【正文】 情況和運(yùn)行方向。該方法只能說(shuō)明具體電梯的能耗情況或者比較不同電梯能耗差異，卻無(wú)法反映具體電梯的能效情況。 電梯能效的定義和測(cè)量的目的是建立一個(gè)公認(rèn)尺度來(lái)衡量標(biāo)識(shí)不同電梯的電能利用效率，所以電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)的好壞，關(guān)鍵是看其所定義的指標(biāo)和測(cè)量方法能否較好的排除各種影響電梯能效的因素對(duì)測(cè)量結(jié)果所造成的干擾，使其測(cè)量結(jié)果具有可對(duì)比性。建筑內(nèi)每年每平方米的電梯能耗是建在在估算和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，對(duì)于具體某種型號(hào)的電梯的能耗具有估算作用，但其準(zhǔn)確性和科學(xué)性不夠高 。從社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué) 的角度出發(fā)，電梯能效指標(biāo)就是對(duì)電梯的能源利用效率做出評(píng)價(jià)，根據(jù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的基本方法 ——成本效益法，選擇電梯運(yùn)送有效載荷所作的機(jī)械功作為成本效益法中的系統(tǒng)產(chǎn)出效益，電梯運(yùn)送有效載荷所需要的電力能耗作為成本，確定電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)。所以考慮電梯所完成的有用輸送量應(yīng)該是電梯一個(gè)工作循環(huán)周期即由上往下再返回。 電梯工作原理是電動(dòng)機(jī)通過(guò)配套的減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)曳引輪，再由曳引輪上的鋼索牽引電梯轎廂上下運(yùn)動(dòng)。 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 12 如圖 22 中方框 12 所示，根據(jù)電梯的額定載荷，假定一個(gè)轎廂的凈重 M，即電梯配重減去轎廂自身重量， M 值沒(méi)必要很精確，它并不影響測(cè)量結(jié)果。 V （ 米 / 秒 ）t ( 秒 )底 層 頂 層中 間 層中 間 層 底 層 圖 23 電梯工作原理的簡(jiǎn)化模型圖 Simplified model of the lift works plan 然后，根據(jù)空載狀態(tài)下的電梯三 相電流、 三相電 壓，計(jì)算上述電梯空載運(yùn)行過(guò)程，電梯所總共消耗的電能 1E 。由于前面步驟測(cè)量得到的是一 個(gè)循環(huán)周期內(nèi)電梯針對(duì) “差額質(zhì)量 ”所產(chǎn)生的機(jī)械能，所以要折算得到電梯產(chǎn)生機(jī)械能為 1 噸千米的耗電量。 基于差額質(zhì)量速度積分的電梯能效測(cè)量方法的特點(diǎn) 本文采用差額質(zhì) 量速度積分法，以 Mvdt?? 即差額質(zhì)量速度積分計(jì)算電梯輸送有效載荷所作的機(jī)械能。由于工程上定義的電梯能效是電梯重復(fù)按循環(huán)運(yùn)行，根據(jù)電梯的特性，每次循環(huán)的耗電量是基本一樣的，所以可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。本設(shè)計(jì)電梯能效測(cè)量第二章 電梯能效評(píng)價(jià)方法 15 儀工作采樣頻率為 20kHz，在測(cè)量精度上能達(dá)到要求。而以 差額質(zhì)量速度積分法計(jì)算可以屏蔽轎廂和對(duì)重質(zhì)量。電梯提升高度不同，相應(yīng)的電梯系統(tǒng)曳引繩長(zhǎng)度、補(bǔ)償繩長(zhǎng)度、隨行電纜長(zhǎng)度不同而質(zhì)量也不同，會(huì)對(duì)電梯 能耗造成一定影響。本測(cè)量方法僅需測(cè)量空載和 20%負(fù)載，各循環(huán)運(yùn)行一次的數(shù)據(jù)，無(wú)需對(duì)各種不同負(fù)載率下的電梯進(jìn)行能效測(cè)量，大大減少了電梯運(yùn)行次數(shù)和測(cè)試時(shí)間、降低了測(cè)試成本。并由電梯能效測(cè)量?jī)x測(cè)量得到該過(guò)程電梯能耗與電梯 “名義 ”空載工作量。 電梯循環(huán)周期工作圖譜 中間層的設(shè)定： 8 層站以下不設(shè)中間層站； 915 層站設(shè)一個(gè)中間層站； 1622 層設(shè)二個(gè)中間層站； 2329 層設(shè)三個(gè)中間層站； 30 層以上設(shè)四個(gè)中間層站；中間層站的具體設(shè)置應(yīng)保證電梯從次底層至中間層、中間層至次頂層及中間層之間運(yùn)行時(shí)能達(dá)到電梯額定速度值并盡量平均分配各中間層站。對(duì)于這些設(shè)備，即使供給它理想的正弦 波電壓，它的電流也是非正弦的，即有諧波電流存在 [20]。 圖 33 電能 測(cè) 量原理圖 Energy measurement schematic 如圖 33 所示電能測(cè)量原理圖，各個(gè)模塊如下說(shuō)明： (1)數(shù)字高通濾波器 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 20 由于電網(wǎng)中的電壓和電流往往含有直流分量，若直接相乘計(jì)算的話會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)，所以必須對(duì)輸入信號(hào)先進(jìn)行預(yù)處理即濾除直流分量，然后再進(jìn)行計(jì)算。