编制说明-电平衡系数快捷检测方法-20150927

中国特种设备检验协会标准
编制说明
标准名称：电梯平衡系数快捷检测方法
编制单位：标准起草组
日期：2015年9月28 日
目录
1 工作简况 (3)
2 标准编制原则和主要内容 (3)
2.1 标准拟解决主要问题 (3)
2.2 对电梯平衡系数定义的表述 (4)
2.3仪器精度确定 (4)
2.4 二次加载电流法原理 (5)
2.5 电梯空载功率法原理........................................................... 错误！未定义书签。

3 主要试验或验证的分析、综述报告、技术论证 (12)
3.1 二次加载电流法试验验证分析 (12)
3.2 空载功率法试验验证分析 (15)
4 与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调性 (23)
5 贯彻标准的要求和措施建议 (24)
附件1：二次加载电流法平衡系数计算模版 (24)
附件2：电梯空载功率法平衡系数检测比对结果汇总 (24)
《电梯平衡系数快捷检测方法》标准编制说明
1 工作简况
本标准任务来源于中国特种设备检验协会，标准任务号XX。

主要工作单位有广东省特种设备检测研究院[国家电梯质量监督检验中心（广东）]、重庆市特种设备检测研究院、江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院、北京市朝阳区特种设备检测所等。

2 标准编制原则和主要内容
2.1 标准拟解决主要问题
电梯平衡系数是电梯的重要参数之一，在电梯安装完成后需要对电梯平衡系数进行测量，以确保满足设计要求。

电梯平衡系数直接影响电梯曳引条件、制动器制动性能要求。

平衡系数较小或较大时，会破坏电梯曳引力的平衡条件，也会要求更大的制动力，使电梯运行工况恶化，致使电梯在正常运行中出现溜梯、蹲底等事故的概率大大增加，造成人员伤亡和设备损坏。

所以电梯使用阶段，平衡系数不应被随意改变。

据中央电视台6月21日播出的《电梯质量报道》：国家质检总局对部分老旧电梯集中的省市开展了“在用老旧电梯安全状况分析与监测”，在抽查的2523台老旧电梯中，“平衡系数是存在问题最多的检测项目”；“将近三分之一的老旧电梯平衡系数检测项目存在问题”；“忽略了这项安全指标的测量也是造成老旧电梯不合格的主要原因之一”。

据有关报道，我国在用电梯平衡系数偏离设计值与安装、使用管理、维护保养环节均可能有关，主要原因有：1）使用单位私自对轿厢进行装修，如加装大理石地板、轿壁加装镜面、轿顶加装空调等，增大了轿厢自重；2）安装时未按设计要求调整试验平衡系数，制造单位和安装单位自检把关不严，维保单位接手维保时没有全面排查电梯安全状况；3）使用过程中对重块被人为偷盗，造成对重重量减小，平衡系数减小。

不管是何种原因造成在用电梯平衡系数不符，当前较为行之有效的解决办法是在定期检验中对平衡系数进行测试，消除在用电梯平衡系数不符造成的安全隐
患。

目前，定期检验中检测平衡系数采用的方法是通过加载特定重量砝码测量轿厢在5种装载工况下的上下行电流值，通过绘制电流曲线，读取上下行电流曲线交点来判断平衡系数（具体方法见GB/T 10059-2009§4.2.1.2）（以下称此方法为“传统电流法”）。

该方法由于需多次加载，费时费力，效率极低，十分不便于推广应用。

基于上述背景，本标准就传统电梯平衡系数检测方法费时费力问题，给出了两种快速检测曳引式电梯平衡系数的方法，其在曳引式电梯安装自检、监督检验、定期检验、监督抽查等各检验中均有很高的实用价值。

2.2 对电梯平衡系数的定义的表述
现行标准中尚无电梯平衡系数的定义。

在GB7588-2003 附录G的计算公式中，有如下描述：“q——平衡系数，即额定载荷及轿厢质量由对重或平衡重平衡的量”。

本标准采纳了此描述作为对电梯系数的定义的主表述；同时增加了“其值等于电梯对重系统质量和轿厢系统质量之差，与电梯额定载重量的比值”的副表述，使得电梯平衡系数定义更清晰易懂。

