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摘要：电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，其安全运行一直备受关注。电梯的安全运行靠的是由一系列的安全机械部件及其相应的电气安全开关实现的。当电梯发生各种意外情况时能保证机器能快速反应实现机械电气联动安全保护。而电气方面保护主要是由电梯的安全回路来保障。经调查表明电梯发生的故障中50%以上发生在安全回路上。所以其重要性一直备受关注。
关键词：电梯；安全回路；电压负反馈
1第一款电梯安全回路特点
电梯用得最多最常见的一种安全回路（如图1）。从图可以看出安全回路是由各种安全开关串联组成的。其中包括静态开关组和动态开关组。静态开关组与动态开关组也是串联的由同一个供电电源进行供电。其中静态开关组主要包括各种检测开关如：上下极限开关，机房急停开关，限速器开关，底坑急停开关，轿顶急停开关，轿厢急停开关；这类开关在正常的使用过程中是闭合的。只有当紧急情况下此类开关才动作以保障轿厢内人员安全。而动态开关组包括：轿门锁开关，厅门锁开关。此类开关在正常运行时既要频繁通断又要在紧急情况时能及时断开保证安全。而在安全回路的末端是驱动电梯的运行接触器。保证此接触器动作的可靠性至关重要。
图1第一款电梯安全回路接线图
2第一款安全回路的分析
第一，电梯静态开关组广泛分布于从机房到井道到底坑甚至还有轿厢，整个回路较长；再加上动态回路，和楼层高度的增加。一个完整的电梯安全回路往往有几十或者上百甚至几百米的长度。
众所周知，电流流经传输导线时会产生电压降，而传输导线上的电压降常常被忽视。如果回路需要经过150米导线向运行接触器供电，接触器所需电流为1A。按照“线径电流对照表”，一般选择0.75mm2线径的导线
但是，根据导线截面积设计式 S=IL/（54.4U）（式中S-导线设计的截面积。I导线通过的最大电流。U-导线允许的压降。L导线长度）可以知道，长度150m、线径0.75mm2的导线上流过4A电流时，会产生4.90V的电压降这意味着从电源输出的DC48V电压到达导线末端的运行接触器时只有DC43.09V。再加上温度因素，冬天导线的电阻率也会随着温度的下降导致线路总回路电阻增大，回路末端的压降更明显。（图1.a）所示为国外研究机构对直径1mm2的导线线长与压降关系曲线）这对于普通接触器来说这是无法承受的。
图1.a：国外研究机构对直径1mm2的导线线长与压降关系曲线
第二，电梯的安全回路开关有一部分是动态开关组，开关经常闭合和断开。触点非常容易氧化打火花。尤其这类动态开关都在轿厅门联动的门机械组件上。而厅轿门联动在开关接触到位时动作会放慢速度，而开关接触得越慢其开关打火花的程度就越厉害。所以使用时间越长动态开关的触点的电阻越大。导致总安全回路的总电阻会进一步增大。以上因素造成实际测量的安全会路末端电压只有DC39-40V。
根据低压开关设备和控制设备国标GB14048.1-2006中，第4.5.1节所规定：控制电源电压值不应小于额定控制电源电压的85%，那么接触器最小吸合电压不低于额定电压的0.85倍，接触器在低于此值的情况下工作将无法吸合造成故障。
上述这些因素产生的电压降都能造成电梯故障，存在较大的安全隐患。基于第一款电梯安全回路有上述特点。为提高运行接触器动作的可靠性，厂家一般都使用安全继电器作为运行接触器辅助触点。或者增加安全回路的线径解决上述问题。
2.1、第二款电梯安全回路的特点
图2：第二款安全回路
该款安全回的电源使用双路输入DC24V电源以确保安全回路供电的可靠性。当其中一路电源失效时保证电梯的运行中不会突然中断导致故障。另外，该款安全回路引入了电压负反馈。以稳定安全回路末端的电压，保证电梯运行接触器可靠工作。其负反馈回路等效电路如下图2.a。
图2.a电压负反馈回路
2.2、第二款电梯安全回路分析
2.2.1电压负反馈调整安全回路电源VSK电压
图4中R1为安全回路线路总电阻（安全开关触点、电缆线路、各插件的总电阻），R2为运行接触器的等效电阻。安全回路末端取样电压Uf被反馈到内部电源VSK的输入端，VSK通过比较 Uf的大小进一步调整电源VSK的输出电压Uo。
Uo=VSK-Uf Uf=UA=UR2（1-1）
