一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法，所述高塔用电梯包括轿厢、对重、曳引机、控制柜和四种电缆；所述高塔用电梯提升高度150m～280m、额定载重量450kg～700kg、额定速度1.5m/s～2.5m/s、集选控制、VVVF驱动、曳引绳曳引比为1：1；所述曳引机采用有齿轮曳引机，由电动机驱动，安装在井道上方的机房内；所述控制柜包括主控制器和主变频器，安装在地面上；所述主变频器输入端连接有输入滤波器，输出端通过动力电缆连接所述电动机；所述电动机采用交流异步电动机，其轴端连接旋转编码器；所述旋转编码器的输出信号通过曳引通信电缆反馈到所述主变频器；所述主变频器控制所述电动机的过程为闭环。
【专利说明】一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种客货电梯的设计方法，特别涉及一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法，所述高塔用电梯提升高度150m?280m、额定载重量450kg?700kg、额定速度1.5m/s?2.5m/s、集选控制、VVVF (变频变压调速驱动)。
【背景技术】
[0002]用于搭载跨越大江大河的超高压/特高压输电线路等设施的高塔，需要配套提升高度> 150m、额定速度> l.0m/s、集选控制、采用VVVF (变频变压调速)驱动、安全性符合中国国家标准的客货电梯。
[0003]所述高塔为钢结构或者钢筋混凝土结构的塔形建筑，其顶部用电力金具搭载超高压/特高压输电线路。所述高塔的塔身中设置一座垂直的、自塔底通往塔顶附近、中间设有若干个层站、最低层站至最高层站之间的垂直距离不低于150m的电梯井道。所述井道的横断面为圆形或者矩形，用于安装一台额定速度大于1.0m/s、至少能够在所述最低层站和最高层站停靠的客货电梯(简称为电梯)。所述电梯主要用于运输所述高塔所搭载设施的零部件、对所述高塔及其所搭载设施进行检修的人员，以及检修所需要的器材。
[0004]现有的所述电梯，其曳引机和控制系统有三种布置方式。
[0005]第一种布置方式，是将所述电梯的曳引机和控制柜都安装在其井道上方的机房内，曳引绳曳引比为1:1。采用所述第一种布置方式，可以在较小的井道面积内实现较大的轿厢面积，并且将曳引绳布置得离井道壁较远，使所述电梯能够在井道偏摆量(因风力导致)较大的情况下安全运行；每根曳引绳的长度只需要稍大于所述电梯的提升高度，曳引绳的成本低，其安装、调试、维护都比较方便。
[0006]所述第一种布置方式的缺点，在于不能在地面上对所述电梯的控制系统进行快速诊断和检修；所述缺点是超高压/特高压输电工程所不能容许的，因为，检修人员从地面步行至所述高塔用电梯的最高停靠站，所需花费的时间长达几十分钟，一旦遇到因塔载设施故障而导致输电线路停电、急需检修人员登上塔顶进行抢修、所述电梯因控制柜故障而不能行驶的情况，抢修必定因检修人员无法及时到达塔顶而受阻，其后果可能是灾难性的。
[0007]第二种布置方式，是将所述电梯的曳引机和控制柜分别安装在井道内接近地面的地方和井道外的地面上。采用所述第二种布置方式，可以在地面上对所述电梯的控制柜进行快速检修，但是，存在三个其它弊病:
[0008](I)和采用所述第一种布置方式相比，获得相同轿厢面积所需要的电梯井道面积更大，井道面积利用率低，所述电梯的井道建设成本更高；
[0009](2)由于受其结构布置要求的制约，所述电梯的曳引绳有一部分只能布置得离井道壁较近，所述电梯只能在很小的井道偏摆量(因风力而导致)下安全运行，而所述电梯的安装地通常是在风力较强的大江大河边，其井道出现较大偏摆的时间较多，从而导致所述电梯的适候性不强；
[0010](3)所述电梯每根曳引绳的长度，至少大于所述电梯提升高度的3倍，不仅成本高，而且安装/调试的难度、维护的工作量都很大。
[0011]第三种布置方式，是将所述电梯的曳引机安装在井道上方的机房内，包括主控制器、主变频器在内的控制柜安装在井道外的地面上，曳引绳曳引比为1:1。所述第三种布置方式，具有所述第一种布置方式的全部优点，可以在地面上对所述电梯的控制系统进行快速检修，因而，可以防止在所述塔载设施和所述电梯的控制柜都需要抢修的情况下出现灾难性后果，可以使所述电梯具有较强的适候性。
[0012]和所述第二种布置方式相比，采用所述第三种布置方式的所述电梯具有综合建设成本明显低、适候性更强、曳引绳的安装/检修/维护方便等优点。
[0013]采用所述第三种布置方式的所述电梯，其主控制器、主变频器与其曳引机、旋转编码器之间的距离超过150m，如果采用与所述同规格普通电梯相同的主变频器、电动机、普通动力电缆和普通曳引通信电缆，其主变频器的输出电流会增大，其曳引电动机会出现绕组发热、振动和噪音加剧、加速绝缘老化、甚至早损。
