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521http:/民用建筑电梯的电气参数计算（史文龙）21OO配电供电民用建筑电梯的电气参数计算史文龙乞（成都市建筑设计研究院有限公司，成都市610041)Calculationof ElectricParameters of CivilBuildingElevatorsSHI Wenlong(Chengdu Architectural Design&Research Institute Co.,Ltd.,Chengdu610041,China)Abstract:Thisarticleintroducescalculationmethodsof theelectric parametersofelevatorsaccording to the calculation formulas and requirementsin the applicable standards and codes and verifies theiraccuracy through examples,in a bid to solve theproblem that the electric parameters of elevators aredifficult to select and calculate in electrical designbecause elevators of different types have dfferentelectric parameters.Keywords:elevatorclassification;electricparameter;calculation method;rated power;ratedoperatingcurrent;calculatingcurrent;tractor;overload protection摘要：针对电气设计过程中，不同类型电梯电气参数各不相同，电梯电气参数选取和计算不好确定的情况，根据相关标准规范要求及计算公式，介绍电梯电气参数的计算方法，并通过举例验证计算方法的准确性。关键词：电梯分类；电气参数；计算方法；额定功率；额定工作电流；计算电流；电引机；过载保护中图分类号：TU857文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1003-8493.2023.08.0040引言在民用建筑电气设计过程中，建筑专业提供的电梯选型参数表往往仅能体现电梯类型、额定载重、梯作者信息史文龙，男，成都市建筑设计研究院有限公司，工程师。速等设备参数，而不能直接提供电气设计所需要的功率、电流等电气参数。此时只对照产品样本或电气常用数据手册来进行配电设计的话，就会出现同样的载重和梯速，不同的电梯厂家样本给出的功率及电流相差较大的情况，从而无法对电梯控制箱的上级断路器及其电缆导线进行准确选型。本文介绍民用建筑不同类型电梯的电气参数计算方法。1电梯及其电引机的分类电梯按使用功能可以分为以下6 类：a.I类：为运送乘客而设计的电梯；b类：主要为运送乘客，同时也可运送货物而设计的电梯；c类：为运送病床（包括病人）及医疗设备而设计的电梯；dI V 类：主要为运输通常由人伴随的货物而设计的电梯；e.V类：杂物电梯；f.VI类：为适应大交通流量和频繁使用而特别设计的电梯，如速度为2.5 m/s以及更高速度的电梯。为了满足不同的使用功能和效果，电梯需要采用不同的驱动方式。电梯按照驱动方式分为电力驱动电梯、液压电梯以及齿轮齿条式电梯（一般为建筑工程用电梯）。民用建筑设计中基本都是采用电力驱动的电梯，故将其作为本文的主要研究对象，其电气设备主要由电引机系统、门系统以及控制系统组成。当电梯电引机工作时，门系统处于休眠状态，当电梯停层522http:/Aug.2023Vol.42No.8222023年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电气。时，电引机处于休眠状态，而控制系统用电量仅占一小部分，所以主要需要研究曳引机的电气参数。引机的电动机类型、驱动方式、变频方式又各不相同，详见表1。