当Uf减少，Uo增加。当Uf增加，Uo减少。即安全回路输出电压Uo跟据末端电压UR2的变化而调整，整个安全回路是一个带电压负反馈的闭环控制系统。取样 电压Uf=UR2，根据电路原理可知其采样电流很小，可忽略不计，那么图4 可等效为图5
图2.b
根据基尔霍夫定律：对于任一节点，所有流出结点的支路电流的代数和等于零。沿一回路，所有支路电压的代数和等于零。图5中，VSK、R1、R2组成一个闭合回路，那么有：
-Uo+UR1+UR2=0 UR2=UAB=Uo-UR1（1-2）
根据式1-2可知，当安全回路线路总电阻受到客观条件的影响而增大时，两端压降UR1随之增大。UR2有下降的趋势。此时电压负反馈系统使Uo增大，阻止安
全回路末端电压UR2下降并保持在24V不变。
2.2.2 电压负反馈使安回路总电阻减少
跟据电压负反馈控制原理：输出电阻减少到原来的+倍，电压负反馈系统使安全回路线路总电阻R1减少到R1i，即：
（1-3）
式1-3中：是控制系统的开环增益，反馈网络的反馈系数。因此，R1i是一很少的值，对安全回路影响可忽略不计，提高安全回路的稳定性。
2.2.3 电压负反馈使安全回路末端电压稳定
图2.b中，从端口AB向左看，整个安全回路可等效成由一个带负反馈的可变电源Uo和内阻R1i串联的电压源，且端口电压UAB恒等于24V的两端口网络，见图2.1C。
图2.c 图2.d
由替代定理可知：给定的线性电阻电路，其中第k支路的电压Uk和电流Ik为已知，那么此支路就可以用一个电压等于Uk的电压源Us或一个电流等于Ik的电流Is替代。
在图2.c中，Uo与R1i串联的支路可看成替代定理中的k支路，端口AB电压UAB=Uk=24V。那么Uo和内阻R1i串联的支路可以用电压源Us替代，即Us=Uk=24V且直接与电阻R2并联，图2.c等效成图2.d。当电梯运行时，稳定的24V电压直接加在RSK、RSK1继电器两端，使继电器工作稳定性大大提高了。
实验证明，安全回路线路总电阻R1在很大范围变化时，安全回路末端电压UR2在电压负反馈的作用下保持24V恒定，见表1
表1
综合上述，安全回路采用电压负反馈的闭环控制方式时，安全回路末端电压稳定运行接触器的额定电压值，减少了总电阻对安全回路的影响，大大提高了安全回路工作稳定性。
使用引入电压负反馈作为安全回路的电梯厂家，可以在不增加安全回路线径的情况下既保证电梯的安全运行，又节省了成本很值得推广。
参考文献：
[1]邱关源 《电路》 高等教育出版社（第四版）
[2]董 平 《电子电路原理》 机械工业出版社
[3]国 标 《低压开关设备和控制设备》GB14048.1-2006
关键词：电梯；安全回路；电压负反馈
1第一款电梯安全回路特点
电梯用得最多最常见的一种安全回路（如图1）。从图可以看出安全回路是由各种安全开关串联组成的。其中包括静态开关组和动态开关组。静态开关组与动态开关组也是串联的由同一个供电电源进行供电。其中静态开关组主要包括各种检测开关如：上下极限开关，机房急停开关，限速器开关，底坑急停开关，轿顶急停开关，轿厢急停开关；这类开关在正常的使用过程中是闭合的。只有当紧急情况下此类开关才动作以保障轿厢内人员安全。而动态开关组包括：轿门锁开关，厅门锁开关。此类开关在正常运行时既要频繁通断又要在紧急情况时能及时断开保证安全。而在安全回路的末端是驱动电梯的运行接触器。保证此接触器动作的可靠性至关重要。
图1第一款电梯安全回路接线图
2第一款安全回路的分析
第一，电梯静态开关组广泛分布于从机房到井道到底坑甚至还有轿厢，整个回路较长；再加上动态回路，和楼层高度的增加。一个完整的电梯安全回路往往有几十或者上百甚至几百米的长度。
众所周知，电流流经传输导线时会产生电压降，而传输导线上的电压降常常被忽视。如果回路需要经过150米导线向运行接触器供电，接触器所需电流为1A。按照“线径电流对照表”，一般选择0.75mm2线径的导线
但是，根据导线截面积设计式 S=IL/（54.4U）（式中S-导线设计的截面积。I导线通过的最大电流。U-导线允许的压降。L导线长度）可以知道，长度150m、线径0.75mm2的导线上流过4A电流时，会产生4.90V的电压降这意味着从电源输出的DC48V电压到达导线末端的运行接触器时只有DC43.09V。再加上温度因素，冬天导线的电阻率也会随着温度的下降导致线路总回路电阻增大，回路末端的压降更明显。（图1.a）所示为国外研究机构对直径1mm2的导线线长与压降关系曲线）这对于普通接触器来说这是无法承受的。
图1.a：国外研究机构对直径1mm2的导线线长与压降关系曲线
