【正文】 即為有效載荷下電梯的凈重 ， 2V 為有效載荷下轎廂的直線行駛動態(tài)速度， 2t 由采樣頻率決定， 2T 為有效載荷電梯按測試運行工作圖譜運行一次所需要的時間。 根據(jù)公式 26 計算電梯運送 M? 所產(chǎn)生的有效機械能 W? ： T1 20% 0 M | |dtW W W V? ? ? ? ?? (26) 根據(jù)公式 27 計算電梯輸送有效載荷所相應消耗的電能 CE ： 華南理工大學碩士學位論文 14 1 20%CE E E?? (27) 最后，由按照公式 Q=W? / CE ，得到電梯產(chǎn)生單位有效機械能所相應消耗的電能，Q 作為電梯能效。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。 其中， DSP 采樣頻率設定為 20kHz，而數(shù)字信號處理器具有高速運算能 力，從而實現(xiàn)了實時計算 電梯 能效 功能 。 M? 是電梯空載與 20%額定載荷的質量差，空載電能與 20%載荷電能的差對應了運送 M? 載荷所消耗的電能，進而得到電梯產(chǎn)生單位有效機械能所相應消耗的電能作為電梯能效 Q 的度量指標。 該方法具 有如下特點： (1)采用比例放大到噸千米工作量后的計算當量電量，作為電梯能效指標。簡化的電梯能效指標：一個循環(huán)周期內(nèi)，根據(jù)電梯實際完成的工作量與實際消耗的電量，比例放大到噸千米工作量后的計算當量電量，作為電梯能效指標，如公式 28 所示。公式 28 中的 “一個循環(huán)周期內(nèi)的實際工作量 ”是指不包括轎廂本身的有效電梯載荷的工作量。 (2)無需知道轎廂及對重質量，測量結果與電梯轎廂和對重質量無關。電梯單次運行系統(tǒng)勢能變換包括轎廂和對重的勢能變換，若以單 次 測量數(shù)據(jù)計算電梯輸出機械能，必須知道轎廂和對重的質量差或轎廂及對重的質量才能計算出單次電梯運行所輸出的有效載荷機械能。 (3)測量方法屏蔽了電梯平衡系數(shù)對電梯能效測量的影響，使不同平衡系數(shù)的電梯能效具有可對比性。 (4)測量方法屏蔽了不同電梯提升高度對電梯能效的影響，使運行于不同高度的建筑物中的電梯能效具有可對比性。而本測量方法測得的電梯能效與轎廂及對重質量無關，同理與相應的曳引繩質量、補償繩質量、隨行電纜質量無關 (造成的能耗差于差值計算中抵消 )。 (5) 電梯能效測量是基于 單 循環(huán)周期內(nèi)的電能和機械能基礎上計算的， 測量步驟簡單，測試成本低。 本章小結 本章主要介紹了現(xiàn)有電梯能效評價方法和特點，以及重點介紹了采用的基于差額質量速度積分的電梯能效測量方法 和特點 。在進行檢測時，采用同樣的工作圖譜測量 。 標準增量載荷標準工作圖譜循環(huán)運行模式 電梯標準載荷工況指在空轎廂內(nèi)放置相當于 電梯額定載荷 20%的負載，同時根據(jù)電梯運行樓層數(shù)確定電梯工作圖譜，電梯按設定 的工作圖譜循環(huán)運行。并由電梯能效測量儀測量得到該過程電梯能耗與電梯 “名義 ”加載工作量。根據(jù)樓 層設定好中間層后，測試時電梯按工作圖譜全程運行，電梯循環(huán)周期工作圖譜如圖 31 所示。但電梯系統(tǒng)諧波更主要來自各種非線性負荷用戶，如各種整流設備，調(diào)節(jié)設備，以及電氣拖動設備。因此電梯系統(tǒng)是非正弦系統(tǒng)，非線性負載 ， 電流 波形 如圖 32 所示。 