòng)作，由蓄電池組向變頻器直流母線供電，從而確保變頻器持續(xù)運(yùn)行。

為了避免電梯應(yīng)急電源空梯救人現(xiàn)象的發(fā)生，在優(yōu)化方案中增加轎廂稱重裝置。在主電源缺電情況下檢測(cè)轎箱內(nèi)部是否有人，確保只在轎廂內(nèi)部有人的情況下應(yīng)急電源才予以啟動(dòng)。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的應(yīng)急電源原理框圖如圖3所示。

圖3 優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理框圖

3 應(yīng)急電源優(yōu)化方案的工作原理

當(dāng)市電正常時(shí)，市電接觸器處于工作狀態(tài)，電網(wǎng)電源直接向電梯的變頻器供電，同時(shí)通過充電器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，而靜態(tài)開關(guān)SS處于關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)電梯處于工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)變頻器直流母線的電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常,變頻器直流母線電壓低于某一限值時(shí)，電源接觸器斷開市電回路，轎廂稱重繼電器處于吸合，確保有人的情況下靜態(tài)開關(guān)SS動(dòng)作，由蓄電池組向變頻器的直流母線供電，變頻器的逆變器工作，從而確保電梯在市電斷電時(shí)轎廂有乘客情況下變頻器近乎持續(xù)運(yùn)行。

靜態(tài)開關(guān)的控制是電梯應(yīng)急系統(tǒng)中的核心內(nèi)容。在電梯運(yùn)行過程中，系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測(cè)變頻器輸入交流電源電壓和直流側(cè)母線電壓，以判斷直流電壓低時(shí)是否發(fā)生了變頻器內(nèi)部短路故障。只有當(dāng)直流母線電壓和電網(wǎng)電壓都降至設(shè)定值以下且稱重繼電器吸合時(shí)才能觸發(fā)靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)通。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的電梯應(yīng)急裝置中靜態(tài)開關(guān)和市電接觸器采用電氣互鎖，以保證不同時(shí)投入。充電板實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組狀態(tài)，及時(shí)充電。QF1和QF2采用小型塑殼斷路器，當(dāng)由于故障或其它原因?qū)е逻^載時(shí)自行分?jǐn)?，以保障電梯及其?yīng)急電源的設(shè)備安全。

應(yīng)急電源解決了電梯斷電困人的問題，為了提高其性價(jià)比，可以把電梯的其它一些可能困人故障與停電實(shí)現(xiàn)“或”的關(guān)系，這樣就可以利用應(yīng)急電源解決更多的困人問題。

4 結(jié)束語

對(duì)傳統(tǒng)電梯應(yīng)急電源進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了硬件投資，將使體積和質(zhì)量大幅度降低，同時(shí)增加了諸多功能，整體上提高了應(yīng)急電源的性價(jià)比。該設(shè)計(jì)適用于交流變頻電梯，在永磁同步無齒曳引技術(shù)導(dǎo)致的無機(jī)房電梯日趨增加的今天，其具有良好的應(yīng)用前景。

[1]劉曉君.解讀電梯[M].第二版.北京:中國石油大學(xué)出版社，2007.

[2]葉安麗.電梯控制技術(shù)[M].第二版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.