[0014]此外，对于采用所述第三种布置方式的所述电梯，为了降低其制造成本，应尽量减少其动力电缆、曳引通信电缆、随行电缆、井道总线通信电缆的长度。将所述四种电缆位于井道内的部分垂直布置，使它们互相平行，可以将它们的长度降至最低。然而，采用所述第三种布置方式的所述电梯，如果采用与所述同规格普通电梯相同的四种普通电缆，其所述四种电缆之间的互相干扰会影响其控制程序的正常运行，导致其失控。
[0015]现有的、采用所述第三种布置方式的所述电梯，只有额定载重量500kg、额定速度
1.5m/s—种规格，不能完全满足超高压/特高压输电工程的需要。现有的电梯技术，缺乏对采用所述第三种布置方式的、超高压/特高压输电工程建设所需要的其它规格的所述电梯进行准确设计的完整办法；所述其它规格的范围包括:所述电梯的额定载重量为450kg?700kg、额定速度为1.5m/s?2.5m/s、提升高度为150m?280m。
【发明内容】
[0016]本发明要解决的技术问题是:为了获得采用所述第三种布置方式、满足超高压/特高压输电工程建设需要的所述高塔用电梯的完整设计方案，本发明提供一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法，包括所述高塔用电梯的主变频器、电动机、输入滤波器、旋转编码器、动力电缆、曳引通信电缆、随行电缆、井道总线通信电缆的结构、互相之间的关系，及其参数的选择方法；采用所述设计方法，可以在额定载重量450kg?700kg、额定速度1.5m/s?2.5m/s、提升高度150m?280m的规格范围内，使各种规格的所述高塔用电梯，都能在采用所述第三种布置方式(即曳引机安装在井道上方的机房内、包括主控制器和主变频器在内的控制柜安装在井道外的地面上)的情况下，实现控制过程为闭环的WVF (变频变压调速)驱动，技术条件与安全性符合中国国家标准，且不造成浪费。
[0017]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0018]一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法，所述高塔用电梯包括轿厢、对重、曳引机、控制柜、动力电缆、曳引通信电缆、随行电缆和井道总线通信电缆；所述高塔用电梯采用三相交流380V/50HZ动力电源，额定载重量450kg?700kg、额定速度1.5m/s?
2.5m/s、提升高度150m?280m、集选控制、VVVF (变频变压调速)驱动、曳引绳曳引比为1:1 ;[0019]所述曳引机采用有齿轮曳引机，带有机械减速器，由电动机驱动，曳引机安装在其井道上方的机房内；
[0020]所述控制柜包括主控制器和主变频器，安装在所述井道外的地面上；所述主变频器的输入端连接输入滤波器，输出端通过动力电缆连接所述电动机；所述电动机为交流异步电动机，其轴端连接与其同轴旋转的差分式旋转编码器；所述差分式旋转编码器和所述主变频器之间通过曳引通信电缆连接，所述差分式旋转编码器的输出信号通过所述曳引通信电缆反馈到所述主变频器；所述主变频器控制所述电动机的过程为闭环。
[0021]所述曳引机所采用的机械减速器，其种类为蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器或斜齿轮减速器。采用行星齿轮减速器和斜齿轮减速器，可以提高曳引机的效率，降低所述高塔用电梯的能耗。
[0022]为了防止在输入电源欠压的意外情况下动力输出不足，所述电动机采用低电压、非对称电压容差设计，额定电源为三相交流340V/50HZ，许用电压范围为3IOV?420V，额定功率比同规格普通电梯应该(既符合中国国家标准，又不造成浪费)选用的曳引电动机功率大I个规格(按曳引机厂家的产品型谱)。
[0023]所述同规格普通电梯是指:其额定载重量、额定速度、曳引绳曳引比、总的层站数、提升高度、安全门数、曳引机种类、驱动方式、控制方式、主控制器与层站召唤盒之间的通信方式和连接方式均与所述高塔用电梯相同；其曳引机的效率与所述高塔用电梯曳引机的效率偏差不超过5% ;其曳引机和控制柜均安装在井道上方的电梯机房内；其曳引机与主变频器之间的布线长度不超过50m。
[0024]所述差分式旋转编码器采用直流15V输入电源，由安装在所述井道上方的机房内的直流15V稳压电源供电。
[0025]为了保证性能、节约成本，所述主变频器除了最大适用电机功率(按变频器厂家的产品型谱)达到所述电动机的额定功率、额定输出电流大于且最接近所述电动机的额定电流外，其它方面均与所述同规格普通电梯应该(既符合中国国家标准，又不造成浪费)采用的主变频器相同。
[0026]所述输入滤波器的适用变频器容量范围大于所述变频器的最大适用电机容量，其额定电流大于且最接近所述变频器的额定输入电流(按输入滤波器厂家的产品型谱)的1.2倍。
[0027]所述动力电缆采用双层屏蔽，其结构为:有三根动力芯线，以及一根接地保护芯线或者三根分散接地保护芯线，所述动力芯线和所述接地保护芯线均采用多股细绞成束的细裸铜丝导体；如果采用一根接地保护芯线，所述接地保护芯线的导体截面积与单根所述动力芯线的导体截面积相同；如果采用三根分散接地保护芯线，单根所述分散接地护芯线的导体截面积小于单根所述动力芯线的导体截面积；每根所述接地保护芯线和每根所述动力芯线均单独采用聚乙烯(PE)绝缘，所述分散接地保护芯线均布于所述动力芯线的间隙之间；