它的單位脈沖響應(yīng) ()hn 是一個(gè)有限長(zhǎng)序列。窗函數(shù)設(shè)計(jì)法的基本思想是要選取某一 適合的理想頻率特性作為 濾波器，然后將它的脈沖響應(yīng)截?cái)嘁缘玫揭粋€(gè)線性相位 的 FIR 濾器。 利用 TI DSP 提供的濾波器函數(shù)庫(kù)來(lái)設(shè)計(jì)濾波器 ， 首先 利用 MATLAB 信號(hào)處理箱的FIR 指令，利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 濾波器系數(shù)。 (2)數(shù)字移相濾波器 主要完成對(duì)電壓信號(hào)移相 90 度的信號(hào)處理。由于電流、電壓采樣速率為 20kHz，根據(jù)采樣定理可知電流、電壓采樣數(shù)據(jù)中可包含較高次的諧波信息，所以依據(jù) 公式01P = ( ) ( )N Nn U n I n? ??計(jì)算得到的有功功率也至少包含相應(yīng)得高次諧波信息。 輸入有功標(biāo)識(shí)為 +，表示用戶(hù)消耗的電能，而輸出有功標(biāo)識(shí)為 ，表示用戶(hù)發(fā)出的電能。 (7)有效值測(cè)量 通過(guò)對(duì)電流、電壓 采樣值進(jìn)行平方、開(kāi)方以及數(shù)字濾波等一系列運(yùn)算得到。的信號(hào)處理。 各相的有功功率是通過(guò)對(duì)去直流分量后的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行乘法、加法、數(shù)字濾波等一系列數(shù)字信號(hào)處理后得到的。 通過(guò)對(duì)電流、電壓采樣值進(jìn)行平方、開(kāi)方以及數(shù)字濾波等一系列運(yùn)算得到。第 四 章 電梯能效測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 25 第四章 電梯能效測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 框架 電梯能效 測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示。采用 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理，保證測(cè) 量的精度與速度。 （ 3）在電梯曳引輪側(cè)面上沿圓周均勻分布貼 8 片磁鋼 片，電磁感應(yīng)傳感器則安裝在具有三自由度的支架上，電磁感應(yīng)器垂直于曳引輪側(cè)面，且與磁鋼片間隙為 3mm5mm為宜。 第 四 章 電梯能效測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 27 浮動(dòng)中性點(diǎn)法三相電 壓信號(hào)處理 為測(cè)量電梯耗用的電能需要測(cè)量三相電壓。通過(guò)圖 43 電路，能精確獲得三相電壓信號(hào)，且不受三相電壓中性點(diǎn)電壓波動(dòng)的影響。
。 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 28 三相電流信號(hào)處理 電梯控制柜的三相輸入電流是能效儀的主要測(cè)量信號(hào)之一，它是電能計(jì)量與電能質(zhì)量分析的基礎(chǔ)，所以電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。為克服中性點(diǎn)電壓不定所造成的影響，把相電壓信號(hào) VPH 和中性點(diǎn)信號(hào) UF 的差值輸入到運(yùn)算放大器 4中，同時(shí)用大功率電阻 R601， R602 把高電壓衰變?yōu)榉递^小的信號(hào)。 （ 5）根據(jù)電梯額定載荷，在電梯轎廂內(nèi)加載 20%額定載荷的砝碼，電梯按測(cè)試圖譜運(yùn)行一次，電梯能效測(cè)量?jī)x自動(dòng)計(jì)算、記錄本次電梯輸入電能和輸出機(jī)械能。 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 26 圖 42 電梯能效測(cè)量?jī)x工作原理流程圖 Elevator Energy Efficiency Working Flow meter 利用該電梯能效測(cè)量?jī)x現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，包括下列測(cè)量步驟： （ 1）根據(jù)電梯在建筑物中運(yùn)行的樓層數(shù)確定被測(cè)電梯的測(cè)試運(yùn)行工作圖譜。三相電壓、三相電流的數(shù)字化采樣頻率 20kHz，這樣不僅保證有功電能與無(wú)功電能的測(cè)量精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足 IEC6100047/20xx標(biāo)準(zhǔn)的諧波分析。將功率信號(hào)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分就可以得到能量。無(wú)功功率計(jì)量算法與有功類(lèi)似，只是電壓信號(hào)采用移相 90 度之后的。的處理。 如圖 33 所示，其中數(shù)字高通濾波器，是用于濾除電流、電壓采樣數(shù)據(jù)中的直流分量。 DSP 能夠方便實(shí)現(xiàn)四象限無(wú)功電能測(cè)量。