一种提高检验准确度的电梯平衡系数的测量方法与流程

1.本发明属于测量方法技术领域，具体是指一种提高检验准确度的电梯平衡系数的测量方法。


背景技术：

2.随着高层建筑的日益增多，曳引式电梯的应用需求随之扩大。人们对电梯乘坐舒适感和安全性能的要求也不断提高。其中电梯平衡系数是电梯的一项重要性能指标，关系到电梯运行的经济性、舒适性和安全性。平衡系数偏大或偏小均会带来一定的安全隐患，易造成轿厢冲顶或蹲底。此外，平衡系数设计不合适会引起曳引轮两侧钢丝绳拉力的变化，加速曳引轮和钢丝绳之间的磨损，影响限速器-安全钳的准确动作，加重电驱控制系统的负担等。因此，在对电梯安装、改造、重大维修过程中需要对平衡系数项目进行检验。电梯平衡系数检验中涉及电流测量的方法主要分为：加载电流法、空载功率法、变频器法。其中加载电流法因测量平衡系数的方法简单而被广泛应用。
3.《t/caseit101-2015电梯平衡系数快捷检测方法》中规定，分别测量载荷为40％和50％额定载重时上、下运行中的电梯运行电流，然后基于负载和电流的关系求解电梯平衡系数，且电流的记录条件是轿厢和对重运行到同一水平位置。《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》中规定的电梯平衡系数检验方法为，分别将空载、装载额定载重量的25％、40％、50％、75％、100％、110％的轿厢作上下全程运行，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所对应的载荷率即为电梯的平衡系数。
4.以上测量方法法虽被广泛应用但仍存在以下不足：(1)轿厢和对重处于同一水平位置判断存在困难，对操作人员的要求较高，人员读数误差较大。(2)在电梯上行或下行的整个运行阶段，电流是一个波动的过程，对于瞬间波动的电流取样存在较大的随机误差。(3)在变频器的前端与后端，电流信号的波形有较大差异。(4)采用开口式钳形电流表或钳形互感器作为电流采集设备，所选电流测量仪器的信号带宽、变换比及相移等指标直接决定了测量的准确度。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高检验准确度的电梯平衡系数测量方法，实现对电流的准确测量，达到提高平衡系数检验准确度目的。
6.本发明是这样实现的：
7.一种提高检验准确度的电梯平衡系数的测量方法，包括如下步骤：
8.步骤s1：电流信号特征的准确辨识：
9.从电梯检验现场开展信号提取工作，利用宽频带数字化仪、宽带磁通门传感器或宽频带分流器采集电梯的运行电流，明确信号的带宽、频率、畸变率和传感特性电流信号特征；
10.步骤s2：电流信号处理：
11.分别将空载、装载额定载重量的25％、40％、50％、75％、100％、110％的轿厢作上下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，测得电动机的电流值；
12.将测得的电流值的原始采样数据进行电流信号处理，确保数据分析过程的准确性；所述电流信号处理，包括：滑动平均算法、准同步采样法、或幅值/相位频率动态补偿法中的一种或多种；
13.步骤s3：记录经过电流信号处理后的电流值，绘制电流-负荷曲线，上、下行运行曲线的交点所对应的载荷率即为电梯的平衡系数。
14.进一步地，所述准同步采样法，具体是指：
15.将原始采样数据进行频率特性滤波，以滤波后的信号作为同步信号，对原采样序列进行重采样使其达到整周期变换，进而消除采样不同步带来的误差。
16.进一步地，所述滑动平均算法，具体是指：
17.以轿厢与对重处于同一水平位置的时刻为中心，左右延拓5％的时间宽度构成用于滑动平均的队列的宽度，队列的平均值按式(1)计算：
[0018][0019]
式中：