根据电梯的传动方式分为有齿轮传动和无齿轮传动。电梯还可以根据运行速度、控制方式等进行分类，不再赞述。2电引机额定功率及额定电流计算2.1电引机额定功率计算以上各种不同电动机类型、传动方式、调速方式达到相同的使用效果时，需要的供电容量是不相同的，不能只盲目根据电梯的载重及运行速度来查表选择，因为民用建筑中大部分电梯选用的是乘客电梯，乘客电梯中基本选用的都是永磁同步电动机（无转换器型），采用VVVF（变压变频调速）。本文仅针对这种调速方式下永磁同步电动机的电引机电气设计参数进行举例计算，其余形式的电梯电引机可以参考计算。CB/T12974.2-2014交流电梯电动机通用技术条件第2 部分：永磁同步电动机3.8 条电动机额定转矩、额定功率转换公式为：9550 P2TN=(1)nN式中：TN一电动机额定转矩，Nm；P2一一电动机额定功率，kW；nN电动机额定转速，r/min。GB/T7588.2-2020电梯制造与安装安全规范第2 部分：电梯部件的设计原则、计算和检验公式（2 9）与（30）相减，简化滑轮、悬挂钢丝绳等计算参数后，可得到：F,-F,=m辅m+ms)-(m轿用+h m)(g+a)/i(2)式中：F,一一轿厢侧悬挂钢丝绳拉力，N；Fz一一对重侧悬挂钢丝绳拉力，N；轿厢自重，kg;轿厢mN额定载重，kg;k一电电梯平衡系数，住宅建筑或其他人员流动较小的场所等取0.43 0.45，人员密集场所和大于5 4m的高层建筑等取0.470.5，其他场所取0.45 0.47;g重力加速度，取9.8 m/s；表1电电引机电动机类型及其驱动方式Tab.1Types and driving methods of tractor motors电动机变频运行速度驱动方式工作原理功率因数适用范围成本类型方式/(m/s)0.55交流单速无直接接人不大于0.5货梯，汽车电梯最低（空载时功率因数低）直接接人，0.55交流交流双速无不大于1.7 5货梯，汽车电梯较低调整极对数实现调速（空载时功率因数低）异步由晶闸管接入，0.55电动机交流调压调速无不大于1.7 5低档客梯一般调整定子电压实现调速（空载时功率因数低）变压变频调速，交-直一交由变频器接入，被同步电动机0.8不小于2高一般为VVVF变频同时调整频率电压实现调速取代以电源驱动器为准，高档电梯直流有齿轮全数字直流调速系统小于2最高直流一般在0.9 以上或有特殊要求电动机以电源驱动器为准，高档电梯直流无齿轮全数字直流调速系统不小于2最高一般在0.9 以上或有特殊要求一般采用VVVF变压变频调永磁同步电动机同步交-直-交速系统，由于能获得良好的（自控式，无换接近1全范围中高档客梯高电动机变频调速和反应性能，被大部分向器电机）客梯选用523http:/民用建筑电梯的电气参数计算（史文龙）23OO配电供电a轿厢启动加速度(GB/T 10058-2009电梯技术条件规定，乘客电梯启动加速度和制动减速度最大值均不应大于1.5m/s?；当乘客电梯额定速度为1.0 m/su2.0m/s时，加、减速度不应小于0.50 m/s；当乘客电梯额定速度为2.0 m/s6.0m/s时，加、减速度不应小于0.7 0 m/s；i一一电引比，一般为2：1。电引轮力矩及线速度计算公式：DTnn,n,=(Ff-Fz)(3)2U1VNTXDXnN(4)一60 xi式中：,一电梯传动系统效率（蜗轮蜗杆传动系统为0.7 5，无齿轮传动系统为1)；n电梯悬挂效率（默认为0.8 5，同n,参考GB/T10058-2009附录A中提供的取值）；D一电引轮节径（一般取4 0 0 mm或500mm，当高速电梯或载质量较大时，选6 0 0 mm及以上);VN电梯额定运行速度，m/s;V一一电引轮额定运行线速度，m/s。由式（1）式（4）可得：TXnNP2=9550(1-k)mU+a(5)1000m,m2.2电引机额定工作电流计算同样以永磁同步电动机的电引机电气设计参数举例计算，厂家出厂测试额定电流是在正常工况下进行，需要通过变频器供电来启动和运行。