摘要：超高速电梯做为现代高层建筑，特别是超高层建筑中必不可少的运输工具，它的安全、舒适、可靠、节能运行是现代超高层建筑的重要技术指标。所以，超高速电梯发展中存在的问题与研究方向受到广泛关注。针对超高速电梯速度、容量等问题，叙述了其国内外现状，根据超高速电梯运行质量的要求，讨论了超高速电梯在设备与控制方面存在的问题，提出了相应的对策，并对超高速电梯的研究方向做了展望。
关键词：超高层建筑；超高速电梯；安全性；舒适性；控制；策略
引言
当今社会不断变化，越来越多的人向现代化大都市集聚。这就意味着需要不断更新现代化运输工具。随着高层建筑的大量涌现，人们对电梯速度提出了更高的要求，超高速电梯的发展成为大势所趋。超高速电梯在高层建筑中的运用更能体现其作用。超高速电梯的使用频率越高，需要注意的问题就越多。因此，超高速电梯的性能、质量应得到更好的保障。
1、超高速电梯应用的意义
随着社会经济的发展，城市化进程的不断加快，城市化人口分布也越来越密集，越来越多的高层、超高层的摩天大厦和地标性建筑也如雨后春笋一般涌现。而作为高层建筑中必不可少的电梯在这些高层建筑物中不仅占用的面积小，还能通过电气等控制方式将乘客或货物安全、合理、有效地运送到不同的楼层，深受人们的喜爱。但是随着时代的发展和技术的进步，电梯的速度和容量已经无法满足人们对电梯性能的要求，超高速电梯的出现则有效解决了普通电梯所存在的速度和容量不足问题，能够带给人们更为舒适的标准要求，为人们的生活品质提升提供了有效路径，对于高层建筑的通行需要提供了更好的优化条件。
2、超高速电梯的关键技术
2.1 新型驱动电机技术的分析及应用
超高速电梯由于速度快运行楼层比较高，所以对于驱动电机的要求会相对严格一些。因此现在超高速电梯使用新型驱动电机。其在使用中可以达到节能、节省空间、降低振动以及减少噪音污染的效果。相对于早期人们普遍使用采用直流发电的电梯驱动电机，这样的发电机会更符合现代人们生活的需要，因为早期的采用直流发电的驱动电机不仅消耗能源，而且振动频率高，造成的噪音较大。永磁式同步电动机就是新型驱动电机的一个例子。永磁式同步电动机，是一种利用永磁体建立励磁磁场的小功率同步电动机。其拥有体积小、重量轻、损失耗能量低，工作效率高以及产生噪音小，在重载情况下可以快速启动的特征，在超高速电梯的使用中得到了快速的发展。另外，永磁式同步电动机的矢量控制系统能够达到高精度、高性能的效果，再加上永磁式同步电动机的研究与开发经验的日趋成熟，使得其向高功能化、微型化以及高效率方向发展。
2.2 带能量反馈技术驱动主机的开发及应用
带能量反馈技术驱动主机，意思也就是通过电梯自身发电与制动在正常工作运行过程中，产生的势能与动能转换为电能的形式反馈到电网中，从而来实现电梯中的能量反馈。这一项技术是在永磁式同步电动机在电梯行业的又一项重大突破。其工作原理也是很容易理解的，当电梯上升的时候负载较轻或者较快地制动时，电梯的驱动处于发电状态。处于此状态是由于电梯系统的配重，处于这个状态可以同时连接高频磁芯扼流电抗器来吸收直流母线电压与电网线电压之间的电压差值，借此来削减对电网电压的影响。随着能量的释放，直流母线的电压恢复到原始的设定值，电路会停止工作。当反向传输能量的时候，电机产生的机械能将会在变频器的滤波电容上累积，让泵升压，变频器上的滤波因为泵升压，使得直流母线的电压升高，产生电流，达到将机械能状态变成电能的效果，实现机械能转换为电能的能量反馈。
2.3 安全钳最佳材料的研究及应用
因为超高速电梯的运行速度很快，所以在超高速电梯发生速度失控时会对电梯的乘客或维保人员产生身体伤害，以及增加对设备的损坏程度。那么当电梯速度达到一定的速度时会触及安全钳，但是传统的安全钳材质会因为与轨道严重摩擦产生的热量而被融化，导致安全钳的功效失效，造成严重的人员和物力损失。国外在超高速电梯的研究与开发中，他们普遍采用耐高温、耐摩擦的复合型陶瓷材料。超高速电梯使用的陶瓷材料和航空用的复合陶瓷材料会因为使用的环境不同达到的效果也不同。那么陶瓷材料的安全钳在使用过程中，会在很大程度上减少与导轨的摩擦程度，使得导轨变形程度得以有效控制，拥有很强的抗撞击性能。但是如果在强烈撞击的情况下，会导致陶瓷材料的破碎，使得安全钳难以实现其作用，导致严重的后果。由此可见，开发出具有抗撞击性能与钢铁特性的材料，是值得开发的课题。
2.4 电梯运行减振技术
电梯运行会产生震动是由多个因素造成的，比如导轨的质量以及动态的实时控制等。那么电梯运行减振的方法有采用电磁或者磁悬浮式的动态控制导靴与自学习功能的导靴。其中电磁或者磁悬浮式的动态控制导靴的减振方法其减振效果优于只能通过被动地依附导轮弹簧来达到减振的效果。自学习功能的导靴是可以通过记录导轨每一次的实际运行振动，自主地为运行设定补偿值，大幅度地减少振动幅度。