第二，电梯的安全回路开关有一部分是动态开关组，开关经常闭合和断开。触点非常容易氧化打火花。尤其这类动态开关都在轿厅门联动的门机械组件上。而厅轿门联动在开关接触到位时动作会放慢速度，而开关接触得越慢其开关打火花的程度就越厉害。所以使用时间越长动态开关的触点的电阻越大。导致总安全回路的总电阻会进一步增大。以上因素造成实际测量的安全会路末端电压只有DC39-40V。
根据低压开关设备和控制设备国标GB14048.1-2006中，第4.5.1节所规定：控制电源电压值不应小于额定控制电源电压的85%，那么接触器最小吸合电压不低于额定电压的0.85倍，接触器在低于此值的情况下工作将无法吸合造成故障。
上述这些因素产生的电压降都能造成电梯故障，存在较大的安全隐患。基于第一款电梯安全回路有上述特点。为提高运行接触器动作的可靠性，厂家一般都使用安全继电器作为运行接触器辅助触点。或者增加安全回路的线径解决上述问题。
2.1、第二款电梯安全回路的特点
图2：第二款安全回路
该款安全回的电源使用双路输入DC24V电源以确保安全回路供电的可靠性。当其中一路电源失效时保证电梯的运行中不会突然中断导致故障。另外，该款安全回路引入了电压负反馈。以稳定安全回路末端的电压，保证电梯运行接触器可靠工作。其负反馈回路等效电路如下图2.a。
图2.a电压负反馈回路
2.2、第二款电梯安全回路分析
2.2.1电压负反馈调整安全回路电源VSK电压
图4中R1为安全回路线路总电阻（安全开关触点、电缆线路、各插件的总电阻），R2为运行接触器的等效电阻。安全回路末端取样电压Uf被反馈到内部电源VSK的输入端，VSK通过比较 Uf的大小进一步调整电源VSK的输出电压Uo。
Uo=VSK-Uf Uf=UA=UR2（1-1）
当Uf减少，Uo增加。当Uf增加，Uo减少。即安全回路输出电压Uo跟据末端电压UR2的变化而调整，整个安全回路是一个带电压负反馈的闭环控制系统。取样 电压Uf=UR2，根据电路原理可知其采样电流很小，可忽略不计，那么图4 可等效为图5
图2.b
根据基尔霍夫定律：对于任一节点，所有流出结点的支路电流的代数和等于零。沿一回路，所有支路电压的代数和等于零。图5中，VSK、R1、R2组成一个闭合回路，那么有：
-Uo+UR1+UR2=0 UR2=UAB=Uo-UR1（1-2）
根据式1-2可知，当安全回路线路总电阻受到客观条件的影响而增大时，两端压降UR1随之增大。UR2有下降的趋势。此时电压负反馈系统使Uo增大，阻止安
全回路末端电压UR2下降并保持在24V不变。
2.2.2 电压负反馈使安回路总电阻减少
跟据电压负反馈控制原理：输出电阻减少到原来的+倍，电压负反馈系统使安全回路线路总电阻R1减少到R1i，即：
（1-3）
式1-3中：是控制系统的开环增益，反馈网络的反馈系数。因此，R1i是一很少的值，对安全回路影响可忽略不计，提高安全回路的稳定性。
2.2.3 电压负反馈使安全回路末端电压稳定
图2.b中，从端口AB向左看，整个安全回路可等效成由一个带负反馈的可变电源Uo和内阻R1i串联的电压源，且端口电压UAB恒等于24V的两端口网络，见图2.1C。
图2.c 图2.d
由替代定理可知：给定的线性电阻电路，其中第k支路的电压Uk和电流Ik为已知，那么此支路就可以用一个电压等于Uk的电压源Us或一个电流等于Ik的电流Is替代。
在图2.c中，Uo与R1i串联的支路可看成替代定理中的k支路，端口AB电压UAB=Uk=24V。那么Uo和内阻R1i串联的支路可以用电压源Us替代，即Us=Uk=24V且直接与电阻R2并联，图2.c等效成图2.d。当电梯运行时，稳定的24V电压直接加在RSK、RSK1继电器两端，使继电器工作稳定性大大提高了。
实验证明，安全回路线路总电阻R1在很大范围变化时，安全回路末端电压UR2在电压负反馈的作用下保持24V恒定，见表1
表1
综合上述，安全回路采用电压负反馈的闭环控制方式时，安全回路末端电压稳定运行接触器的额定电压值，减少了总电阻对安全回路的影响，大大提高了安全回路工作稳定性。
使用引入电压负反馈作为安全回路的电梯厂家，可以在不增加安全回路线径的情况下既保证电梯的安全运行，又节省了成本很值得推广。
参考文献：
[1]邱关源 《电路》 高等教育出版社（第四版）
[2]董 平 《电子电路原理》 机械工业出版社
[3]国 标 《低压开关设备和控制设备》GB14048.1-2006