[0020]
—队列中n个电流取样值的算术平均值，a；
[0021]
ij—队列中的第j个电流取值，a；
[0022]
n—队列中电流取样值的个数。
[0023]
进一步地，所述幅值/相位频率动态补偿法，具体是指：
[0024]
在实验室条件下，用标准信号源对幅度指标进行扫频测量，用已知角差或角差可以忽略的分流器作为比较参考来分析角差的频率响应，然后依据测量结果建立幅频和相频的数学修正模型。
[0025]
进一步地，所述步骤s1和所述步骤s2之间，还包括：
[0026]
进行电流测量仪器选型配置：在实验室条件下模拟一些常用于抽象复杂及动态变化工况下的典型电气信号，考核带宽、幅值和相位频率特性指标，选择误差满足要求的电流测量仪器。
[0027]
本发明的优点在于：
[0028]
1、采用准同步采样法，将原始采样数据进行频率特性滤波处理，以滤波后的信号作为同步信号，对原采样序列进行重采样使其达到整周期变换，进而消除了采样不同步带来的误差，确保了数据分析过程的准确性。
[0029]
2、利用滑动平均算法计算出电流值，解决了工作人员现场读数误差大以及对瞬间波动电流取样随机误差较大的问题，大大提高了工作效率以及测量准确性。
[0030]
3、当进行电流测量时，依据频率分析结果对幅值和相位进行动态补偿，确保了钳形电流表或钳形互感器测量电流信号的准确性。
[0031]
4、识别带宽、频率、畸变率和传感特性电流信号特征以及在实验室条件下模拟了一些常用于抽象复杂及动态变化工况下的典型电气信号进行电流测量仪器选型配置，解决
了由于引入变流变频模块引起的变频器前、后端的电流波形差异大等问题，更符合电梯的实际运行情况，针对性强、实用性强、精确度高。
附图说明
[0032]
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0033]
图1是本发明的方法流程示意图。
[0034]
图2是本发明具体实施例的电梯电源端三相电流波形。
[0035]
图3是图2中的a相电流频谱。
[0036]
图4是本发明电流信号特征辩识方法示意图。
[0037]
图5是本发明滑动平均算法中的队列时间宽度选取示意图。
[0038]
图6是本发明滑动平均算法中的滑动平均值求取示意图。
[0039]
图7是本发明准同步采样法中的重采样同步信号示意图。
[0040]
图8是本发明幅值/相位频率动态补偿法中的幅度频率特性曲线图。
[0041]
图9是本发明幅值/相位频率动态补偿法中的相位频率特性曲线图。
[0042]
图10是本发明在实验室条件下模拟的相位触发信号示意图。
[0043]
图11是本发明在实验室条件下模拟的方波信号示意图。
[0044]
图12是本发明在实验室条件下模拟的半波整流信号示意图。
[0045]
图13是本发明应用模拟信号的合成信号对某型钳形电流表和某型钳形互感器开展性能信号所得到的幅度误差曲线图。
[0046]
图14是本发明应用模拟信号的合成信号对某型钳形电流表和某型钳形互感器开展性能信号所得到的相位误差曲线图。
具体实施方式
[0047]
如图1所示，一种提高检验准确度的电梯平衡系数测量方法，包括如下步骤：
[0048]
步骤s1：进行电流信号特征的准确辨识，如图4所示：
[0049]
信号准确测量的基础是信号特征的辨识，亦即明确被测量的实际物理意义，比如信号的带宽、频率、畸变率和传感特性等。为查明电梯运行中的电流信号特征，本实施例从电梯检验现场开展信号提取工作，利用宽频带数字化仪、宽带磁通门传感器(也可以采用宽频带分流器)采集了电梯的运行电流。图2所示为电源端三相电流波形，可见电源端电流畸变较严重，频率为工频，且仅可单方向测量电源至变频器方向的电流。要正确测量严重畸变的电流需要使用谐波互感器，同时需要把握电流信号的特征，以a相电流为例，对采集的电流信号开展了信号分析，图3所示为a相电流频谱，图中可以看出主要包含了奇次谐波。三相电流特征参数的分析结果如表1和表2。
