电梯配电计算初析

其原理是电机允许温度所决定的。 反之， 若按低负载
持续率选择电动机， 当运行在高负载持续率时， 因电
动机承载能力降低而发生过载， 这是不允许的。
从表 2 还可知额定功率、 额定电流、 效率、
功率因数 4 者的关系： 额定功率指的是电机能输
出的有功功率， 输入电功率 = 额定功率 ； 额定 电动机效率
Abstract： A common elevator characterized in that the motor adopts worm鄄gear transmission is taken as an example， based on that the power of the elevator distribution design shall be the transmission power for converting the electrical power into the mechanical power under full load， a distribution calculation idea is proposed for power supply to the main circuit of the elevator with a general crane motor （asynchronous wound鄄rotor） as dynamic tractor. Besides， the rated power and the power calculated by demand factor method are discussed， both of which are unable to truly reflect the energy relationship between the electrical power and the mechanical power of the elevator.
G — —— 电梯额定载质量， kg；
ηZ — —— 传动机构效率； 102 — —— kg f·m / s 与 kW 的换算系数。
式 （1） 的物理意义在于： 电梯工作过程， 除启
动和制动过程是变速另外考虑外， 一进入匀速正常运
行， 不管是短时工作还是长期持续工作， 也不管配套
电动机额定 （铭牌） 功率多大， 满载时负载功率都是
2 电梯供电有功功率
文献 ［1］ 指出电动机也遵循能量守恒定理， 即： 电源输入的电能 = 磁场储能的增量 + 转化为热 能的能量损耗 + 机械能输出 可见等式右边第一项为无功功率， 第二、 三项为 有功功率。 由物理学原理可知， 电梯重力做功功率与电梯载 质量和提升速度成正比， 考虑到传动机构摩擦力所产 生的损耗都是转化为热能的损耗， 工程上用电梯传动 效率 ηZ 折算。 得电梯满载时负载功率为：
工作状态 电动机做功
说明
Gx > Gp 上 升 Gx = Gp
正功 正功
电动机输出有用功， 拉动负载上升 电动机输出有用功， 克服摩擦力上升
Gx < Gp 负功 （发电）
Gp 作功， 电动机呈发电状态
Gx > Gp 负功 （发电）
Gp 作功， 电动机呈发电状态
下 降 Gx = Gp
正功
电动机输出有用功， 克服摩擦力下降
根据文献 ［4］， 电梯配套电动机功率应大于 式 （1） 计 算 值 ， 并 留 有 10 % ～ 20 % 的 超 载 裕 量 。 配套电动机的额定 （铭牌） 功率更大。 例如满载负 载功率为 11. 4 kW， 考虑 10 % ～ 20 % 的超载裕量即 电 梯 配 套 电 动 机 功 率 13. 7 kW， 但 电 机 没 有 这 种 规 格 ， 只 能 选 取 规 格 为 17 kW 的 电 机 ， 额 定 负 载 时 ， 功 率 超 载 裕 量 为 （17 - 13. 7） / 13. 7 = 24 % ， 负 荷 率 13. 7 / 17 = 81 %， 即实际需要系数为 0. 81。 虽然 也有专用电梯配套电机， 但电梯规格太多， 不可能
对每一规格电梯配专用电动 机 。 可 见 铭 牌 功 率 Pr 与 负载功率 PL 比值不是固定值 ， 有 时 冗 余 量 较 大 ， 所 以铭牌功率 Pr 不能作为配电设计依据。 3. 4 需要系数法计算功率
根据文献 ［3］， 短时或周期工作制电动机 （如起 重机用电动机等） 的设备 （铭牌） 功率是指将额定功 率换算为统一负载持续率下的有功功率。 当采用需要 系数法计算负荷时， 应统一换算到负载持续率 ε 为 25 %下的有功功率：
由于 Pr 与 PL 比值随机性较大， 也即与 PN 比值随
机 性 较 大 ， 一 般 PN ＜ Pr。 可 见 满 载 负 载 功 率 PL、 满
载有 功 电 功 率 PN、 电 动 机 额 定 （铭 牌 ） 功 率 Pr、 需
要系数法计算功率 Pe 大小关系如下：
PL < PN < Pr < Pe
Key words： elevator distribution； full鄄load load power； full鄄load electrical power； rated power of motor； demand factor method； power factor； calculated current
/ kW
/A
/ kW
/A
效率
60%
100%
功率因数 额定功率 额定电流 额定功率 额定电流
cos φ
/ kW
/A
/ kW
/A
YZR180L 20
42. 5
17
26. 7
15
33. 8 85. 7 % 0. 81
13
29. 7
11
25. 5
YZR200L 33
62
28
56. 1
22
49. 1 86. 0 % 0. 80
供电与配电
他用电器不同之处。 3. 2 电梯电动机工作制
根据文献 ［3］， 运行周期时间不足 10 min， 属断 续 负 载 范 畴 。 如 100 m 高 的 电 梯 井 ， 电 梯 以 2 m / s 速度中间不停站运行， 50 s 可从低层升到顶层， 停留 150 s ， 负 载 持 续 率 为 25 % ， 运 行 周 期 时 间 不 到 4 min， 不足 10 min， 属断续负载范畴。