[0028]所有所述动力芯线和接地保护芯线被相互绞合成缆，外面包裹一层混合PVC材料的内护套；所述内护套的外面，包裹一层铝质面朝外的铝箔屏蔽，所述铝箔屏蔽的外面，包裹一层铜丝编织的屏蔽网；所述屏蔽网的外面，包裹一层混合PVC材料的电缆外护套；
[0029]采用三根分散接地保护芯线的所述动力电缆，比采用一根接地保护芯线的所述动力电缆具有更强的抗电磁干扰能力；
[0030]所述动力电缆的选择方法为:
[0031]当所述电动机的额定功率小于9.0kff时，所选择的所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流，大于、且最接近所述电动机额定电流的2.5倍；
[0032]当所述电动机的额定功率不小于9.0kff时，所选择的所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流，大于、且最接近所述电动机额定电流的2.0倍。
[0033]所述曳引通信电缆的结构为:具有四根或者六根芯线，所述芯线的导体为束绞或者细绞的裸铜丝导体，采用聚乙烯绝缘；每两根所述芯线绞合成对后用铝箔屏蔽；所有所述用铝箔屏蔽的线对互相绞合成缆，外面用塑料薄膜包裹，所述塑料薄膜的外面，为一层铜丝编织屏蔽网；所述铜丝编织屏蔽网的外面，是混合PVC材料的外护套。
[0034]所述曳引通信电缆的线对数根据所述差分式编码器的结构进行选取。
[0035]主控制器与层站召唤盒之间采用CAN总线串行通信，通过井道总线通信电缆进行连接；所述井道总线通信电缆的结构和技术性能与所述同规格普通电梯应该(使电梯的功能和性能符合中国国家标准，不造成浪费)采用的井道总线通信电缆相同，采用普通四芯双绞屏蔽电缆具有较好的经济性。
[0036]所述控制柜与所述轿厢之间设有随行电缆，所述随行电缆的结构和技术性能与所述同规格普通电梯应该(使电梯的功能和性能符合中国国家标准，不造成浪费)采用的随行电缆相同。
[0037]所述动力电缆的总长度大于所述井道(不包括机房)的总高度、但不超过300m，绝大部分垂直固定在所述井道内，其一端从贴近地面的地方穿出所述井道的井道壁，在所述井道外与所述控制柜内的主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板并伸入所述机房，与所述电动机连接。
[0038]所述曳引通信电缆的总长度大于所述井道的总高度、但不超过300m，绝大部分垂直固定在所述井道内，其一端从贴近地面的地方穿出所述井道的井道壁，在所述井道外与所述控制柜内的主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板并伸入所述机房，与所述差分式旋转编码器连接；所述曳引通信电缆位于所述井道内的部分，与所述动力电缆相平行。
[0039]所述随行电缆的总长度大于所述高塔用电梯的提升高度、但不超过300m，除一端外，其余设置在所述井道内，所述一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，与所述控制柜相连接；其另一端在所述井道内从所述轿厢的底部引入至所述轿厢，与所述轿厢上的随行电缆接口相连接；在所述高塔用电梯的运行过程中，所述随行电缆位于所述井道内的部分除了自然挠曲的两小段外，其余与所述动力电缆、所述曳引通信电缆相平行。
[0040]所述井道总线通信电缆总长度不小于所述高塔用电梯的提升高度、但不超过300m,除一端外，绝大部分垂直固定在所述井道内；所述一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，与所述控制柜内的主控制器相连接；其余在与所述高塔用电梯的各层站召唤盒相对应的高度上分出线头，所述线头与所述各层站召唤盒内的总线通信接口相连接；所述井道总线通信电缆位于井道内的部分，与所述动力电缆、所述曳引通信电缆、所述随行电缆相平行。
[0041]本发明的优点在于:[0042](I)可以使所述高塔用电梯能够在较大的井道偏摆量下安全运行，可以在地面上对其故障原因进行快速诊断，对其控制柜进行快速检修；从而可以提高所述高塔用电梯的适侯性与易维修性，防止在环境风力较大而所述塔载线路恰好需要进行检修的情况下，以及所述塔载输电线路和所述高塔用电梯的控制柜同时需要检修的情况下出现灾难性后果。
[0043](2)可以在提高所述高塔用电梯的适侯性与易维修性的前提下，将其动力电缆、曳引通信电缆、随行电缆、井道总线通信电缆的长度降至最低；可以将保证所述高塔用电梯轿厢面积所需要的井道面积降至最低；从而可以降低整个高塔工程的造价。
[0044](3)可以将所述高塔用电梯的曳引绳的长度降至最低，提高所述曳引绳的安装和调整效率。
[0045](4)在提升高度150m?280m、额定载重量450kg?700kg、额定速度1.5m/s?
