【正文】 為便于現(xiàn)場(chǎng)接線，直接取 U、 V、 W 三相電壓，三相電壓中性點(diǎn)為圖 43 中 UF 點(diǎn)， UF 點(diǎn)的電壓相對(duì)儀器的地是浮動(dòng)變化的，如果把 UF 與儀器地直接相連，可能產(chǎn)生地線環(huán)流，干擾儀器的運(yùn)行。誤差小于 1%。無(wú)功功率有正向和反向無(wú)功，正向無(wú)功標(biāo)識(shí)為 +，為 2 象限無(wú)功，反向無(wú)功標(biāo)識(shí)為 ，為 4 象限無(wú)功，如圖 36 所示。因 此，這種方法的重點(diǎn)在于選擇某種恰當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)和一種合適的理想濾波器。根據(jù)樓 層設(shè)定好中間層后，測(cè)試時(shí)電梯按工作圖譜全程運(yùn)行，電梯循環(huán)周期工作圖譜如圖 31 所示。 (3)測(cè)量方法屏蔽了電梯平衡系數(shù)對(duì)電梯能效測(cè)量的影響，使不同平衡系數(shù)的電梯能效具有可對(duì)比性。根據(jù)“11 C W ???噸 千 米 耗 電 量 噸 千 米 E”算式，求得電梯噸千米耗電量，并以此作為電梯能源利用效率的度量指標(biāo)。在循環(huán)周期內(nèi)的輸入電能和循環(huán)周期內(nèi)完成的輸送量才有可比性。 (6) 電梯能效系數(shù)和每噸千米的耗電量 國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目 20xxQK350《電梯能源效率的評(píng)價(jià)與檢測(cè)技術(shù)研究》課題組 [19]分別以電梯能效系數(shù) (η)和每噸千米的耗電量 ()作為電梯能效的評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)電梯能耗情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法認(rèn)為電梯的啟動(dòng)次數(shù)和額定載荷是影響電梯能效評(píng)價(jià)的主要因數(shù)。選擇 10m作為正常繁忙交通情況下的一個(gè)合理的行程典型統(tǒng)計(jì)平均值。 另外，這些電能計(jì)量工具不具備測(cè)量機(jī)械能的功能，而我們項(xiàng)目中需要測(cè)量機(jī)械能這一重要指標(biāo)。 另外，由于節(jié)能型電梯成本較普通電梯高，其售價(jià)較普通電梯貴，用戶增加投資回收期較長(zhǎng)，民眾對(duì)執(zhí)行電梯節(jié)能積極性不高。 電梯作為建筑耗能的一部分，其耗能問(wèn)題已被廣泛關(guān)注，電梯已成為重要的節(jié)能減排對(duì)象。與此同時(shí)，我國(guó)已經(jīng)成為世界上第二大能源消費(fèi)國(guó)，對(duì)國(guó)外能源的依賴程度不斷上升。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 III 目 錄 摘 要 提出以 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。 15 第三章 電梯循環(huán)周期內(nèi)的電能測(cè)量 16 電梯循環(huán)周期工作圖譜 41 DSP 硬件外設(shè)驅(qū)動(dòng)層 48 主程序流程圖 51 第六章 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)和分析 61 V 附 錄 隨著 中國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，國(guó)內(nèi)建筑能耗的總量逐年上升，在所有能源消耗中所占的比例已從上世紀(jì) 70 年代末的 10%，上升到近年的 %，同時(shí)，通過(guò)在北京、上海和廣州的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，面積僅為 5%的大型公共建筑的用電量已經(jīng)解決全部住宅的用電量 [5]。 因此，電梯節(jié)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用是開(kāi)展電梯節(jié)能降耗工作的前提。 20xxQK350 課題組提出的電梯能效測(cè)量的模擬工況法 [19]，以每噸千米的耗電量（ kWh/tKm）作為電梯能源利用效率指標(biāo)，該指標(biāo)可以很好的反映出電梯能源利用效率。電梯能效的定義和測(cè)量目的是建立一個(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，所以測(cè)量電梯能效的關(guān)鍵是定義一個(gè)合理的測(cè)量方法，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，使測(cè)量結(jié)果具有可比性 。