电梯应急电源的优化设计

2010-07-01范永胜张晓峰

电源技术 2010年6期

范永胜，魏超，张晓峰

(1.河北建筑工程学院，河北张家口 075024；2.张家口市城市建设开发总公司,河北张家口 075000)

电梯停电困人的现象自从电梯诞生之日起就存在，传统的解决办法是在轿厢里设置易于识别和触及的报警装置，电梯发生困人现象后由乘客在轿内报警，然后再由专业人员去松闸、盘车、放人。应该说，这个办法绝对正确，也绝对可靠，但是这个办法奏效的前提是轿内报警一定能够及时警醒相关的专业技术人员。显然，这个办法是一个有些理想化的措施。

近年来，为了最大限度地减小停梯困人对被困乘客心理和生理上的不利影响，电梯应急装置应运而生。尽管此类装置的名称有的称为电梯停电自动平层控制屏，有的称为电梯停电自动救助装置等不同名称，但其实质就是电梯的应急电源，其硬件结构和工作原理基本相同。它们一般由主控板、充电板、逆变板、接口板、电池组及电源检测等几部分构成。

电梯应急电源的诞生很好地解决了电梯困人的问题，但目前该类装置的设计尚且存在着一些问题。

1 目前应急电源存在的问题

(1)现在电梯的拖动方式绝大多数是变频调速方式，在其硬件结构中自然有一个逆变环节，而各种电梯应急电源中也都有一个逆变板。从电梯应急电源和变频器的结构来看，二者都设计有整流、逆变环节，这造成了设备资源的浪费，从而使电梯应急电源的性价比偏低。

现以SMELD为例加以说明[1]。SMELD是上海三菱紧急停层装置的简称，它的作用是当电梯在运行中正常电源供电突然中断时，能够供给电梯运行各环节所需的电源，使电梯重新启动后低速运行至最近层站，然后平层开门，待乘客全部走出轿厢后，关门停在该层站。SMELD的简化电路见图1所示，SMELD装置以48 V蓄电池为动力，逆变出电脑所需的各部分电源，并经过升压变压器逆变出三相交流电压。由图可见，SMELD具备了自己独立的整流及逆变系统。

(2)在上述的SMELD系统中，当检测继电器检测到主电源停电时，SMELD装置的逻辑基板待6 s(确认主电源已失电)后才启动SMELD装置逆变出各部分电源。系统停电后曳引机上的制动器会马上对由于惯性还在转动的电动机进行机械制动，等待6 s后再重新启动，这无论在机械上还是在电气上都会给电梯带来很大的冲击,从而直接影响电梯的使用寿命。

(3)现在的电梯应急电源从原理上看已经非常成熟，它不仅考虑了所要实现的功能，还考虑了互保等环节的安全问题，但遗憾的是该装置只解决了主电源缺电时的放人问题，其单一的功能与其数万元的价格及维护费用极不相称。更由于许多重要场合也许都是采用了双回路供电，因而应急电源几乎失去了作用，极少派上用场。

图1 SMELD的简化电路图

(4)应急电源的设置以困人时救人为最终目的，但现在的应急电源设计的是只要主电源发生故障就立即投入运行，而不论轿箱内部是否有乘客被困。这就存在着空梯被召运行过程中突然停电应急电源实施救援的情况，但这是毫无意义行为。

2 应急电源优化设计的方案

目前，我国国产的变频调速电梯正在逐步取代其他类型的电梯，成为电梯的主流产品。变频分为交-交变频和交-直-交变频两种方案，前者的输出频率只能在比输入频率低得多的范围内改变，因此多用于低转速、大转矩的场合，在中小功率场合较少采用，在电梯中基本不用交-交变频方式而采用交-直-交变频[2]。

变频调速电梯不管是低速梯、中速梯还是高速梯，其拖动系统基本相同，所不同的是曳引机处于回馈制动状态时回馈能量的处理方式不同，各种速度的交流变频调速电梯的拖动系统见图2所示。由图可知，交流电梯皆采用了交-直-交变频方式，且逆变器部分基本原理是一样的。

为了解决电梯应急电源和电梯变频系统硬件重复的问题，可以充分利用电梯变频调速系统的组成特点，在变频器直流环节上增加蓄电池组供电环节，也就是说应急电源和电梯拖动系统共用逆变环节，从而节省了硬件投资。这种方案设计电梯的应急电源对系统可靠性没有任何的影响。

图2 变频调速电梯拖动系统

应急电源系统监测变频器直流母线电压，当电网出现电压波动或消失时，在变频器将因低电压停机前，应急电源系统设计的静态开关动作，由蓄电池组向变频器直流母线供电，从而确保变频器持续运行。

为了避免电梯应急电源空梯救人现象的发生，在优化方案中增加轿厢称重装置。在主电源缺电情况下检测轿箱内部是否有人，确保只在轿厢内部有人的情况下应急电源才予以启动。优化设计后的应急电源原理框图如图3所示。

图3 优化设计的原理框图

3 应急电源优化方案的工作原理

当市电正常时，市电接触器处于工作状态，电网电源直接向电梯的变频器供电，同时通过充电器对蓄电池进行充电，而静态开关SS处于关断状态。

当电梯处于工作状态时，系统时刻监测变频器直流母线的电压。当电网电压出现异常,变频器直流母线电压低于某一限值时，电源接触器断开市电回路，轿厢称重继电器处于吸合，确保有人的情况下静态开关SS动作，由蓄电池组向变频器的直流母线供电，变频器的逆变器工作，从而确保电梯在市电断电时轿厢有乘客情况下变频器近乎持续运行。

静态开关的控制是电梯应急系统中的核心内容。在电梯运行过程中，系统同时监测变频器输入交流电源电压和直流侧母线电压，以判断直流电压低时是否发生了变频器内部短路故障。只有当直流母线电压和电网电压都降至设定值以下且称重继电器吸合时才能触发静态开关导通。

优化设计后的电梯应急装置中静态开关和市电接触器采用电气互锁，以保证不同时投入。充电板实时检测电池组状态，及时充电。QF1和QF2采用小型塑壳断路器，当由于故障或其它原因导致过载时自行分断，以保障电梯及其应急电源的设备安全。

应急电源解决了电梯断电困人的问题，为了提高其性价比，可以把电梯的其它一些可能困人故障与停电实现“或”的关系，这样就可以利用应急电源解决更多的困人问题。