上节求得的电梯功率P2为电引机的机械功率，也就是输出功率，在计算额定电流I时，还应考虑电动机效率n，以及变频器的变频效率n：PP(6)n,xn4PINV3U coSPP,(7)V3xUxcosOxn,3式中:Pi一电电动机额定输人功率，kW；电动机效率，GB/T12974.2-2014第4.3节提出了效率保证值的要求，根据电动机额定功率及转速可以选取电动机效率值，建议取下限；变频器的变频效率，采用VVVF形式的变频调速一般取0.95；IN一电动机额定工作电流（需要注意的是，由VVVF变频器供电的电引机额定电压可能并不是38 0 V，此时得到的额定工作电流需进行折算），A；Un一电动机额定工作电压，kV；功率因数（采用电梯专用变频器时可接近1，用作计算额定电流时取0.9)。2.3计算示例2.3.1示例1为了保证计算示例的客观可靠，笔者结合厂家提供的技术资料和实物铭牌分别进行计算。表2 是某厂家提供的电梯技术参数（电引比为2：1）。虽然表2 并未给出电动机的额定转速，但可以通过式（4）计算得到额定转速。将表2 中技术参数代人上述计算公式，整理计算后可得到如表3所示结果，与表2 厂家提供的技术参数或铭牌参数基本一致。2.3.2示例2某厂家提供的永磁同步电动机样本技术参数：Un=1.75m/s,D=0.4m,U=0.38kV,nn=167r/min,m=800kg。选取WTY1-800-175规格型号无齿轮电引机进行举例计算。平衡系数k取0.4 4，根据转速查GB/T12974.2-2014得出n，=8 3.4%，再将m及代人式（5）、式（6)，可得：Pz=9.5kW，I n=2 0.2 A。计算结果与表4 技术参数基本一致，验证了这种计算方法的准确性。3电梯整机计算电流和断路器选择通过上文计算公式可以求得电引机的额定工作电Aug.2023Vol.42No.8524http:/242023年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电气表2 某厂家提供的电梯技术参数Tab.2Technical parameters of elevators provided by a manufacturer额定载质量额定速度电引机额定功率电引机额定电压电引机额定电流动力电源照明电源/kg/(m/s)/kW/V1A13501.0AC380V50HzAC220V50Hz9.23302316001.0AC380V50HzAC220V50Hz10.93302616001.6AC380V50HzAC220V50Hz16.834039.616002.0AC380V50HzAC220V50Hz20.934046表3计算结果Tab.3Calculation result额定载质量额定速度额定电压平衡轿厢启动加速度电动机额定转速电动机效率电引机计算电引机计算m/kgUN/(m/s)UN/V系数a/(m/s2)un/(r/min)7/%功率/kW电流/A13501.03300.440.576 9580.99.1623.216001.03300.440.5769581.810.8625.716001.63400.470.7512215285.716.853916002.03400.470.7515319086.721.0648.2表4 厂家样本技术参数Tab.4Technical parameters of sample provided by manufacturer载质量梯速额定功率额定电压额定电流额定转速电引轮节径规格电引比工作制/kg/（m/s)/kW/V/A/(r/min)/mmWTY1-630-1501.56.416.5143WTY1-630-1756301.757.416.5167WTY1-630-2002.08.720.0191WTY1-800-1501.58.120.0143WTY1-800-1758001.759.638020.01674002：1S5-40%WTY1-800-2002.011.025.0191WTY1-1600-1501.516.340143WTY1-1600-1751 6001.7519.040167WTY1-1600-2002.021.750191流，在计算曳引机最大工作电流时还需要考虑过载的情况，特种设备安全技术规范TSGT70072 0 2 2电梯型式试验规则附件H5.2设计计算书中要求驱动主机选型计算“应当能确保电梯在110%额定载质量和额定速度下运行的能力”。