2.3 仪器精度确定
2.3.1 平衡系数检测精度
参考“电梯检验项目技术研讨会”会议纪要，§4.1.2中将电梯平衡系数检测精度确定为优于±5%。

2015年3月27日～3月28日，中国特种设备检验协会主办、重庆市特种设备检测研究院协办的“电梯检验项目技术研讨会”在重庆召开，与会专家认为：平衡系数的检测精度要求高于5%比较合适。

此指标与GB/T10059 所规定的测试条件下达到的平衡系数精度指标相吻合。

本标准采纳了“电梯检验项目技术研讨会”会议纪要提出的电梯平衡系数的检测精度要求。

2.3.2 测量仪表的精度
为了提高测量精度，参考检验机构相关仪器的配置现状，以及当前仪器供应市场中相关仪器的技术参数，本标准规定的测量仪表精度要求，比GB/T10059 规
定的要求有所提高。

2.4 二次加载电流法原理
2.4.1 电流法基本原理简介
GB/T 10059-2009提出的电梯平衡系数测试方案是：轿厢分别装载额定载重量30%、40%、45%、50%、60%作上、下全程运行，当轿厢与对重运行到同一水平位置时，记录电机的电流值，绘制电流-负荷曲线，以上下运行曲线的交点确定平衡系数。

图2-1是一个电流-负荷曲线图的实例。

图2-1 电流-负荷曲线图
这种检测方案的测试原理是，电机的电流值可代表电梯负载大小，当装载为平衡系数×额定载重量时，曳引轮两侧的荷重相等，即轿厢系统与对重系统处于平衡状态，电梯向上或向下运行阻力相等，电机运行电流相同。

绘制电流-负荷曲线图就是要找出电梯向上与向下运行电流相同的载荷值。

GB/T 10059-2009中之所以提出要用5个载荷状态下的电流值来绘制曲线，是因为电机的机械负载特性不是线性的。

从图2-1电流-负荷曲线图可明显看出，上行电流和下行电流是一条平滑的曲线而不是直线。

2.4.2 平衡系数快速判断原理
GB/T 10059-2009§3.3.8规定，曳引式电梯的平衡系数应在0.4~0.5范围内，即在电流-负荷曲线图中，上、下行电流的交点在0.4~0.5之间，如图2-1。

从图
2-1我们还能得出以下结论：
轿厢装载重量＜平衡系数×额定载重量，即上、下行电流交点的左侧负载工况，下行电流值＞上行电流值。

轿厢装载重量＞平衡系数×额定载重量，即上、下行电流交点的右侧负载工况，下行电流值＜上行电流值。

从以上两点可进一步推出以下结论：
(1)轿厢装载40%额定载重量时，若下行电流＜上行电流，则平衡系数小于0.4，如图2-2。

即标准中的公式2。

图2-2 平衡系数小于0.4的曲线图
(2)轿厢装载50%额定载重量时，若下行电流＞上行电流，则平衡系数大于0.5，如图2-3。

即标准中的公式3。

图2-3 平衡系数大于0.4的曲线图
(3)若轿厢装载40%额定载重量时，下行电流≥上行电流，且轿厢装载50%额定载重量时，下行电流≤上行电流，则平衡系数∈[0.4,0.5]。

即标准中的公式4。

2.4.3 二次加载电流法平衡系数计算公式
若电梯平衡系数在[0.4, 0.5]区间，在轿厢装载[0.4Q, 0.5Q]区间内，由于此时电机负载变化不大，故可假定在此区间内电梯上行和下行时电机特性为线性，即此区间内上行电流和下行电流曲线假定为一直线。