摘 要： 以电机采用蜗轮蜗杆传动方式的一般 电梯为例， 提出电梯配电设计的功率应以满载时电 功率转换为机械功率的传动功率为依据。 对配置一 般起重用 （绕线转子异步） 电动机为动力的曳引机的 电梯主回路供电， 提出配电计算思路。 同时论述电动 机铭牌功率和按需要系数法得出的功率， 都不能真 实反映电梯电功率和机械功率的能量关系。
3 电梯配套电动机
电梯配套电动机属冶金起重类电机， 采用绕线转
子异步电动机和交流双速电机。
3. 1 某起重电动机铭牌技术数据
从表 2 可知， 同一台电动机， 其铭牌上的额定功
率和额定电流有多种表达， 随着负载持续率 ε 不同而
不同， ε 越小额定功率越大。 实际运行负载持续率越
低， 同一台电动机带载能力越大， 允许电流也越大。
作者信息
谢 宁， 男， 浙江慈溪市工业设计院有限公司， 工程师。
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电梯配电计算初析 （谢宁）
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誖
BUILDING
2014 年 第 2 期 ELECTRICITY
表 1 电梯工作过程 Tab. 1 Operation process of elevator
供电与配电
电梯配电计算初析
谢 宁 （浙江慈溪市工业设计院有限公司， 浙江省慈溪市 315300）
Preliminary Analysis on Distribution Calculation of Elevator XIE Ning （Zhejiang Cixi Industrial Design Institute Co.， Ltd., Cixi 315300， Zhejiang Province， China）
功率相关， 还与电机本身效率相关， 这是电动机与其
表 2 某冶金及起重电动机技术数据 Tab. 2 Technical data of metallurgy and crane motor
负载 持续率 ε
15 %
25 %
40 %
型号
额定功率 额定电流 额定功率 额定电流 额定功率 额定电流
/ kW
/A
Gx < Gp
正功
电动机输出有用功， 拉动负载下降
注： Gp — —— 对 重 减 去 轿 厢 质 量 ， kg； 平 衡 系 数 Kp < 0. 5 时 ， 最大曳引功率为满载上升功率 。
PL = （1 - Kp） G v
（1）
102ηZ
式中： PL —— 满载负载功率， kW；
Kp — —— 平衡系数， 取 0. 45 ～ 0. 55； v — —— 电梯额定运行速度， m / s；
姨 Pe = Pr
εr 0. 25
= 2Pr 姨εr
（3）
式中： Pr — —— 与 负 载 持 续 率 ε 相 对 应 的 设 备 额 定 （铭牌） 功率；
εr — —— 电动机额定负载持续率。 当为连续工作制， 即负载持续率为 100 %， 换算
百度文库
到负载持续率 ε 为 25 % 下的有功功率为 2Pr。 笔者认 为这是为了满足需要系数法得出的虚拟数据。 否则 无法解释增大了成倍的功率消耗在何处， 会出现能量 不守恒。 3. 5 几种功率关系
恒定不变的， 这也是初选配套电机额定 （铭牌） 功率
的依据。
电梯满载时所需有功电功率为：
PN = （1 - Kp） G v
（2）
102 ηD ηZ
式中： PN — —— 满载有功电功率， kW； ηD — —— 电动机效率。
式 （2） 是电梯配电设计确定所需有功电功率的 依据。 电动机效率随负荷率的变化而变化， 当负荷率 为 70 % 左右时电动机效率最高。
电流与输入电功率和功率因数有关， 即额定电流
=
输入电功率
。 以 YZR180L 电 动 机 负
姨3 × 电压 × 功率因数
载持续率 40 % 为例， 输入电功率 = 15 = 17. 5 kW， 0. 857
额定电流 =
17. 5
= 32. 83 A， 与铭牌上
姨 3 × 380 × 0. 81
的额定电流 33. 8 A 非常接近。 额定 电 流 不 但 与 额 定
19
44. 5
17
40. 5
YZR225M 40
80
34
70
30
74. 4 88. 3 % 0. 83
28
55. 0
22
50. 5
注： 运行方式： S3 （断续周期工作制）， 6 次启动 / h， 同步转速 1 000 转 / 分， 6 极。
42 Feb. 2014 Vol. 33 No. 2 106 http: // www. jzdq. net. cn
考虑最不利运行状况， 如大会议室在高楼层时， 由于人员集合时段短， 电梯会连续满载上升、 空载下 降， 二种工况都需要满载功率， 而停层时段短， 负载 持续率高于 80 %， 接 近 连 续 工 作 制 ， 因 此 电 梯 电 机 按连续工作制考虑。
对电动机来说， 是 S5 工作制 （包括电制 动 的 断 续 周 期 工 作 制 ）， 对 电 梯 电 源 来 说 ， 是 为 S4 工 作 制 （包括启动的断续周期工作制） 的电动机供电， 这是 因为电梯电机制动时一般采用回馈制动或能耗制动不 消耗主回路电源能量 ［5］， 所以电源供电无制动段， 故 是 S4 制。 3. 3 电梯配套电机的额定 （铭牌） 功率
关键词： 电梯配电； 满载负载功率； 满载电功 率； 电动机铭牌功率； 需要系数法； 功率因数； 计算 电流
中图分类号： TU857 文献标识码： A
1 电梯工作过程
电梯传动示意如图 1 所示， 电梯工作过程如表 1 所示。
图 1 电梯传动示意 Fig. 1 Schematic diagram of elevator transmission 注 ： D — —— 曳 引 电 动 机 及 传 动 机 构 ； Gx — —— 电 梯 载 质 量 ， kg； G1 — —— 轿 厢 质 量 ， kg； G3 — —— 对 重 质 量 ， kg； Kp — —— 平 衡 系数； G — —— 电梯额定载质量， kg。