[0050]
表1：三相电流分析结果
[0051]
参数a相b相c相频率50.01049.98850.009总谐波畸变率/(％)128.3133.78130.75基波有效值/(a)11.42210.659.6886总有效值/(a)18.57617.7915.949
[0052]
表2：三相电流谐波含量
[0053][0054][0055]
从信号特征参数分析结果可以看出，25次以后的谐波含量较小，电流测量元件需满足1.25khz信号的正确传导，这为检验用电流测量仪器的选型提供了依据。另外，当电梯轻载或空载时，如若电梯的上行仅由对重提供上行动力，电源端的回路电流将很小或没有，此时因为本底电流很小，噪声较大，信噪比低，电流的测量误差将较大，需要预先对电流信号进行处理。
[0056]
步骤s2：电流信号处理：
[0057]
分别将空载、装载额定载重量的25％、40％、50％、75％、100％、110％的轿厢作上下全程运行，当轿厢和对重运行到同一水平位置时，测得电动机的电流值；
[0058]
将测得的电流值的原始采样数据进行电流信号处理，确保了数据分析过程的准确性；
[0059]
所述电流信号处理，包括：滑动平均算法、准同步采样法、或幅值/相位频率动态补偿法中的一种或多种；
[0060]
滑动平均算法：
[0061]
电梯平衡系数检验中，由于电梯上/下行亦或带载/空载的运行电流值不稳定，则无法保证电流读数的准确可靠。本实施例采用滑动平均算法，以提高测量的准确性。具体参考图5，是将电流取样值进行滑动平均。以轿厢与对重处于同一水平位置的时刻为中心左右延拓5％的时间宽度，构成用于滑动平均的队列的宽度。图5和图6展示了滑动平均算法的信号处理过程。图5中的t为电梯单向全程运行时间，若电流采集时间间隔为m，则数据队列的宽度为10％t，队列中的数据总个数为n＝10％t/m，n的取值为向上取整。队列的平均值按式
(1)计算，以t/2对应的时刻t0读取队列的滑动平均值。图6中构成的数据队列按fifo原则。
[0062][0063]
式中：
[0064]
—队列中n个电流取样值的算术平均值，a；
[0065]
ij—队列中的第j个电流取值，a6；
[0066]
n—队列中电流取样值的个数。
[0067]
准同步采样法：
[0068]
电梯运行过程中电流信号频率会有一定的波动，采样器选择固定频率会造成采样不同步，亦即待分析离散数据序列无法整周期截断，从而带来分析上的方法误差。一个常用的处理方法是准同步采样，将原始采样数据进行频率特性滤波，以滤波后的信号作为同步信号，对原采样序列进行重采样使其达到整周期变换，进而消除采样不同步带来的误差。图7展示了准同步采样的效果。计算同步信号的基频和过零点信息，并将其作为采样触发信号，对原始信号进行重采样。
[0069]
幅值/相位频率动态补偿法：
[0070]
钳形电流表或钳形互感器在测量电流信号时，幅频特性和相频特性是两项重要性能指标，是正确执行电流测量的关键。一般情况下，需要采用实验手段对其进行标定。具体的做法是：在实验室条件下，用标准信号源对幅度指标进行扫频测量，用已知角差(或角差可以忽略)的分流器作为比较参考来分析角差的频率响应，然后依据测量结果建立幅频和相频的数学修正模型。图8和图9展示了某型传感器的幅频特性和相频特性。当执行电流测量时，依据频率分析结果对幅值和相位进行动态补偿。
[0071]
步骤s3：记录经过电流信号处理后的电流值，绘制电流-负荷曲线，以上、下行运行曲线的交点所对应的载荷率即为电梯的平衡系数。
[0072]
另外，还可以在步骤s1进行电流信号特征的准确辨识之后进行电流测量仪器选型配置：
[0073]