這些電梯的速度從 。 3600R ST TPE ??? (21) 第二章 電梯能效評(píng)價(jià)方法 9 ( / ) .8E k W he ??? ?天 天 數(shù) / 年 05人 數(shù) 面 積 / 人 (22) 其中： E：電梯每天消耗的能耗 (kWh/day)； R：電機(jī)的額定功率 (kWh)； ST：電梯每天的啟動(dòng)次數(shù)； e：建筑中電梯每年每平方米的能耗； 該方法通過(guò)建筑的面積、建筑使用者的數(shù)量和啟動(dòng)次數(shù)，把電梯的能耗情況與建筑的交通情況結(jié)合到一起。電梯能效系數(shù)和每噸千米的耗電指標(biāo)，能較好的體現(xiàn)電梯能效水平，易于各電梯的比較，但其定義的仿真工況測(cè)量方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)復(fù)雜，耗時(shí)費(fèi)力，測(cè)試成本較高，不利于推廣使用。電梯按圖 7 所示運(yùn)行，始于底層且終于底層。 ?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。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。 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。因此無(wú)功計(jì)量的帶寬限制在 1500Hz以內(nèi)。的處理。 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。
。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。的信號(hào)處理。 (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。 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。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。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。 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。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 。 表 22 各種電梯的典型運(yùn)行時(shí)間 Table 22 The various typical running time of elevators 驅(qū)動(dòng) 樓 層 TP(秒 ) 范圍 平均 液壓 不帶對(duì)重 小于 6 5~7 6 有齒 AC 雙速 6 9~12 ACVV(高慣性 ) 12 7~10 ACVV(低慣性 ) 12 5~8 無(wú)齒 直流發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 18 4~6 5 晶體管 18 3~5 4 電梯每天的能耗根據(jù)公式 21 計(jì)算。 (2) 電梯能耗與質(zhì)量和行程之積的比值 Doolaard 以電梯能耗和轎廂質(zhì)量的比值 (J/kg)（由于被測(cè)電梯的行程是固定的，所以也可以認(rèn)為電梯能效的評(píng)價(jià)參數(shù)是 J/kg/m）作為電梯能效的評(píng)價(jià)參數(shù) [13]。在電梯行業(yè)要實(shí)行節(jié)能審查和監(jiān)管的背景下，急需建立客觀公正，為大多數(shù)人認(rèn)可的電梯能源利用效率評(píng)價(jià)方法及儀器，能夠客觀、公正、真實(shí)地衡量各種規(guī)格、型號(hào)的電梯在能源利用效率方面的性能指標(biāo)。目前主要存在的評(píng)價(jià)參數(shù)有：固定行程和速度下的 電梯能耗（ Schroeder[10]，1980）、電梯平均每次運(yùn)行的能耗（ Donald Cooper[11]， 1987； Ashok [12]， 20xx）、電梯能耗與質(zhì)量和行程之積的比值（ Doolaard[13]， 1992；香港城市大學(xué) [14]， 20xx）、建筑內(nèi)每年平均每平方米的電梯能耗（ Schroeder[15]， 1986）、固定時(shí)間內(nèi)的電梯能耗（ [16]， 1984； AlSharif[17]， 20xx； Max Schalcher[18]， 20xx）。如果應(yīng)用現(xiàn)在的變頻變壓、永磁同步、能量反饋等節(jié)能技術(shù)，可節(jié)電 30%，每年可為全國(guó)節(jié)約 39 億度電量，按照 1 度電消耗 370 克標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算，每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤約 145 萬(wàn)噸?！