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交流变压变频调速电梯动力回路的配电设计探讨 交流电梯的功率因数是多少？属于什么工作制？如何进行电流计算？断路器如何选择？本文将为你一一解答，若时间充分，请耐心阅读全文，若无时间，可直接跳转至文末结论。 一、引言 近年来随着变频技术的发展进步，建筑设计中常见的住宅电梯，商用电梯、医用电梯等都已经是采用的交流变压变频调速（VVVF）系统，这与以前的交流双速电梯、交流调压调速电梯有很大区别，VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。由于其优越的调速性能、显著的节能效果，在很多应用场合已成为现在电梯市场的主流。
二、常见设计做法 以常见的一类高层住宅的电梯为例，其主要参数为提升高度120m/载重1050kg/人数14人/运行速度2.5m/s，根据电梯资料可知（建筑专业提供或电梯厂家提供）其用用电功率P=20.4kW。
20.4kW包含了电梯的曳引电动机功率PN=20kW（后面计算会用到）、门机功率、控制系统用电等其他附属设备用电功率0.4kW（后面计算会用到），不包含轿厢照明、井道照明、机房通风等用电功率、也不包含轿厢空调功率和机房降温用的挂机空调功率。
加上机房空调、照明等用电，电梯配电箱的总功率取约22kW;计算电流 Ij=22*1/(1.732*0.38*0.55)=60.8A； 双电源开关按回路计算电流的125%选择为80A规格。 从电梯配电箱到电梯厂家控制箱的馈线回路就直接选择了63A开关和16平方的YJV电缆，且电梯控制箱动力馈线回路并未做电流计算。此做法设计上应该是安全可靠的，但实际计算是否如此？
三、相关计算 1、交流电梯的功率因数是否按《工业与民用共配电设计手册》（以下简称《配四》）P13表1.4-3中的0.5～0.6？ 依据GB∕T 12974.2-2014 《交流电梯电动机通用技术条件第2部分：永磁同步电动机》： ▲目前永磁同步电动机是市场上主流配置
由于永磁同步电动机一些列的优点，比如结构优越,转子上使用了永磁体，无励磁损耗，无电刷和滑环之间的磨擦损耗和接触电损耗；功率因素高。 永磁电机在正常运转时，转子转速和定子磁场转速一致，转子鼠笼条上没有电流，定子上感应电流减小，因此功率因数高，具有较宽的经济运行范围：永磁同步电机负载发生变化，功率因素一样可以在0.9以上。现在永磁同步电动机在交流电梯中已得到全面的应用。 另外变频调速系统通过改善其功率因数可以达到0.9~0.95以上。 故本文按厂家提供的0.85的功率因数进行计算，对《配四》P13表1.4-3中的0.5~0.6的功率因数存在疑问。 2、交流电梯的电机工作制是短时工作制吗？ 依据GB∕T12974-2012《交流电梯电动机通用技术条件》： ▲电动机为断续周期工作制（S5） ▲某商业大厦电梯电动机铭牌，可见其定额为S5 ▲《配四》P1070中可见S5是断续周期工作制
▲《配四》P4关于交流电梯用电动机属于短时工作制
可见交流变频电梯的电动机定额是S5，是断续周期工作制，《配四》中说交流电梯用电动机是短时工作制是不准确的。 3、交流电梯的计算电流如何计算？
依据GB50055-2011《通用用电设备配电设计规范》3.3.4的要求： 3.3.4 电梯或自动扶梯的供电导线应根据电动机铭牌额定电流及其相应的工作制确定，并应符合下列规定： 1 单台交流电梯供电导线的连续工作载流量应大于其铭牌连续工作制额定电流的140％或铭牌0.5h或1h工作制额定电流的90％。 依据《工业与民用供配电设计手册》第四版： ▲《配四》P1146关于单台电梯的计算电流取值 ▲《配四》P4关于周期工作制的统一负载持续率的有功功率计算 因此电梯导线的连续工作载流量应按大于其铭牌连续工作制额定电流的140％及其附属电器电流之和计算。一般住宅电梯负载持续率40%，60%居多，商业电梯负载持续率一般为70%。不同的负载持续率对应不同的设备功率换算，换算之后得到一个假想的等同于连续工作制下的持续性负荷，其热效应与实际变动负荷所产生的最大热效应是相等的。 依据《配四》1.2-1的公式，按60%负载持续率时换算到连续工作制下： 依据GB∕T12974.2-2014 交流电梯电动机通用技术条件第2部分：永磁同步电动机的表1： 可知永磁同步电动机按效率约η1=0.86（实际效率可能更高），变频效率约按η2=0.95，则曳引提升传动部分在电梯控制箱前端系统输入功率为： Pjs=Pe/η1/η2=15.5/0.86/0.95=18.97kW， 系统输入电流则约为 Ijs=18.97/(1.732*0.38*0.85)=33.9A， 附属电器电流Ifs约为400/220/0.85=2.14A， 因此要求导线连续载流量 Iz＞1.4Ijs+Ifs=1.4*33.9+2.14=49.6A。 可选择电梯动力电源回路断路器可选用50A规格，再选用匹配的导线即可满足要求。此开关可选用3200型塑壳不用带过负荷保护。
▲配四中短时工作或断续周期工作的电动机，可不装设过负荷保护
▲配四中明确可以直接采用厂家数据选用开关和导线
由于电梯运行过程一直是在变频控制之下，其运行电流值并不是一个固定不变的某个具体数值，为满足电梯配电要求厂家一般只会给出所需要提供的电源开关和导线规格，而不会提供一系列数据。
四、电梯产品分析 根据产品说明书和《配四》电梯数据表可知，电梯（载重1050kg/人数14人/运行速度2.5m/s）的电源断路器规格为50A时候，主电源线采用的是25平方BV线。
▲此表为《配四》表12.3-3，此处相对于《配三》放大了一级
▲此表为为奥的斯Gen2Comfot技术参数表
▲此表为为日立MCA电梯参数表
▲此表为LEHY-III三菱技术参数表
经过咨询电梯厂家，由于电梯属于特种设备，安全可靠性至关重要，建议导线加大一级截面。
根据后面导线校验可知却还能缩小截面等级，因此实际上设计中按正常导线与开关的匹配设计，使用并无问题。 五、导线校验 根据《配四》要求：
电梯电动机是断续周期工作制，工作周期无论是取5min，还是10min情况下，校验导线断续工作制下的载流量都大于正常连续负载载流量，具体内容详见配四表12.8-2和表12.8-6。
但是这是否意味着可以按此表降低导线截面等级去选择电源导线？实际上这是不可取的，因为还涉及到导线热稳定、压降和灵敏度校验，而且降低截面选取导线是与电梯厂家的导线要求相违背的。 六、结论 ① 《配四》提供交流电梯功率因数0.5～0.6存在疑问，并不适合当下的大部分电梯； ② 《配四》中关于交流电梯的电机工作制是短时工作制并不准确； ③ 现在常见的交流变压变频调速电梯动力回路开关导线选取与实际计算有一定偏差，多数都是放大了一级，从使用角度来看是安全可靠的，但是从设计角度来说不是很精准，或可以按照电梯厂家的指导说明书中的参数要求来进行设计； ④ 电梯配电箱到电梯厂家控制箱的馈线回路可选用单磁型断路器，且应具有隔离功能。 |
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