我们知道，在平面二维坐标上，如果已知平面中一条直线的两个点，即可求出此条直线的斜率，如果知道两条直线的斜率，即可以求出两条直线的交点。

因此，我们可以只测量轿厢装载0.4Q和0.5Q两种工况的上、下行电流值，通过绘图取得两条直线的交点，也可以通过公式计算得到交点值。

绘图取得直线交点方法与传统电流法作图方法一样，如图2-4。

下面对使用公式计算平衡系数的公式进行推导。

图2-4 电流-负载直线图 在图2-4中，轿厢装载额定载重量的40%上行、下行时的电流值分别为I 1u 和I 1d 。

轿厢装载额定载重量的50%上行、下行时的电流值分别为I 2u 和I 2d 。

图2-4中A 、B 、C 、D 、E 五个点组成两个三角形△ABE 和△DCE ，这两个三角形是相似三角形，所以有：
1122AB EF 0.4CD EG 0.5d u u d I I q I I q
--=→=-- (2-1) 由（式2-1）可求出：
)/())(4.0)(5.0(22112211d u u d d u u d I I I I I I I I q -+--+-= (2-2)
设：u d I I 111-=∆，d u I I 222-=∆，则有：
)/()4.05.0(2121∆+∆∆+∆=q (2-3)
公式2-3也可以利用电子表格自动计算，附件1是一种使用电子表格计算平衡系数的示例。

2.5 电梯空载功率法原理
2.5.1 技术原理简述
图2-5是电梯平衡系数快捷检测技术的系统图，采用电梯空载工况动态检测方案，具体检测过程是：
将功率测量装置接入驱动电机的电源线上，将速度测量装置置于曳引钢丝绳
上；电梯空载工况从底层至顶层全程往返运行，实时测量并记录功率与速度数据。

图2-5 快捷检测系统图
应用上述测量数据基于电机能量传递理论，依据曳引式电梯空载工况运行功率、运行速度、运行效率与驱动载荷的函数关系，建立求解电梯平衡系数的数学模型，经数据处理终端计算得到电梯平衡系数的具体数值。

其检测过程不需要加载，测试数据只有速度与功率两项，测试装置的安装方便快捷，其检测结果与按GB/T 10059提出的“电流-负荷曲线图”的测试值一致。

2.5.2 数学模型推导
（1）电梯空载下行工况电机功率
如图2-6所示，电梯驱动电机的运行负载为曳引轮两侧的重量差；依据平衡系数定义，电梯空载时曳引轮两侧的重量差为qQ。

图2-6 电梯空载运行负载图
电梯空载下行时电机处于电动状态，由电机拖动负载运行，电机运行功率为负载的位移功率与机构传动损耗功率之和：
X X X N qQgV qQgV μ=+ (2-4)
式中： X N ——电梯下行功率，W ；
X V ——电梯下行速度，m/s ；
g ——重力加速，取9.8m/s 2；
μ——机构传动损耗系数；
q ——电梯平衡系数
Q ——电梯额定载荷，kg 。

（2）电梯空载上行工况电机功率
电梯空载上行工况与电梯空载下行相同。

电梯空载上行时,由于对重质量大于轿厢质量，此时的电梯负载依靠重力拖动电机运转，电机处于发电制动状态，电机功率为负载的位移功率减去机构传动损耗功率：
s s s N qQgV qQgV μ=- (2-5)
式中： s N ——电梯上行功率，W ；
s V ——电梯上行速度，m/s ；
式中其它符号同前。

（3）平衡系数求解
由式(2-4)与式(2-5)建立二元一次方程组：
{X X X s s N =qQgV +μqQgV N =qQgV -μqQgV (2-6)
在式（2-6）中，q 、μ二项是未知变量；其余的Q 、g 、X N 、X V 、s N 、s V 六项是电梯参数或测试数据，为已知变量。

两个方程两个未知数，求解二元一次方程组(2-6)，即可得到平衡系数：
x
s x s s V QgV V N V 2N q x += (2-7) 2.5.3检测仪器
按照快捷检测方案的要求，可以采用以下三种方案：
（1）使用通用的功率仪、测速仪
检测人员使用通用功率仪测量曳引电机功率数据，使用通用测速仪测量电梯运行速度数据，按式(2-7)计算电梯平衡系数的数值。

