電梯應急電源的優化設計

范永勝，魏 超，張曉峰

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075024；2.張家口市城市建設開發總公司,河北 張家口 075000)

電梯停電困人的現象自從電梯誕生之日起就存在，傳統的解決辦法是在轎廂里設置易于識別和觸及的報警裝置，電梯發生困人現象后由乘客在轎內報警，然后再由專業人員去松閘、盤車、放人。應該說，這個辦法絕對正確，也絕對可靠，但是這個辦法奏效的前提是轎內報警一定能夠及時警醒相關的專業技術人員。顯然，這個辦法是一個有些理想化的措施。

近年來，為了最大限度地減小停梯困人對被困乘客心理和生理上的不利影響，電梯應急裝置應運而生。盡管此類裝置的名稱有的稱為電梯停電自動平層控制屏，有的稱為電梯停電自動救助裝置等不同名稱，但其實質就是電梯的應急電源，其硬件結構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、電池組及電源檢測等幾部分構成。

電梯應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計尚且存在著一些問題。

1 目前應急電源存在的問題

(1)現在電梯的拖動方式絕大多數是變頻調速方式，在其硬件結構中自然有一個逆變環節，而各種電梯應急電源中也都有一個逆變板。從電梯應急電源和變頻器的結構來看，二者都設計有整流、逆變環節，這造成了設備資源的浪費，從而使電梯應急電源的性價比偏低。

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

(2)在上述的SMELD系統中，當檢測繼電器檢測到主電源停電時，SMELD裝置的邏輯基板待6 s(確認主電源已失電)后才啟動SMELD裝置逆變出各部分電源。系統停電后曳引機上的制動器會馬上對由于慣性還在轉動的電動機進行機械制動，等待6 s后再重新啟動，這無論在機械上還是在電氣上都會給電梯帶來很大的沖擊,從而直接影響電梯的使用壽命。

(3)現在的電梯應急電源從原理上看已經非常成熟，它不僅考慮了所要實現的功能，還考慮了互保等環節的安全問題，但遺憾的是該裝置只解決了主電源缺電時的放人問題，其單一的功能與其數萬元的價格及維護費用極不相稱。更由于許多重要場合也許都是采用了雙回路供電，因而應急電源幾乎失去了作用，極少派上用場。

圖1 SMELD的簡化電路圖

(4)應急電源的設置以困人時救人為最終目的，但現在的應急電源設計的是只要主電源發生故障就立即投入運行，而不論轎箱內部是否有乘客被困。這就存在著空梯被召運行過程中突然停電應急電源實施救援的情況，但這是毫無意義行為。

2 應急電源優化設計的方案

目前，我國國產的變頻調速電梯正在逐步取代其他類型的電梯，成為電梯的主流產品。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改變，因此多用于低轉速、大轉矩的場合，在中小功率場合較少采用，在電梯中基本不用交-交變頻方式而采用交-直-交變頻[2]。

變頻調速電梯不管是低速梯、中速梯還是高速梯，其拖動系統基本相同，所不同的是曳引機處于回饋制動狀態時回饋能量的處理方式不同，各種速度的交流變頻調速電梯的拖動系統見圖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。

為了解決電梯應急電源和電梯變頻系統硬件重復的問題，可以充分利用電梯變頻調速系統的組成特點，在變頻器直流環節上增加蓄電池組供電環節，也就是說應急電源和電梯拖動系統共用逆變環節，從而節省了硬件投資。這種方案設計電梯的應急電源對系統可靠性沒有任何的影響。

圖2 變頻調速電梯拖動系統

應急電源系統監測變頻器直流母線電壓，當電網出現電壓波動或消失時，在變頻器將因低電壓停機前，應急電源系統設計的靜態開關動作，由蓄電池組向變頻器直流母線供電，從而確保變頻器持續運行。

為了避免電梯應急電源空梯救人現象的發生，在優化方案中增加轎廂稱重裝置。在主電源缺電情況下檢測轎箱內部是否有人，確保只在轎廂內部有人的情況下應急電源才予以啟動。優化設計后的應急電源原理框圖如圖3所示。

圖3 優化設計的原理框圖

3 應急電源優化方案的工作原理

當市電正常時，市電接觸器處于工作狀態，電網電源直接向電梯的變頻器供電，同時通過充電器對蓄電池進行充電，而靜態開關SS處于關斷狀態。

當電梯處于工作狀態時，系統時刻監測變頻器直流母線的電壓。當電網電壓出現異常,變頻器直流母線電壓低于某一限值時，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開關SS動作，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轎廂有乘客情況下變頻器近乎持續運行。

靜態開關的控制是電梯應急系統中的核心內容。在電梯運行過程中，系統同時監測變頻器輸入交流電源電壓和直流側母線電壓，以判斷直流電壓低時是否發生了變頻器內部短路故障。只有當直流母線電壓和電網電壓都降至設定值以下且稱重繼電器吸合時才能觸發靜態開關導通。

優化設計后的電梯應急裝置中靜態開關和市電接觸器采用電氣互鎖，以保證不同時投入。充電板實時檢測電池組狀態，及時充電。QF1和QF2采用小型塑殼斷路器，當由于故障或其它原因導致過載時自行分斷，以保障電梯及其應急電源的設備安全。

應急電源解決了電梯斷電困人的問題，為了提高其性價比，可以把電梯的其它一些可能困人故障與停電實現“或”的關系，這樣就可以利用應急電源解決更多的困人問題。

4 結束語

對傳統電梯應急電源進行了優化設計，減少了硬件投資，將使體積和質量大幅度降低，同時增加了諸多功能，整體上提高了應急電源的性價比。該設計適用于交流變頻電梯，在永磁同步無齒曳引技術導致的無機房電梯日趨增加的今天，其具有良好的應用前景。

[1]劉曉君.解讀電梯[M].第二版.北京:中國石油大學出版社，2007.

[2]葉安麗.電梯控制技術[M].第二版.北京:機械工業出版社，2008.