那么上文得到的功率和电流计算公式应进行相应调整：Fi-F,=(m轿厢+1.1 m)(m轿用+hmn)x(g+a)/i(8)(1.1-k)mv(g+a)(9)1000m,n,P(10)V3U cosn,n4式中：P电动机在额定速度和110%额定载质量时的输出功率，kW；I电动机在额定速度和110%额定载质量时的工作电流，A。525http:/民用建筑电梯的电气参数计算（史文龙）25O配电供电通过式(8）式(10)可得：PgINP21.1-k(11)1-k当设计内容仅包含电梯控制箱上级断路器馨（后文简称本级断路器）及其到电梯控制箱之间的导线型号时，因为要保证110%额定载质量的可靠运行状态，所以以此时的输人电流IR=IgU/0.38作为参考进行整定计算。首先通过电动机启动电流来校验断路器长延时脱扣器整定值，文献7 第12.1.5.3节指出，长延时脱扣器用作后备保护时，其整定电流Iset应按满足相应的瞬动脱扣器整定电流为电动机启动电流2.2倍的条件确定。当选用变频启动电动机时，根据文献7 第16.5.7 节“通用变频器过电流能力通常为在一个周期内允许12 5%或150%过载，6 0 s。超过过载值就必须增大变频器的容量”以及“频繁启制动的生产机械，其工作周期远短于规定周期。一般选用变频器的容量应比电动机容量大1 2 个等级”，而电动机容量的级差最大为1.36 倍左右，取1.4 倍，大两个等级则为1.4 1.4=1.96 倍，变频器过电流能力选择2 0 0%，则最大启动电流倍数（即堵转电流倍数KLR）为1.96 2 4 倍，而断路器的瞬动电流倍数Kins一般为10 倍，代人式（12）得：2.2KLRK.serMins=0.88 IM(12)此时的IrM已经是折算到标称电压下的额定电流，即IM=INUN/0.38。根据GB50055-2011通用用电设备配电设计规范第2.3.7 条第2 款规定，短时工作或断续周期工作的电动机可不装设过载保护，而选用变频启动电动机时，通过堵转电流校验得到的Iet还要小于IM，说明在变频启动时，按LM选择Iset即可满足躲过启动电流的要求。根据CB50055-2011第3.3.4 条：单台交流电梯供电导线的连续工作载流量（I。）应大于其铭牌连续工作制额定电流的14 0%或铭牌0.5h或1h工作制额定电流的90%，可知Iset应大于Ic，才能确保根据Iset选用电缆的载流量满足要求。在初期设计阶段，往往得不到电动机的铭牌参数，无法得到0.5h或1h工作制额定电流作为参考，所以采用其铭牌连续工作制额定电流的14 0%计算1。根据GB/T12974.2-2014第3.4 条：“电动机为断续周期工作制（S5），每小时启动次数可根据电梯的不同要求，分为12 0 次/h、18 0 次/h，电动机的负载持续率为15%、4 0%、50%或6 0%”，平时选用的电梯一般默认为4 0%，当选用V类电梯时，应结合控制方式将负载持续率调整为50%或6 0%。根据文献7 周期工作制电动机设备功率换算公式（1.2-1）得：I。=1.4 Ve,IR1.1-k=1.4XIM(13)1-kk取上限0.5时1取得电流最大值，此时=1.6 8Ve,IrM；当电动机负载持续率为4 0%时，I。=1.0 6 l m；当电动机负载持续率为6 0%时，I。=1.3Ir M。均大于通过校验堵转电流得到的set，所以在采用变频启动的电动机时，仅参考按连续工作制额定电流14 0%的计算方法即可。在计算整机电流时，再加上附属设备电流（一般为单相0.4 kW，主要为控制主机、轿厢内灯光控制系统等，门系统与电引机不存在同时工作的情况，可忽略）就可以得到相对准确的整机计算电流。最后根据整机的计算电流来选择本级断路器以及对应的导线电缆。选定断路器后还需要校验是否满足CB/T24478-2009电梯电引机第4.2.1.1条要求：过载持续时间15s，不能产生影响电引机正常运行的现象。因为电动机的过载能力为电梯厂家负责校验，不在电气设计范围，但是应该保证在过载时15s内断路器不动作，就需要对断路器的过载保护特性曲线进行分析。以永磁同步电动机为例，图1是某电气开关样本中提供的产品短路过载保护特性曲线（壳架等级125A），可以看出在15s内，当电流不超过2.5倍的断路器整定值时，均在可靠不动作区间内，满足要求。