測(cè)量帶寬主要受到數(shù)字移相濾波器的帶寬限制，所以無(wú)功功率的測(cè)量也可包含高次諧波。因此無(wú)功計(jì)量的帶寬限制在 1500Hz以?xún)?nèi)。 第三步， ezfir 濾波器生成濾波器系數(shù)，高通濾波器頻率響應(yīng)如圖 35 所示。設(shè)所希望得到的濾波器理想響應(yīng)為： ( ) ( )j jnddnh e h n e??? ????? ? (320) FIR 濾波器的設(shè)計(jì)就在于尋找一個(gè)傳遞函數(shù) 10( ) ( )Nj jnnH e h n e??? ??? ?去逼近 ()jdHe? ，第三章 電梯循環(huán)周期內(nèi)電能測(cè)量 21 設(shè)： 1( ) ( )2 j jnddh n H e e? ???? ?? ? (321) 由于 ()jdHe? 的矩形頻率特性，故 ()dhn一定是無(wú)限長(zhǎng)的序列，而且是非因果的。 FIR 濾波器的一般結(jié)構(gòu)如圖（ 34）所示 [22,23]。 設(shè) ( )( 0 ,1, 2 , , 1)h n n N??為濾波器的沖擊響應(yīng)，輸入信號(hào)為 ()xn ，則 FIR 濾波器就是要實(shí)現(xiàn)下列差分方程： 10( ) ( ) ( )Nky n h k x n k????? (319) 式（ 319）就是 FIR 濾波器的差分方程。所以，傳統(tǒng)的正弦系統(tǒng)的 功率計(jì)算 方法不適用與該系統(tǒng)。 底 層 中 間 層 中 間 層 頂 層中 間 層 中 間 層 圖 31 電梯循環(huán)周期工作圖譜 Fig. 31 Elevator work cycle map 第三章 電梯循環(huán)周期內(nèi)電能測(cè)量 17 循環(huán)周期內(nèi)的電能 測(cè) 量 正弦系統(tǒng)的電能 測(cè)量 對(duì)于正弦，線性負(fù)載的電能測(cè)量，可以按照以下 電路 基本計(jì)算 公式 計(jì)算 ： 電壓有效值： 201 ()TrmsU u t dtT? ? (31) 電流有效值： 201 ()TrmsI i t dtT? ? (32) 功率因數(shù)： ()() ()abs PPF si gn Q abs S?? (33) 三相三線合相功率： 3 ACAB CBP U I U I? ? ? ??? (34) 3 9 0 9 0ACA B CBQ U I U I? ? ? ?? ? ? ? ? ? (35) 223 3 3S P Q?? (36) 三相四線合相功率： 4 A B CA B CP U I U I U I? ? ? ? ? ?? ? ? (37) 4 9 0 9 0 9 0A B CA B CQ U I U I U I? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? (38) 224 4 4S P Q?? (39) 有功能量： ()pE p t dt?? (310) 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 18 非正弦系統(tǒng)的電能測(cè)量 電梯系統(tǒng)本身包括能夠產(chǎn)生諧波電流的非線性元件，如變壓器的空載電路，交、直流換流站的晶閘管控制元件，晶閘管控制的電容器、電抗器等。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用同樣的工作圖譜測(cè)量 。華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 16 第三章 電梯循環(huán)周期內(nèi)的電能 測(cè) 量 電梯循環(huán)運(yùn)行模式定義 全程空載標(biāo)準(zhǔn)工作圖譜循環(huán)運(yùn)行模式 電梯的載荷工況為空載，同時(shí)根據(jù)電梯運(yùn)行樓層數(shù)確定電梯工作圖譜，電梯 按設(shè)定的工作圖譜循環(huán)運(yùn)行。因此，本測(cè)量方法屏蔽額電梯提升高度對(duì)電梯能效測(cè)量結(jié)果的影響，使運(yùn)行于不同高度建筑物中的電梯能效具有可對(duì)比性。在額定載荷相同的情況下，電梯平衡系數(shù)僅與轎廂質(zhì)量和對(duì)重質(zhì)量有關(guān)，因本能效測(cè)量方法與轎廂及對(duì)重質(zhì)量無(wú)關(guān)，從而測(cè)量結(jié)果與電梯平衡系數(shù)無(wú)關(guān)，使不同平衡系數(shù)的電梯能效具有可對(duì)比性。機(jī)械能為勢(shì)能和動(dòng)能之和，電梯運(yùn)行始末動(dòng)能為零，勢(shì)能正比于質(zhì)量與高度的 乘積。 ?一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的實(shí)際工作量 一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的耗電量 噸千米 計(jì)算當(dāng)量電量 (28) 把 “計(jì)算當(dāng)量電量 ”作為能效指標(biāo)比把 “噸千米的用電量 ”作為能效指標(biāo)可以大大縮短測(cè)試時(shí)間，如果每 次測(cè)量是精準(zhǔn)的，則并未降低測(cè)量精度。即以前后兩次輸送載荷的質(zhì)量差作為計(jì)算基礎(chǔ)，有別于以電梯額定載荷的不同百分比質(zhì)量絕對(duì)值作為衡量電梯所作機(jī)械能的方法。 為了達(dá)到更好的技術(shù)效果，有效載荷 M? 優(yōu)選為額定載荷的 20%。 根據(jù)有效載荷狀態(tài)下的電梯三相電流、 三相電壓