2.5m/s的规格范围内，对各种规格的所述高塔用电梯普遍适用；在保证各种规格的所述高塔用电梯的适侯性与易维修性的前提下，保证其技术性能、功能和安全性全面符合中国国家标准。
【专利附图】
【附图说明】
[0046]图1是本发明的搭载大跨越输电线路的高塔用电梯最优实施例的接线示意图。
[0047]图中1、电梯机房，2、电梯井道，3、井道壁，4、控制柜，5、曳引通信电缆，6、动力电缆，7、随行电缆，8、井道总线通信电缆，9、随行电缆夹，10层站召唤盒。
【具体实施方式】
[0048]现在对本发明作进一步详细的说明。
[0049]本发明的一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法，所述高塔用电梯包括轿厢、对重、曳引机、控制柜、动力电缆、曳引通信电缆、随行电缆和井道总线通信电缆；所述高塔用电梯采用三相交流380V/50HZ动力电源，额定载重量450kg?700kg、额定速度1.5m/s?2.5m/s、提升高度150m?280m、集选控制、VVVF (变频变压调速)驱动、曳引绳曳引比为1:1 ;所述曳引机为有齿轮曳引机，带有机械减速器，由电动机驱动，安装在其井道上方的机房内；
[0050]所述控制柜包括主控制器和主变频器，安装在所述井道外的地面上；所述主变频器的输入端连接输入滤波器，输出端通过动力电缆连接所述电动机；所述电动机为交流异步电动机，其轴端连接与其同轴旋转的差分式旋转编码器；所述差分式旋转编码器和所述主变频器之间用曳引通信电缆连接，所述差分式旋转编码器的输出信号通过曳引通信电缆反馈到所述主变频器；所述主变频器控制所述电动机的过程为闭环。
[0051]所述曳引机可采用蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器和斜齿轮减速器三种类型的机械减速器。采用行星齿轮减速器和斜齿轮减速器，可以提高所述曳引机的效率，降低所述高塔用电梯的能耗。
[0052]为了防止在输入电源欠压的意外情况下动力输出不足，所述电动机采用低电压、非对称电压容差设计，额定电源为三相交流340V/50HZ，许用电压范围为3IOV?420V，额定功率比同规格普通电梯应该(既符合中国国家标准，又不造成浪费)选用的曳引电动机功率大I个规格(按曳引机厂家的产品型谱)。[0053]所述同规格普通电梯是指:其额定载重量、额定速度、曳引绳曳引比、总的层站数、提升高度、安全门数、曳引机种类、驱动方式、控制方式、主控制器与层站召唤盒之间的通信方式和连接方式均与所述高塔用电梯相同；其曳引机的效率与所述高塔用电梯曳引机的效率偏差不超过5% ;其曳引机和控制柜均安装在井道上方的电梯机房内；其曳引机与主变频器之间的布线长度不超过50m。
[0054]所述差分式旋转编码器采用直流15V输入电源，由安装在所述井道上方的机房内的直流15V稳压电源供电。
[0055]为了保证性能、节约成本，所述主变频器除了最大适用电机功率(按变频器厂家的产品型谱)达到所述电动机的额定功率、额定输出电流大于且最接近所述电动机的额定电流外，其它方面均与所述同规格普通电梯应该(既符合中国国家标准，又不造成浪费)采用的主变频器相同；所述输入滤波器的适用变频器容量范围大于所述变频器的最大适用电机容量，其额定电流大于、且最接近所述变频器的额定输入电流(按输入滤波器厂家的产品型谱)的1.2倍。
[0056]所述动力电缆采用双层屏蔽，其结构为:有三根动力芯线，以及一根接地保护芯线或者三根分散接地保护芯线，所述动力芯线和所述接地保护芯线均采用多股细绞成束的细裸铜丝导体；如果采用一根接地保护芯线，所述接地保护芯线的导体截面积与单根所述动力芯线的导体截面积相同；如果采用三根分散接地保护芯线，单根所述分散接地护芯线的导体截面积小于单根所述动力芯线的导体截面积；每根所述接地保护芯线和每根所述动力芯线均单独采用聚乙烯(PE)绝缘，所述分散接地保护芯线均布于所述动力芯线的间隙之间；所有所述动力芯线和接地保护芯线被相互绞合成缆，外面包裹一层混合PVC材料的内护套；所述内护套的外面，包裹一层铝质面朝外的铝箔屏蔽，所述铝箔屏蔽的外面，包裹一层铜丝编织的屏蔽网；所述屏蔽网的外面，包裹一层混合PVC材料的电缆外护套；
[0057]采用三根分散接地保护芯线的所述动力电缆，比采用一根接地保护芯线的所述动力电缆具有更强的抗电磁干扰能力；
[0058]所述动力电缆的结构和性能参数指标见表I和表2 ；
[0059]所述动力电缆的动力规格的选择方法为:
[0060]当所述电动机的额定功率小于9.0kff时，所选择的所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流，大于且最接近所述电动机额定电流的2.5倍；
[0061]当所述电动机的额定功率不小于9.0kff时，所选择的所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流，大于且最接近所述电动机额定电流的2.0倍。
[0062]所述曳引通信电缆的结构为:具有四根或者六根芯线，所述芯线的导体为束绞或者细绞的裸铜丝导体，采用聚乙烯绝缘；每两根所述芯线绞合成对后用铝箔屏蔽；所有所述用铝箔屏蔽的线对互相绞合成缆，外面用塑料薄膜包裹，所述塑料薄膜的外面，为一层铜丝编织屏蔽网；所述铜丝编织屏蔽网的外面，是混合PVC材料的外护套。所述曳引通信电缆的芯线规格和性能参数指标见表3 ；
[0063]所述曳引通信电缆的线对数根据所述差分式编码器的结构进行选取。