秶?guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（ 20xx2020 年）》中明確指出 “能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有特別重要的戰(zhàn)略地位 ”，同時(shí)確定能源重點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展思路之一為 “堅(jiān)持節(jié)能優(yōu)先，降低能耗。 38 Q 格式定點(diǎn)運(yùn)算 35 TMS320F2808 特性 本文所述的由我們自主研發(fā)的基于差額質(zhì)量速度積分法的電梯能效測(cè)量?jī)x，是一種檢測(cè)電梯能源利用效率的測(cè)量方法以及基于該方法的測(cè)量電梯能源利用效率的專用儀器。 16 標(biāo)準(zhǔn)增量載荷標(biāo)準(zhǔn)工作圖譜循環(huán)運(yùn)行模式 24 第四章 電梯能效測(cè)量?jī)x系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 31 系統(tǒng)內(nèi)通信 31 系統(tǒng)對(duì)外通信 54 電能測(cè)量數(shù)據(jù)分析 致 謝 “電荒 ”近年來(lái)已經(jīng)重新成為人們熟悉的一個(gè)字眼 [2]。電梯是能耗較高 的特種設(shè)備，國(guó)家質(zhì)檢總局質(zhì)檢特函〔 20xx〕 29 號(hào)文件提出：要對(duì)鍋爐、換熱壓力容器、電梯等高耗能特種設(shè)備實(shí)行能效測(cè)試，加強(qiáng)特種設(shè)備使用環(huán)節(jié)的節(jié)能監(jiān)管。 綜上所述，建立起統(tǒng)一的電梯能耗測(cè)量方法和能效等級(jí)指標(biāo)，有利于電梯節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，降低電梯能耗；建立起統(tǒng)一的電梯能耗測(cè)量方法，是政府推行電梯能耗測(cè)試與監(jiān)管的必要條件。 課題主要研究和開(kāi)發(fā)內(nèi)容 曳引式電梯 是 目前我國(guó)主要的電梯，也是電梯能耗的主要部分，因此，在對(duì)電梯能效測(cè)試進(jìn)行研究時(shí)，作為研究的第一步，我們選擇最常用的曳 引式電梯作為研究對(duì)象，進(jìn)行深入研究，先爭(zhēng)取在該范圍內(nèi)取得一些成果，建立起評(píng)價(jià)指標(biāo)、測(cè)試方法等一套完整的體系，再以此為基礎(chǔ)，在以后下一步中再推廣到其他電梯上。對(duì)于通常情況下，沒(méi)有這個(gè)配置的交流雙速傳動(dòng)系統(tǒng)、無(wú)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，它們的能耗值也被推算到這個(gè)工況下。以電梯平均每次啟動(dòng)的能耗作為電梯能效的評(píng)價(jià)參數(shù)對(duì)不同的電梯進(jìn)行評(píng)價(jià)具有不妥之處，但是特定電梯在不同日期的平華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 均每次啟動(dòng)能耗的差別較小。規(guī)定的工作周期內(nèi)的運(yùn)行工況為將各種載荷、運(yùn)行方向、運(yùn)行距離等予以組合的工況，載荷情況包括空載、 25%、 50%、 75%和 100%額定載荷；行程情況包括上行和下行的單層、多層、全程運(yùn)行等。從工程上定義電梯能效為：電梯重復(fù)按循環(huán)周期運(yùn)行，完成工作量達(dá)到 一噸千米時(shí)所消耗的電量作為電梯能效指標(biāo)，該指標(biāo)越小，能源利用效率越高。 其中， DSP 采樣頻率設(shè)定為 20kHz，而數(shù)字信號(hào)處理器具有高速運(yùn)算能 力，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)計(jì)算 電梯 能效 功能 。 (4)測(cè)量方法屏蔽了不同電梯提升高度對(duì)電梯能效的影響，使運(yùn)行于不同高度的建筑物中的電梯能效具有可對(duì)比性。但電梯系統(tǒng)諧波更主要來(lái)自各種非線性負(fù)荷用戶，如各種整流設(shè)備，調(diào)節(jié)設(shè)備，以及電氣拖動(dòng)設(shè)備。要設(shè)計(jì)的 FIR 濾波器其 ()hn 必然是有限長(zhǎng)的，所以要用有限長(zhǎng)的 ()hn 來(lái)逼近無(wú)限長(zhǎng) ()dhn，最有效的方法是截?cái)?()dhn，或者用一個(gè)有限長(zhǎng)的窗口函數(shù)序列 ()w