王傳軍， 張菲波， 李永奇

(1.上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心，上海 200063;

2.廣東省特種設(shè)備檢測院，廣東廣州 510655)

0 引言

無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)以其電氣性能和安全性能優(yōu)勢在電梯驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，其性能測試也隨之受到關(guān)注，成為產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)量監(jiān)督檢驗不可或缺的環(huán)節(jié)。優(yōu)良的測試系統(tǒng)，可以確保整機(jī)性能測試的準(zhǔn)確度和重復(fù)性，確保曳引機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全，同時也可作為優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)支撐。本文介紹的測試系統(tǒng)可以用來完成無齒輪電梯曳引機(jī)的空載、負(fù)載、溫升、失步轉(zhuǎn)矩、感應(yīng)電壓等電氣性能試驗;同時，也可用來模擬電梯曳引機(jī)拖拽轎廂的實際運行工況，還可以用來完成對曳引機(jī)制動器制動響應(yīng)時間的測試。系統(tǒng)采用RS－485總線控制，集電源和負(fù)載的調(diào)控、全方位保護(hù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集處理和查詢等功能于一體，具有高穩(wěn)定性、高重復(fù)性、高精度、高自動化等特點，可廣泛應(yīng)用于無齒輪電梯曳引機(jī)研發(fā)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)制造商、專業(yè)試驗室等。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由可升降式固定臺架、試驗電源系統(tǒng)、負(fù)載系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等五部分組成，電源系統(tǒng)采用了交流感應(yīng)調(diào)壓器供電，保證了良好的電源品質(zhì)，適用于對試驗電源品質(zhì)要求較高的場合，系統(tǒng)采用了變速箱，將被試曳引機(jī)的較低輸出轉(zhuǎn)速升高，然后利用較高轉(zhuǎn)速負(fù)載直流電機(jī)來進(jìn)行負(fù)載模擬，降低了成本。該系統(tǒng)還設(shè)計了可升降式固定臺位，負(fù)載部分固定安裝，被試驗電機(jī)部分可以升降控制并鎖緊，適合90 kW大功率電機(jī)試驗的固定需求，有效降低了安裝的勞動強(qiáng)度，提高了試驗效率。系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)圖

1.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的原理圖如圖2所示，被試曳引機(jī)由富士VG7系列矢量控制變頻器供電。為保證變頻器的輸入電壓為額定，用一臺250 kVA感應(yīng)調(diào)壓器給變頻器供電;被試曳引機(jī)通過變速箱驅(qū)動負(fù)載直流電機(jī)，負(fù)載直流電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電能量通過加載器回饋到變頻器的輸入端;回饋加載器可通過RS－485總線控制，調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，控制方便，而且達(dá)到節(jié)能的目的。

圖2 系統(tǒng)電氣原理框圖

1.2 總線控制

該系統(tǒng)采用RS－485總線控制，原理圖如圖3所示。采用6通道數(shù)字功率計測量電壓、電流及功率，可同時測量變頻器的輸入電參數(shù)和曳引機(jī)的輸入電參數(shù)，RS－485總線可根據(jù)電流的實際大小，自動控制電流變比切換;工控機(jī)根據(jù)給定負(fù)載值，控制回饋加載器調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，整個系統(tǒng)閉環(huán)運行，達(dá)到穩(wěn)定負(fù)載的目的。

圖3 系統(tǒng)總線控制原理圖

2 主要試驗項目

2.1 總線控制

該系統(tǒng)可以在軟件控制下，讓曳引機(jī)在要求的工作制下正、反轉(zhuǎn)運行，模擬電梯曳引機(jī)拖拽轎廂的實際運行工況。在曳引機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩下，按曳引機(jī)的工作制負(fù)載持續(xù)率和周期運行，達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)測取繞組的直流電阻。

也可根據(jù)式(1)計算出等效電流:

式中:Ik——等效電流值;

I1、I2、I3、I4、…Ii、…In——各運行區(qū)間電流值;

t1、t2、t3、t4、…ti、…tn——各運行區(qū)間時間;

下標(biāo)i——第i個運行區(qū)間。

使曳引機(jī)在等效電流Ik下連續(xù)運行，當(dāng)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)后測取繞組的直流電阻。測取繞組熱態(tài)電阻后均按式(2)計算繞組的溫升:

式中:θ2——熱試驗結(jié)束時繞組的溫度;

θa——熱試驗結(jié)束時冷卻介質(zhì)的溫度;

θ1——測量繞組(冷態(tài))初始電阻時溫度;

R2——熱試驗結(jié)束時的繞組的電阻;