[0064]主控制器与层站召唤盒之间采用CAN总线串行通信，通过井道总线通信电缆进行连接；所述井道总线通信电缆的结构和技术性能与所述同规格普通电梯应该(使电梯的功能和性能符合中国国家标准，不造成浪费)采用的井道总线通信电缆相同，采用普通四芯双绞屏蔽电缆具有较好的经济性。
[0065]所述控制柜与所述轿厢之间设有随行电缆，所述随行电缆的结构和技术性能与所述同规格普通电梯应该(使电梯的功能和性能符合中国国家标准，不造成浪费)采用的随行电缆相同。
[0066]所述动力电缆的总长度大于所述井道(不包括机房)的总高度、但不超过300m，绝大部分垂直固定在所述井道内，其一端从贴近地面的地方穿出所述井道的井道壁，在所述井道外与所述控制柜内的主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板并伸入所述机房，与所述电动机连接。
[0067]所述曳引通信电缆的总长度大于所述井道的总高度、但不超过300m，绝大部分垂直固定在所述井道内，其一端从贴近地面的地方穿出所述井道的井道壁，在所述井道外与所述控制柜内的主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板并伸入所述机房，与所述差分式旋转编码器连接；所述曳引通信电缆位于所述井道内的部分，与所述动力电缆相平行。
[0068]所述随行电缆的总长度大于所述高塔用电梯的提升高度、但不超过300m，除一端外，其余设置在所述井道内，所述一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，与所述控制柜相连接；其另一端在所述井道内从所述轿厢的底部引入至所述轿厢，与所述轿厢上的随行电缆接口相连接；在所述高塔用电梯的运行过程中，所述随行电缆位于所述井道内的部分除了自然挠曲的两小段外，其余与所述动力电缆、所述曳引通信电缆相平行。
[0069]所述井道总线通信电缆总长度不小于所述高塔用电梯的提升高度、但不超过300m,除一端外，绝大部分垂直固定在所述井道内；所述一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，与所述控制柜内的主控制器相连接；其余在与所述高塔用电梯的各层站召唤盒相对应的高度上分出线头，所述线头与所述各层站召唤盒内的总线通信接口相连接；所述井道总线通信电缆位于井道内的部分，与所述动力电缆、所述曳引通信电缆、所述随行电缆相平行。
[0070]所述动力电缆、所述曳引通信电缆、所述随行电缆、所述井道总线通信电缆的接线方式，见图1。
[0071]以下是对本发明设计方法的实用性验证:
[0072]1、采用本发明设计方法设计的高塔用电梯的驱动控制能力，经过了地面模拟驱动控制实验的验证，所述地面模拟驱动控制实验的内容和方法为:
[0073](I)在地面上，用主变频器额定输出容量为32kVA的所述高塔用电梯的控制柜(包括主控制器、输入滤波器、主变频器、运行接触器在内)驱动额定功率为18.5kff的所述高塔用电梯的交流异步电动机，按“启动一加速一勻速一减速一停止”的顺序进行实验运行，实验过程中，用电涡流测功机对所述电动机加载，用转矩转速仪对所述电动机的转速、所承受的负载转矩进行测量；
[0074]按所述主变频器生产厂家(日本安川电机株式会社)的产品型谱，额定输出容量为32kVA的主变频器，其最大适配电机功率为18.5kW，其额定输出电流46A大于且最接近额定功率为18.5kff的所述电动机的额定电流38A ；
[0075]按曳引机厂家[吉梯机电(上海)有限公司]的产品型谱，18.5kW比额定载重量700kg、额定速度2.5m/s、具有蜗轮蜗杆曳引机的所述同规格普通电梯应该(既符合中国国家标准，又不造成浪费)选用的电动机功率15kW大I个规格。
[0076]所述主变频器的输入端连接了输入滤波器，按所述输出滤波器厂家(北京金螺钉科技发展有限公司)的产品型谱，其适用变频器容量为30kW，大于所述主变频器的最大适用电机容量18.5kW，其额定电流65A，大于、且最接近所述主变频器的额定输入电流46A的1.2倍。
[0077](2)实验时，所述控制柜的输入电源为交流三相380V/50HZ，所述电动机的转速，由所述控制柜按照额定速度2.5m/s、曳引绳曳引比为1:1的乘客电梯的设计运行曲线进行控制，其中，匀速运转的持续时间，为所述高塔用电梯按照2.5m/s额定速度连续行驶310m(约等于280m的1.1倍)所需的时间。
[0078](3)所述电动机采用低电压、非对称电压容差设计，额定电压为三相交流340V/50HZ，许用电压范围为310V?420V ;试验运行时，所述电动机承受的负载扭矩，是其额定扭矩的110%。
[0079](4)所述主变频器和所述电动机之间，用长度为300m、规格为4G16的所述动力电缆(见表2)连接，所述4G16动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流为82A，大于、且最接近所述电动机额定电流38A的2.0倍。
[0080]所述动力电缆沿地面布置，有弯曲处的曲率半径不小于1.0m。
[0081](5)所述电动机由额定输入电压为直流15V、每转脉冲数1024的差分式旋转编码器测速，所述差分式旋转编码器由15V直流电源供电，连接所述差分式旋转编码器与所述直流电源的电源线长度为6m。
[0082]所述差分式旋转编码器与所述主变频器之间用规格为3X2X0.22 (见表3)、长度为300m的所述曳引通信电缆连接；实验时，所述旋转编码器的输出信号通过所述曳引通信电缆反馈到所述主变频器，所述主变频器控制所述电动机的过程为闭环；