圖 32 非正弦系統(tǒng)的 電流波形 Nonsinusoidal system current waveforms 對于非正弦，非線性負載系統(tǒng)，功率計算方法如下： 電壓以諧波形式表示為： 0 1( ) c o s ( )nnnv t V V n t????? ? ?? (311) 電流以諧波形式表示為： 0 1( ) c o s ( )nnni t I I n t????? ? ?? (312) 瞬時功率： ( ) ( ) ( )p t v t i t?? （ 313） 循環(huán)周期內(nèi)傳輸至負載的能量為： 0 ( ) ( )TcycleW v t i t dt? ? (314) 第三章 電梯循環(huán)周期內(nèi)電能測量 19 有功功率 (瞬時功率在循環(huán)周期內(nèi)的平均值 )： 01 ( ) ( )Tcycleav WP v t i t dtTT?? ? （ 315） 以諧波形式表示的有功功率： 000 111 ( c o s ( ) ) ( c o s ( ) )Ta v n n n nnnP V V n t I I n t d tT ? ? ? ?????? ? ? ? ???? (316) 利用三角函數(shù)的正交性，整理可得積分結果： 00( c o s ( ) ) ( c o s ( ) ) c o s ( )2Tn n n n nnnnif n mV n t I n t d t VI if n m? ? ? ? ?????? ? ? ? ????? (317) 因此，有功功率為： 00 1 c o s ( )2nna v n nn VIP V I ????? ? ?? (318) 即有功功率等于直流分量的功率加上各個諧波的有功功率 [21]。高通濾波器的作用就是濾除電壓、電流采樣數(shù)據(jù)中的直流成分，保留頻率為 50HZ 的電網(wǎng)信號 ，采用高 通 FIR 濾波器 。 FIR 濾 波 器最重要的特點就是沒有反饋回路，因此 是無條件穩(wěn)定系統(tǒng)。由上面的方程可見， FIR 濾波算法實際上是一種乘 法累加運算，它不斷的輸入樣本 ()xn ，經(jīng)延時，做乘法累加，再輸出濾波結果 ()yn 。 圖 34 FIR 濾波器結構圖 The structure of FIR fliter FIR 濾波器的設計方法有窗函數(shù)設計法和頻率采樣設計法。因 此，這種方法的重點在于選擇某種恰當?shù)拇昂瘮?shù)和一種合適的理想濾波器。要設計的 FIR 濾波器其 ()hn 必然是有限長的，所以要用有限長的 ()hn 來逼近無限長 ()dhn，最有效的方法是截斷 ()dhn，或者用一個有限長的窗口函數(shù)序列 ()wn 來截取 ()dhn， 即： ( ) ( ) ( )dh n w n h n? (322) 因而，窗口函數(shù)序列的形狀及長度選擇很關鍵 [24]。 第一步， 打開 MATLAB 軟件模塊： c:\tidcs\c28\dsp_tbox\filter\matlab\ezfir16 第二步，執(zhí)行 ezfir16 腳本，輸入 高通濾波器的 各個 參數(shù)， FIR 濾波器階數(shù) 50，采用 Hamming 窗，采樣頻率為 20kHz，濾波器截 止頻率為 8kHz。 圖 35 高通濾波器頻率響應 Highpass filter frequency response 華南理工大學碩士學位論文 22 第四步，把系數(shù)拷貝到頭文件，以初始化主系統(tǒng)文件中濾波器系數(shù)。在保證信號幅頻響應不衰減的前提下，能夠對 301500Hz的采樣信號進行移相 90度的處理。 (3)有功功率計量 各相的有功功率 是通過對去直流分量后的電流、電壓信號進行乘法、加法、數(shù)字濾波等一系列數(shù)字信號處理后得到的。 (4)無功功率計量 無功功率計量算法與有功類似，只是電壓信號采用移相 90 度之后的。 (5)四象限功率測量 有功功率既有輸入也有輸出的。無功功率有正向和反向無功，正向無功標識為 +，為 2 象限無功，反向無功標識為 ，為 4 象限無功，如圖 36 所示。 圖 36 四象限功率示意圖 Schematic diagram of fourquadrant power (6)視在功率、功率因數(shù)、相角測量 第三章 電梯循環(huán)周期內(nèi)電能測量 23 基于上述測量的有功功率和無功功率，通過開方、除法等運算就可以得到這些參數(shù)。 (8)能量計算 將功率信號對時間進行積分就可以得到能量。數(shù)字移相濾波器主要完成對電壓信號 90176。在保證信號幅頻響應不衰減的前提下，能夠對 301500Hz 的采樣信號進行移相 90176。移相濾波器的幅相特性如下圖 37 所示。前端 Sigmadelat ADC 采用 過采樣技術，可充分保證電流、電壓采樣速率，根據(jù)采樣定理可知電流、電壓采樣數(shù)據(jù)中包含高達 21 次的諧波信息，所以依據(jù)公式01P = ( ) ( )N Nn U n I n? ??計算得到的有功功率也至少包含 21 次諧波信息。測量帶寬主要受到數(shù)字移相濾波器的帶寬限制，所以無功功率的測量也可高達 21 次諧波 [25]。誤差小于 1%。 圖 37 移相濾波器的幅相 特性 Amplitude and phase characteristics of the phase shift filter 華南理工大學碩士學位論文 24 本章小結 本章主要介紹了電梯 循環(huán)周期內(nèi)的電能計量的原理， 特別強調(diào)了電梯系統(tǒng)的非正弦、非線性負載系統(tǒng)所采用的電能測量方法 ，以及利用 TI DSP 中自帶的 FIR 濾波器函數(shù)庫設計高通數(shù)字濾波器。 圖 41 電梯能效測量儀系統(tǒng)結構框架 block diagram of elevator energy efficiency measuring instrument 采用成熟高可靠性的霍爾電流傳感器測量電梯控制柜三相進線電流，采用浮動中 性點方式直接測量三相電壓。采用汽車發(fā)動機轉速測量專用的電磁感應曲軸位置傳感器測量曳引輪旋轉位置與速度，實現(xiàn)轎廂速度和位置的非接觸式測量。 電梯 能效檢測儀工作原理流程圖如圖 42 所示。 （ 2）在被測電梯的電梯控制電氣柜的三相動力線輸入處安裝霍爾電流傳感器，并把獲取電壓信號的鱷魚鉗夾到三相 380V 的進線端子上。 （ 4）電梯空載按測試運行工作圖譜運行一次，電梯能效測量儀自動計算、記錄本次電梯輸入電能和輸出機械能。 （ 6）電梯能效測量儀根據(jù)空載和 20%載荷兩次的測量數(shù)據(jù)，計算出基于噸千米 ?耗電量的電梯能源利用效率指標并自動生成檢測報告。為便于現(xiàn)場接線，直接取 U、 V、 W 三相電壓，三相電壓中性點為圖 43 中 UF 點， UF 點的電壓相對儀器的地是浮動變化的，如果把 UF 與儀器地直接相連，可能產(chǎn)生地線環(huán)流，干擾儀器的運行。另外由于相電壓是交流信號，在運算放大器 3 的同相輸入端疊加了 + 的偏壓，使輸入到 DSP 的信號inV 為正且變化范圍是 0~3V。 圖 43 浮動中性點法三相電壓信號處理原理圖 Floating neutral point method for threephase voltage signal processing diagram 電梯控制電氣柜的三相電壓進線端子上，并通過浮動中性點電路依次與數(shù)字信號處理器的運算模塊和 A/D 轉換器相連接；鱷魚鉗從三相電壓進線端子獲取三相電壓，并傳給浮動 中性點電路進行浮動中性點處理，然后再傳給數(shù)字信號處理器的 A/D 轉換器進行模數(shù)轉換后輸入運算模塊；所述鱷魚鉗直接把三相 380V 交流電壓引至測量儀的電路板上，浮動中性點電路采用浮動中性點法不失真地把 380V 交流信號降到 0~3V 范圍內(nèi)，且保證了三相中性點與測量儀的模擬地是彼此獨立的，避免了測量儀的模擬地與三相 中 性點直接相連所產(chǎn)生的共地干擾問題。高性能的電流檢測電路可以大 大提 高系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，下面詳細介紹相電流檢測電