由于目前电梯广泛应用变频驱动技术，曳引电机的额定工作频率通常不是50Hz，应选用变频功率仪。

（2）集成检测系统，由以下3个模块组成：
1）功率测量模块
采用三相交流变频功率测量模块，以适应现代电梯普遍应用VVVF拖动电机的测量要求。

2）速度测量模块
通过测量曳引钢丝绳或限速器钢绳的位移,间接得到电梯运行速度。

3）数据处理模块
检测数据处理终端，由计算机软件得到电梯平衡系数测试结果。

（3）智能检测系统
由于电梯曳引方式、配置参数的差别，会影响到测量精度，例如蜗轮蜗杆的正向与反向传动效率相差较大，直接应用式(2-7)得到的测量结果存在较大的误差。

通过对大量不同曳引方式、不同配置参数电梯的检测数据统计分析，利用计算机技术进行非线性补偿，可提高检测精度，实现智能检测。

3 主要试验或验证的分析、综述报告、技术论证
3.1 二次加载电流法试验验证分析
表3-1是对40台电梯使用传统电流法测得平衡系数和二次加载电流法测得平衡系数结果偏差的统计分析。

表中1-30台为变频驱动电梯对比数据，31-40台为交流双速电梯对比数据。

由表3-1可以看出，平衡系数在[0.4.0.5]范围内的40台变频驱动或交流双速电梯，二次加载电流法测得的平衡系数，与传统电流法测得平衡系数的相对误差最大值为1.5%，可以满足实际测量需求。

表3-1 传统电流法与二次加载电流法平衡系数测量结果偏差统计分析表
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3.2 空载功率法试验验证分析
3.2.1 通用仪测量结果验证
表3-2 通过仪器测量数据是通用仪器分别测量功率和轿厢速度，通过式4计算得到电梯平衡系数值，并与传统电流法测得平衡系数值比较得到的绝对误差值。

由表中数据可以看出，10组测量数据中，功率法测得平衡系数与传统电流法测得平衡系数最大绝对误差为-0.022。

表3-2 通用仪器测量数据
使用仪器设备:
数字功率计横河WT1600，基本精度±0.1%，测量频率0.5Hz –1M Hz。

转速表ET-900 ，基本精度±0.1%。

3.2.2 专用仪器测量结果验证
目前市场出现的采用空载功率法原理的电梯平衡系数专用测试仪有天津豪雅科技发展有限公司推出的电梯平衡系数测试仪TYP1-03S，绝对误差±0.02。

目前仪器经过了上海三菱电梯有限公司、中国特种设备检验协会、天津市特种设备检测研究院的对比测试，其测试结果均未超出其允许误差±0.02（详见附件2 电梯空载功率法平衡系数检测比对结果汇总）。

除以上比对测试外，天津豪雅还先后在上海市特检院、江苏省特检院、江苏
特检院苏州分院、浙江省特检院、北京朝阳区特检所、杭州特检院、深圳市特检院、成都市特检院、南京市特检院、沈阳市特检院、厦门特检院、温州特检院、宁波特检院、延安特检院、蚌埠特检院等全国各省市十多家特检机构进行了比对测试，测试结果均十分满意。

表3-3~表3-5是天津豪雅提供的TYP1-03S型电梯平衡系数测试仪分别对永磁同步驱动主机型电梯、蜗轮蜗杆型电梯和交流双速电梯的测试统计结果。

表3-3同步主机型电梯平衡系数测试结果分析给出了对25台永磁同步驱动主机型电梯使用传统电流法和TYP1-03S测得平衡系数比对结果，从表中可知，25台电梯中，平衡系数偏差最大的为-0.018。