[0083]所述曳引通信电缆位于地面上的部分，与所述动力电缆平行布置，二者相距
0.3m ；
[0084](6)所述模拟试验共进行30次，每次间隔2分钟。
[0085]在所述地面模拟驱动控制实验中，所述电动机的噪音、振动、温升指标，符合中国国家标准对电梯曳引电动机噪音、振动、温升指标的规定；所述电动机的转速-时间运行曲线平滑，其匀速段的转速，与其能够保证额定载重量700kg、额定速度2.5m/s的所述高塔用电梯按额定速度运行的计算转速的偏离不超过±3.5%。
[0086]在所述地面模拟驱动控制实验中，所述主变频器、电动机、旋转编码器、动力电缆、曳引通信电缆等实验对象，它们各自的技术特征以及它们互相之间的关系，符合额定载重量700kg、额定速度2.5m/s、提升高度280m的所述高塔用电梯的技术特征(技术条件);所述电动机的负载扭距、加速/减速运行过程、稳速运行持续时间等实验条件，不低于额定载重量700kg、额定速度2.5m/s的所述高塔用电梯的实际运行要求。
[0087]所述地面模拟驱动控制实验的结果表明，本发明的内容能够满足曳引机安装在电梯井道上方的机房内、控制柜(包括主控制器、输入滤波器、主变频器、运行接触器等在内)安装在井道外的地面上、曳引绳曳引比1:1、提升高度不超过280m、额定载重量不超过700kg、额定速度不超过2.5m/s、控制过程为闭环的VVVF驱动的所述高塔用电梯的驱动控制的需要。[0088]2、采用本发明设计方法设计的高塔用电梯的实际运行能力经过了实施例试验验证，所述实施例试验，包括了所述高塔用电梯在真实井道内的安装、调试、运行，所述真实井道为内径1500mm的圆桶形钢井道，其上方设置了电梯机房；
[0089]所述实施例试验中的所述高塔用电梯为:
[0090](I)额定载重量500kg、额定速度1.5m/s、提升高度216m、10层/10站/10门、曳引绳曳引比为1:1、轿厢和对重各用两根导轨导向、对重设置在轿厢的后面、轿厢平面尺寸为宽度900mmX795mm、双折中分式开门、开门宽度600mm。
[0091](2)控制柜(包括主控制器、输入滤波器、主变频器、运行接触器在内)安装在所述井道外的地面上，曳引机安装在所述井道上方的机房内；
[0092](3)主控制器与层站召唤盒之间采用CAN总线串行通信；
[0093](4)曳引机具有蜗轮蜗杆减速器，由电动机驱动，所述电动机为交流异步电动机，采用低电压、非对称电压容差设计，额定电源为三相交流340V/50HZ，许用电压范围为310V?420V，额定功率9kW;按所述曳引机厂家[吉梯机电(上海)有限公司]的产品型谱，9kff比额定载重量500kg、额定速度1.5m/s的所述同规格普通电梯应该(既符合中国国家标准，又不造成浪费)选用的曳引电动机功率7.5kff大I个规格；
[0094](5)所述主变频器的额定输出容量为21kVA，按主变频器厂家(日本安川电机株式会社)的产品型谱，所述主变频器的最大适用电机功率llkw，达到所述电动机的额定功率9kff ;额定输出电流27A，大于且最接近所述电动机的额定电流20.7A ；
[0095](6)所述主变频器的输入端连接了输入滤波器，所述输入滤波器的适用变频器容量为15-22kW、额定电流50A，按所述输出滤波器厂家(上海菱川电器有限公司)的产品型谱，其适用变频器容量大于所述主变频器的最大适用电机容量llkW，其额定电流大于、且最接近所述主变频器的额定输入电流32A的1.2倍；
[0096](7)所述主变频器的输出端通过长度为300m、规格为4G6.0的所述动力电缆(技术参数见表I)连接所述电动机；所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流44A，大于、且最接近所述电动机额定电流20.7A的2.0倍；
[0097]所述动力电缆的一端从贴近地面的地方穿出所述井道壁，在井道外的地面上弯曲布置并与所述控制柜内的所述主变频器连接，弯曲部分的曲率半径不小于0.5m ;其另一端穿过所述井道的天花板伸入所述机房，与所述电动机连接；所述动力电缆位于井道内的部分为垂直固定安装；
[0098](8)所述电动机的轴端安装了与其同轴旋转、输入电源为直流15V、每转脉冲数为1024的差分式旋转编码器；所述旋转编码器由安装在所述机房内的直流15V稳压电源供电；连接所述主变频器与所述旋转编码器的电缆，是长度300m、规格为3X2X0.22的所述曳引通信电缆(技术参数见表3)；
[0099]所述曳引通信电缆的一端从贴近地面的地方穿出所述井道壁，在井道外的地面上与所述动力电缆平行布置，并与所述控制柜内的所述主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板伸入所述机房，与所述旋转编码器连接；
[0100]所述曳引通信电缆，位于所述井道外地面上的部分，与所述动力电缆的平行间距为0.3m ;位于井道内的部分为垂直安装，与所述动力电缆相平行，二者间距小于1.2m ；
[0101]所述主变频器控制所述电动机的过程为闭环；[0102](9)随行电缆，与额定载重量500kg、额定速度1.5m/s、10层/10站、提升高度216m的所述同规格普通电梯应该(使电梯的功能和性能符合中国国家标准，但不造成浪费)采用的随行电缆相同，为TVVB (G)型电梯用随行控制扁形电缆，40芯、带承力钢丝芯绳；