Aug.2023Vol.42No.8526http:/262023-07-21修回2022-08-25来2023年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电气100005000200010005002001005020105210.50.20.10.050.020.010.0050.0020.0010.50.823456810203040601002000.615080300额定电流/A图1断路器短路过载保护特性曲线Fig.1Short-circuit overload protection characteristiccurves of circuit breaker4结语本文计算方法中平衡系数k是考虑电梯全时工作状态下使轿厢侧质量与对重侧质量尽量相等的取值系数，在计算时应合理选取；平衡系数越高，计算得到的电引机功率越低，然而并不是功率越低，效果越好。因为对于调频调压驱动的永磁同步电引机来说，并不是时时刻刻都处于满载工作状态，它可以根据电梯的载质量自动调压调频达到节能目的，应结合电梯实际运行状况考虑。如住宅电梯经常处于空载下行状态、很少有满载上行的情况，这时增加对重侧的质量反而不利于节能。而且值取的过高，会导致电动机选型偏小，运维人员根据实际运行情况减少电梯对重侧配重块会增加电动机过载运行的可能，从而影响产品的使用寿命。另本文中的效率保证值只是产品的最低标准，当建设项目有节能要求时可选取相关标准要求的效率值进行计算。参考文献1西子电梯科技有限公司，杭州优迈科技有限公司，上海市特种设备监督检验技术研究院，等GB/T7025.1-2023电梯主要参数及轿厢、井道、机房的型式与尺寸第1部分：I、V 类电梯S北京：中国标准出版社，2 0 2 3.2上海电器科学研究所（集团）有限公司，上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司，浙江西子富沃德电机有限公司，等CB/T12974.2-2014交流电梯电动机通用技术条件第2 部分：永磁同步电动机S北京：中国标准出版社，2 0 14.3中国建筑科学研究院有限公司建筑机械化研究分院，迅达（中国）电梯有限公司，上海三菱电梯有限公司，等.GB/T 7588.1-2020电梯制造与安装安全规范第1部分：乘客电梯和载货电梯S北京：中国标准出版社，2 0 2 0.4 】中国建筑科学研究院有限公司建筑机械化研究分院，上海三菱电梯有限公司，通力电梯有限公司，等.CB/T7588.2-2020电梯制造与安装安全规范第2 部分：电梯部件的设计原则、计算和检验S北京：中国标准出版社，2 0 2 0.5中国特种设备检测研究院TSGT7001-2023电梯监督检验和定期检验规则S北京：新华出版社，2023.【6 上海三菱电梯有限公司，日立电梯（中国）有限公司，奥的斯电梯（中国）投资有限公司，等CB/T10058-2009电梯技术条件S北京：中国标准出版社，2 0 0 9.7 中国航空规划设计研究总院有限公司工业与民用供配电设计手册M4 版北京：中国电力出版社，2016.8中国特种设备检测研究院技术法规研究所.TSG T7007-2022电梯型式试验规则S.北京：新华出版社，2 0 2 2.9中国新时代国际工程公司，等GB50055-2011通用用电设备配电设计规范S北京：中国计划出版社，2011.10 浙江西子富沃德电机有限公司，日立（中国）电梯有限公司，上海三菱电梯有限公司，等CB/T244782 0 0 9电梯电引机S北京：中国标准出版社，2009.11中国建筑东北设计研究院有限公司GB513482 0 19民用建筑电气设计标准S北京：中国建筑工业出版社，2 0 2 0.12中国建筑设计研究院有限公司，中国建筑标准设计研究院有限公司，悉地（北京）国际设计顾问有限公司19DX1011建筑电气常用数据M北京：中国计划出版社，2 0 19.13住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院全国民用建筑工程设计技术措施(2009)电气M.北京：中国计划出版社，2 0 0 9.