表3-4异步主机型电梯平衡系数测试结果分析给出了对10台蜗轮蜗杆驱动主机型电梯使用传统电流法和TYP1-03S测得平衡系数比对结果，从表中可知，10台电梯中，平衡系数偏差最大的为0.017。

表3-5交流双速驱动主机型电梯平衡系数测试结果分析给出了对10台交流双速驱动主机型电梯使用传统电流法和TYP1-03S测得平衡系数比对结果，从表中可知，10台电梯中，平衡系数偏差最大的为0.014。

表3-3 同步主机型电梯平衡系数测试结果分析
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第18页共24 页
表3-4同步主机型电梯平衡系数测试结果分析
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表3-5 交流双速电梯平衡系数测试结果分析
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以上对电梯平衡系数测试仪TYP1-03S和传统电流法测试结果一致性进行了验证，验证结果满足±0.02精度要求。

下面对TYP1-03S仪器自身的测量重复性进行验证分析。

表3-6是3台TYP1-03S仪器在同一台电梯上分别测量10次的平衡系数测试数据，该电梯使用传统电流法测得平衡系数值为0.432。

表3-6 使用3件仪器在同一台电梯上10次平衡系数测试数据
图3-1 TYP1-03s偏差离散图
表3-7分别计算了3台仪器10次测量的算术平均值、方差、标准差和相对标准差。

1-3#仪器的标准差分别为0.003、0.0026、0.0033，这显示出3台仪器的标准差十分相近，三台仪器测量结果一致性非常好；另外，三台仪器的标准差很小，说明每台仪器多次测量结果重复性非常好（三台仪器10次测量结果的离散性可见图3-1）。

从表3-7还可以看到，三台仪器的相对标准偏差分别为0.68%、0.59%、0.76%，反应出三台仪器的精度均小于1%，且三台仪器的精度十分相近。

表3-7 同一台电梯上10次平衡系数测试数据结果分析
注：标准差：总体各单位标准值与其平均数离差平方的算术平均数的平方根，它反映组内个体间的离散程度。

相对标准偏差：标准差与算术平均值的比值，通常用来表示分析测试结果的精密度。

4 与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调性
GB/T 10059-2009§4.2.1.2给出的平衡系数检测方法是：宜在轿厢以额定载重量的30％、40％、45％、50％、60％时上、下运行，当轿厢与对重运行到同一水平位置时，交流电动机仅测量电流，直流电动机测量电流并同时测量电压。

绘制电流（或者电压）－负载曲线，以向上、向下运行曲线的交点来确定平衡系数。

TSG T7001-2009《电梯监督检验和定期检验规则曳引与强制驱动电梯》8.5项规定平衡系数检验方法是：轿厢分别空载、装载额定载重量的25%、40%、50%、75%、100%、110%作上、下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，记录电动机的电流值，绘制电流-负荷曲线以上、下行运行曲线的交点确定平衡系数。

以电动机电源输入端为电流检测点。

电梯二次加载电流法是在以上两种检验方法的基础上，基于检验实践验证可行的简化的电流法。

电梯空载功率法则与以上标准和规章规定的方法完全不同。

但通过第3章试验验证数据可得出，本标准提出的两种检测方法与GB/T 10059-2009和TSG T7001-2009中的电流法测得电梯平衡系数偏差不超过2%，具有较好一致性。

5 贯彻标准的要求和措施建议
建议采取以下措施对本标准实施贯彻：
1）面向全国各省、直辖市、自治区的特种设备检验机构的检验人员召开宣贯会。

本团体标准可首先在特种设备检验协会中的各成员检验机构中推行。

直接方法是召开标准宣贯会，可以在华北、华东、华南、西南、西北等地分别召开宣贯会，以方便各地电梯检验人员就近参加。

2）鼓励部分地区检验机构率先执行本标准，并将执行情况总结汇报给本标准发布机构中国特种设备检验协会。

附件1：二次加载电流法平衡系数计算模版
附件2：电梯空载功率法平衡系数检测比对结果汇总
标准编制组
二0一五年九月二十八日。