[0103]所述随行电缆长度300m，一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，在井道外的地面上与所述动力电缆、所述曳引通信电缆平行布置，并与所述控制柜上的随行电缆接口相连接；其另一端在所述井道内从所述高塔用电梯的轿厢底部引入至轿厢，与所述轿厢上的随行电缆接口相连接；
[0104]所述随行电缆在所述井道内的下半段垂直固定在所述高塔用电梯的导轨支架上，上半段因自重和弯曲特性而自然悬垂、挠曲；所述随行电缆在所述井道内的部分除了自然挠曲的两小段外，其余与所述动力电缆、所述曳引通信电缆相平行，平行间距均不大于1.2m ;所述随行电缆在所述井道外地面上的部分，与所述动力电缆、所述曳引通信电缆的平行间距分别为0.3m、0.6m ；
[0105](10)井道总线通信电缆，与额定载重量500kg、额定速度1.5m/s、10层/10站、提升高度216m的所述同规格普通电梯应该(使电梯的功能和性能符合中国国家标准，不造成浪费)采用的井道总线通信电缆相同，为RWP型聚氯乙烯护套屏蔽软电缆(四芯)；
[0106]所述井道总线通信电缆的长度300m，一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，在井道外的地面上与所述动力电缆、所述曳引通信电缆、所述随行电缆平行布置，线头与所述控制柜内的井道通信电缆接口相连接；其余被垂直固定在所述高塔用电梯的井道内，在与所述高塔用电梯的各层站召唤盒相对应的高度上分出线头，所述线头与所述各层站召唤盒内的总线通信接口相连接；
[0107]所述井道总线通信电缆位于井道内的部分，与所述动力电缆、所述曳引通信电缆、所述随行电缆的间距均小于1.2m ;所述井道通信电缆位于所述井道外地面上的部分，与所述随行电缆、所述动力电缆、所述曳引通信电缆的间距分别是0.3m、0.6m、0.9m。
[0108]所述实施例试验的试验内容与方法，与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》规定的检验内容、要求与方法相符；试验结果表明，所述实施例中的所述高塔电梯的运行性能符合GB/T10058-2009《电梯技术条件》的规定。
[0109]所述实施例试验的结果表明，本发明的内容能够满足曳引机安装在电梯井道上方的机房内、控制柜(包括主控制器、输入滤波器、主变频器、运行接触器等在内)安装在井道外的地面上、曳引绳曳引比1:1、提升高度不小于280m (由所述四种电缆的长度均为300m推定)、控制过程为闭环的VVVF驱动的所述高塔用电梯的设计需要，能够保证所述高塔用电梯的运行性能。
[0110]本发明包括了提升高度150m?280m、额定载重量450kg?700kg、额定速度1.5m/s?2.5m/s范围内的、各种规格的、曳引机安装在井道上方的机房内、控制柜安装在井道外的地面上、所述主变频器控制所述电动机的过程为闭环的、VVVF (变频变压调速)驱动的高塔用电梯；对所述范围内的各种规格的所述高塔用电梯的设计普遍适用。
[0111]本发明适用的所述范围，是中国国内超高压/特高压输电线工程实际需要的所述高塔用电梯的规格范围；本发明所包括的所述高塔用电梯，全部是适于中国国内搭载超高压/特高压大跨越输电线路的高塔采用的，其技术条件、安全性与现有的电梯技术标准和法规无冲突；其布置方式与结构特征，可以在获得与其它布置方式、其它不同结构的电梯相同的运输效能以及易维修性的前提下，使整个所述高塔的工程总造价明显降低，并且使所述高塔用电梯的安装、调试、维修效率大大提高。
[0112]表1四芯线动力电缆的规格与性能参数
[0113]
【权利要求】
1.一种搭载大跨越输电线路的高塔用电梯的设计方法，其特征在于:所述高塔用电梯包括轿厢、对重、曳引机、控制柜、动力电缆、曳引通信电缆、随行电缆和井道总线通信电缆； 所述高塔用电梯采用三相交流380V/50HZ动力电源，额定载重量450kg~700kg、额定速度1.5m/s~2.5m/s、提升高度150m~280m、集选控制、VVVF驱动、曳引绳曳引比为I:1 ； 所述曳引机采用有齿轮曳引机，带有机械减速器，由电动机驱动，曳引机安装在井道上方的机房内； 所述控制柜包括主控制器和主变频器，安装在所述井道外的地面上；所述主变频器的输入端连接输入滤波器，输出端通过动力电缆连接所述电动机；所述电动机为交流异步电动机，其轴端连接与其同轴旋转的差分式旋转编码器；所述旋转编码器和所述主变频器之间通过曳引通信电缆连接，所述旋转编码器的输出信号通过曳引通信电缆反馈到所述主变频器。
2.如权利要求1 所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于: 所述曳引机所采用的机械减速器，其种类为蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器或斜齿轮减速器； 所述电动机采用低电压、非对称电压容差设计，额定电源为三相交流340V/50Hz，许用电压范围为310V~420V，额定功率比同规格普通电梯应该选用的曳引电动机功率大I个规格，所述规格是按曳引机厂家的产品型谱所定的规格； 所述同规格普通电梯是指:其额定载重量、额定速度、曳引绳曳引比、总的层站数、提升高度、安全门数、曳引机种类、驱动方式、控制方式、主控制器与层站召唤盒之间的通信方式和连接方式均与所述高塔用电梯相同；其曳引机的效率与所述高塔用电梯曳引机的效率偏差不超过5%;其曳引机和控制柜均安装在井道上方的电梯机房内；其曳引电动机、旋转编码器与主变频器之间的布线长度均不超过50m。