电梯运行中的电流信号具有丰富的信息，特别是在启动和制动阶段，在中间的匀速阶段变化相对平缓，即便如此，信号的频率和幅值也具备时变特征。由于引入变流变频模块，在变频器前端和后端的电流波形差异大，如前所述，当信号波形存在严重畸变时，为了准确获取电流特征参数的数值，需要进行正确的仪器选型配置，主要考核的指标有带宽、幅值/相位频率特性。根据检规规定，采用“二次加载电流法”电流的测量误差需控制在
±
2％，采用“空载功率法”功率的测量误差需要控制在
±
1％。目前公开的文献鲜见关于电流或功率测量设备选型的报道。当前的主要做法是将检验用“钳形电流表”或“功率测试仪”送检，通常情况下，计量部门是采用标准信号源进行性能验证，从而无法评估送检设备在现场应用中的实际效能。为了更好地开展设备性能评价，本实施例在实验室条件下模拟了一些常用于抽象复杂及动态变化工况下的典型电气信号，其在一定程度上可以实现更好的性能评价，从而为正确进行仪器的选型配置提供参考。图10为“相位触发信号”，图11为“模拟方波信号”，图12为“半波整流信号”。应用如下系列的合成信号对某型钳形电流表和某型钳形互感器开展了性能实验。主要考核幅值和相位测量指标。部分实验结果见表3和图13、图14。
[0074]
表3：相位触发信号幅值/相位测量结果
[0075][0076]
从表3中可以看出，畸变信号条件下，当谐波频率高于750hz，或达15次谐波后，幅度的误差超过2％。考虑到谐波幅值测量误差占总有效值的误差比重不大，还需要进行总有效值误差实验，同样采用上述信号进行验证，实验结果见表4，结果表明，该型钳形电流表的幅度测量误差满足要求，可以作为“二次加载电流法”的测量仪器。
[0077]
表4：某型钳形电流表总有效值测量误差
[0078][0079][0080]
通过电流信号特征的辩识选择电流测量仪器或进行电流信号处理方法汇总：
①
电源端电流畸变较严重，频率为工频，使用性能较好的谐波互感器可以正确测量电流；
②
电机端电流基本为正弦波，但含有一定的噪声，频率一般为低频(使用了降频变频器)，一般的工频互感器难以准确测量电流，采用电磁式互感器，在电流信号频率较低时，互感器的角差较大，会显著影响功率的测量准确度；
③
在电源端，仅可单方向测量电源至变频器方向的电流，在电机端可测量变频器与电机之间的双向电流，当电梯轻载或空载时，如若电梯的上行仅由对重提供上行动力，电源端的回路电流将很小或没有，变频器端的电流较大且反相；
④
不稳定电流的处理，例如滑动平均算法；
⑤
电机端电流的幅值和相位的频率进行动态补偿法处理。
[0081]
另外，需要说明的是，在电梯平衡系数检验中，仅仅是做好电流测量仪器的选型配置，也能提高电梯平衡系数检验准确度。
[0082]
本发明通过选择合适的电流信号处理方法和/或选择合适的电流测量仪器提高电梯平衡系数检验准确度，采用了准同步采样法，将原始采样数据进行频率特性滤波处理，以滤波后的信号作为同步信号，对原采样序列进行重采样使其达到整周期变换，进而消除了采样不同步带来的误差，确保了数据分析过程的准确性。利用滑动平均算法计算出电流值，解决了工作人员现场读数误差大以及对瞬间波动电流取样随机误差较大的问题，大大提高了工作效率以及测量准确性。当进行电流测量时，依据分析频率对幅值和相位进行动态补
偿，确保了钳形电流表或钳形互感器测量电流信号的准确性。识别带宽、频率、畸变率和传感特性等电流信号特征以及在实验室条件下模拟了一些常用于抽象复杂及动态变化工况下的典型电气信号进行电流测量仪器选型配置，解决了由于引入变流变频模块引起的变频器前、后端的电流波形差异大等问题，更符合电梯的实际运行情况，针对性强、实用性强、精确度高。
[0083]
以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。