R1——溫度為θ1(冷態(tài))時的繞組的電阻;

k——導(dǎo)體材料在0℃時的電阻溫度系數(shù)的倒數(shù)，銅k=235，鋁k=225，除非另有規(guī)定。

2.2 效率試驗

曳引機(jī)電機(jī)為永磁同步電機(jī)，其效率試驗根據(jù)GB/T 1029—2005《同步電機(jī)試驗方法》中的5.1條，采取輸入/輸出直接法測定。

該系統(tǒng)的效率測試也符合 GB/T 24478—2009《電梯曳引機(jī)》第5.2條規(guī)定。效率值按式(3)計算:

式中:η——被試曳引機(jī)效率;

n——被試曳引機(jī)轉(zhuǎn)速;

T——被試曳引機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩;

P1——被試驗曳引機(jī)輸入功率。

式中的轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n由工控機(jī)通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀讀取，被試曳引機(jī)的輸入功率P1由工控機(jī)通過數(shù)字功率計讀取。工控機(jī)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計算并自動繪制負(fù)載曲線、輸出測試報告。

2.3 制動器制動響應(yīng)時間測試

曳引機(jī)制動器的性能包括:制動器溫升、制動器起動電壓和釋放電壓、制動器制動響應(yīng)時間等。制動器響應(yīng)時間關(guān)系到電梯的安全問題，原國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13435—1992中只規(guī)定了制動器開起時間不大于0.8 s。GB/T 24478—2009《電梯曳引機(jī)》規(guī)定:制動器制動響應(yīng)時間不大于0.5 s?？梢姡苿悠黜憫?yīng)時間這一性能的重要性。

制動器制動響應(yīng)時間測試原理如圖4所示。

圖4 制動器響應(yīng)時間測試原理圖

該系統(tǒng)采用回饋加載器驅(qū)動直流負(fù)載電機(jī)作為動力源，由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測試曳引機(jī)的制動力矩，由示波記錄儀記錄制動器斷電信號到力矩傳感器達(dá)到額定制動力矩信號的時間差，即制動器響應(yīng)時間。

2.3.1 測試系統(tǒng)組成及測試方法

測試時被試曳引機(jī)不通電，用回饋加載器驅(qū)動直流負(fù)載電機(jī)拖動被試曳引機(jī)，然后將被試曳引機(jī)調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，關(guān)閉制動器電源，記錄制動器斷電到制動器的力矩達(dá)到額定制動力矩的時間。

系統(tǒng)采用日置8870-21波形記錄儀，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器輸出轉(zhuǎn)矩信號經(jīng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀TI-1A后輸出0～10 V模擬信號，對應(yīng)0～Tm(Tm為所選轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的量程)，模擬量輸出端子接到8870-21波形記錄儀的BNC端子通道CH1上。制動器電壓信號接到8870-21波形記錄儀的BNC端子通道CH2上。線路連接后，對8870-21波形記錄儀進(jìn)行記錄條件設(shè)定，首先設(shè)定時間軸量程，然后設(shè)定電壓軸(縱軸)單位，可將通道CH1電壓設(shè)為轉(zhuǎn)矩，8870-21波形記錄儀會自動將電壓換算為轉(zhuǎn)矩顯示。設(shè)定完成后，按“開始/停止”按鈕開始記錄波形，然后立即切斷制動器電源，測試結(jié)束后再次按“開始/停止”按鈕停止波形記錄;最后，將數(shù)據(jù)保存至8870-21波形記錄儀的CF卡上便于分析。

2.3.2 測試結(jié)果

8870-21波形記錄儀上可以設(shè)定任意設(shè)定波形上的A/B光標(biāo)，記錄儀上會自動顯示這兩點間的時間差。

測量結(jié)束保存測量數(shù)據(jù)至CF卡，用USB通信接口將波形數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)，用工控機(jī)軟件可查看并打印波形，如圖5所示。

圖5 制動器制動力矩波形圖

從圖5所示波形上很容易觀察制動器的響應(yīng)過程，由軟件對波形進(jìn)行回歸分析，查出制動器斷電到制動力矩達(dá)到額定制動力矩的時間。

3 結(jié)語

本文介紹的系統(tǒng)，經(jīng)過了長時間的使用和驗證，其運行穩(wěn)定、操作方便、測試精度高，很好地完成了無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)的各項電氣性能測試，為曳引機(jī)的質(zhì)量檢測提供可靠技術(shù)支撐，具有較好的性價比和實用價值。

［1］GB/T 24478—2009，電梯曳引機(jī)［S］.2009.

［2］陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.