3.如权利要求1所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于:所述旋转编码器的输入电源为直流15V，由安装在所述井道上方的机房内的直流15V稳压电源供电。
4.如权利要求1所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于: 所述主变频器除了最大适用电机功率达到所述电动机的额定功率、额定输出电流大于且最接近所述电动机的额定电流外，其它方面均与所述同规格普通电梯应该采用的主变频器相同； 所述输入滤波器的适用变频器容量范围大于所述变频器的最大适用电机容量，其额定电流大于且最接近所述变频器的额定输入电流的1.2倍。
5.如权利要求1所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于: 所采用的所述动力电缆采用双层屏蔽，其结构为:有三根动力芯线，以及一根接地保护芯线或者三根分散接地保护芯线，所述动力芯线和所述接地保护芯线均采用多股细绞成束的细裸铜丝导体；如果采用一根接地保护芯线，所述接地保护芯线的导体截面积与单根所述动力芯线的导体截面积相同；如果采用三根分散接地保护芯线，单根所述分散接地保护芯线的导体截面积小于单根所述动力芯线的导体截面积；每根所述接地保护芯线和每根所述动力芯线均单独采用聚乙烯绝缘，所述分散接地保护芯线均布于所述动力芯线的间隙之间；所有所述动力芯线和接地保护芯线被相互绞合成缆，外面包裹一层混合PVC材料的内护套；所述内护套的外面，包裹一层铝质面朝外的铝箔屏蔽，所述铝箔屏蔽的外面，包裹一层铜丝编织的屏蔽网；所述屏蔽网的外面，包裹一层混合PVC材料的电缆外护套； 所述动力电缆的选择方法为: 当所述电动机的额定功率小于9.0kff时，所选择的所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流，大于且最接近所述电动机额定电流的2.5倍； 当所述电动机的额定功率不小于9.0kff时，所选择的所述动力电缆在环境温度30°C时的单根芯线许用电流，大于且最接近所述电动机额定电流的2.0倍。
6.如权利要求1所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于: 所采用的所述曳引通信电缆的结构为:具有四根或者六根芯线，所述芯线的导体为束绞或者细绞的裸铜丝导体，采用聚乙烯绝缘；每两根所述芯线绞合成对，用铝箔屏蔽；所有所述用铝箔屏蔽的线对互相绞合成缆，外面用塑料薄膜包裹，所述塑料薄膜的外面，为一层铜丝编织屏蔽网；所述铜丝编织屏蔽网的外面，是混合PVC材料的外护套； 所述曳引通信电缆的线对数，根据所述编码器对线对数的要求进行选取。
7.如权利要求1所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于:主控制器与层站召唤盒之间采用CAN总线串行通信，通过井道总线通信电缆进行连接；所采用的所述井道总线通信电缆的结构和技术性能，与所述同规格普通电梯应该采用的井道总线通信电缆相同。
8.如权利要求1或7所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于:所述控制柜与所述轿厢之间设有随行电缆，所采用的所述随行电缆的结构和技术性能与所述同规格普通电梯应该采用的随行电缆相同。`
9.如权利要求1或7所述的高塔用电梯的设计方法，其特征在于: 所述动力电缆的总长度大于所述井道的总高度、但不超过300m，绝大部分垂直固定在所述井道内，其一端从贴近地面的地方穿出所述井道的井道壁，在所述井道外与所述控制柜内的主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板并伸入所述机房，与所述电动机连接; 所述曳引通信电缆的总长度大于所述井道的总高度、但不超过300m，绝大部分垂直固定在所述井道内，其一端从贴近地面的地方穿出所述井道的井道壁，在所述井道外与所述控制柜内的所述主变频器连接；其另一端穿过所述井道的天花板并伸入所述机房，与所述差分式旋转编码器连接；所述曳引通信电缆位于所述井道内的部分，与所述动力电缆相平行； 所述井道的总高度不包括机房的高度； 所述随行电缆的总长度大于所述高塔用电梯的提升高度、但不超过300m，除一端外，其余设置在所述井道内，所述一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，与所述控制柜相连接；其另一端在所述井道内从所述轿厢的底部引入至所述轿厢，与所述轿厢上的随行电缆接口相连接；在所述高塔用电梯的运行过程中，所述随行电缆位于所述井道内的部分除了自然挠曲的两小段外，其余与所述动力电缆、所述曳引通信电缆相平行； 所述井道总线通信电缆总长度不小于所述高塔用电梯的提升高度、但不超过300m，除一端外，绝大部分垂直固定在所述井道内；所述一端在贴近地面的地方从所述井道内穿出，与所述控制柜内的所述主控制器相连接；其余在与所述高塔用电梯的各层站召唤盒相对应的高度上分出线头，所述线头与所述各层站召唤盒内的总线通信接口相连接；所述井道总线通信电缆位于井道内的部分，与所述动力电缆、所述曳引通信电缆、所述随行电缆相平行。`
【文档编号】B66B5/00GK103863922SQ201410129390
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】舒解雄, 于利武, 吴钟祥 申请人:常州电梯厂有限公司