2.5 轿厢内气压控制技术
轿厢内气压的控制是非常重要的一个因素，因为气压的不稳定或者气压压力过大的话会对搭乘人员造成身体上的不适，尤其是在开放状态下，气压发生强烈的变化。况且国家消防法规也有规定：规定电梯必须在一分钟内到达底层或者顶层，由此可见轿厢内气压控制技术是必不可少的。轿厢里边要安装排风装置以及控制气压的阀门。在轿厢运行过程中，通过气压阀门的控制来填充或者削减轿厢里的气压差值，让搭乘人员避免因为气压急剧变化产生的身体不适情况。
3、超高速电梯发展中存在的问题
3.1 安全性问题
随着城市化的大规模建设，越来越多的电梯出现在我们生活的方方面面，电梯的使用数量和使用频率也日渐增大，近几年来，越来越多的电梯事故出现在社会新闻的版图上，威胁着人们的生命安全，还给人们造成了一定的心理压力，使得人心惶惶。因此，超高速电梯未来的发展，首先要考虑的就是电梯的安全性。诸如电梯突然停电，电梯开门时发现不在平层位置或是电梯到达指定层数不开门等问题都是常遇到的安全性问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而在超高速电梯中不仅要考虑到这些问题，更因为超高速电梯的速度更快，需要考虑的安全性问题更多，如何确保超高速电梯在启动、运行、制动的操作设施中的安全性，会遇到哪些困难的安全性问题，如何解决，是建立超高速电梯前必须要考虑的问题。
3.2 舒适性问题
除了超高速电梯的安全性问题，另外要考虑的还有超高速电梯的舒适性。超高速电梯在行驶中，由于速度过快，面临的突然升起或降落时所造成的失重现象和超重现象更为严重，失重或超重不仅会影响乘客的舒适度，严重的甚至会引起乘客的头晕目眩等现象，影响乘客的安全。另外，在超高速电梯中需要预防的就是因速度过快使轿厢与井道中空气相摩擦，从而产生巨大的噪声给乘客造成噪声污染或使乘客产生耳鸣的现象。还有可能会由于速度过快，电梯在快速上升或下降中无法保持平衡，使电梯出现左右晃动或上下震动的现象，也会影响乘客乘坐电梯的舒适感等。超高速电梯的产生和发展主要是为了满足人们对电梯性能日益增长的要求，因此，如何解决乘客在乘坐超高速电梯出现的舒适性问题显得尤为重要。
3.3 能源消耗问题
我国是一个人口大国，随着社会经济的发展，城市化进程的不断加快，我国不仅在技术水平和生活水平上得到了很大的改善和提高，但同时也使日益加重的能源消耗问题凸显出来。电梯作为城市建筑中使用数量和使用频率最高的设备之一，也成为了城市建筑中最耗电的设备之一。电梯由于其特殊的曳引式结构，不仅在轿厢上下运行时耗费大量的能力，在待机状态也会产生相当大的损耗。电梯在待机时主要将电量消耗在显示电路和轿厢的控制以及轿厢内照明和排风设施上，而在电梯运作时，无论是电梯开关门或是上下门都造成大量的能源消耗，这些能源不仅体现在电梯的运作上还包括大量的能源浪费，能源回收或是降低电梯在运作或待机时的能源消耗则成为极为重要的亟待解决问题。
4、超高速电梯的研究方向
（1）新型材料的安全钳。传统的安全钳所采用的是铜钢材料，在高速运行过程中其与导轨产生激烈摩擦而可能熔化，存在一定的安全隐患。技术上可以借鉴航天领域所使用的复合型陶瓷材料。但是要注意所使用的环境与航天不同，在与导轨剧烈摩擦时导轨产生的变形
可能导致安全钳与导轨发生碰撞，而陶瓷的防撞性较差，从而导致安全钳失效。安全钳材料，在工艺上需要研发出既具有陶瓷的耐热性又具有钢铁类抗撞击性能的复合材料，以保证超高速电梯的安全运行。
（2）轿厢改进。通常情况下，在封闭的井道内超高速电梯以超过6m/s的速度运行时会受到很大的空气阻力，为了能够提高超高速电梯系统的乘坐舒适程度，必须要对轿厢加以改进。借鉴高铁的形状，可以在四方体轿厢的底部和顶部增加整流罩，其流线型的整流罩更符合空气动力学，减小高速运行时轿厢与空气的摩擦，有效地降低风阻，以减小噪音和振动。甚至可以考虑井道和轿厢都采用圆柱形，或者在围壁和轿底加设吸音和隔音材料以降低噪音。因此，如何调整电梯轿厢内的气压，消除超高速电梯轿厢内乘客在升降过程中因耳压造成的
不适感，成为了超高速电梯轿厢改进面临的重要问题。为了使乘客对超高速电梯能够更多地了解，现在的超高速电梯往往将电梯的运行速度显示在轿厢内部，这种做法既不会明显增大成本，又可以使乘客在乘坐电梯时获得安全感。
（3）采用高速化大容量驱动技术。目前高速化大容量驱动技术主要包括以下几种：高功能MPU，双逆变器系统，永久磁铁式同步电动机。超高速电梯通常在启动10s以内达到全速运行，大容量的永磁同步曳引机才能保证在重载情况下快速启动。另外，在电梯结构和运行性能方面还出现了一些其他的趋势。超高速电梯的结构正朝着精美方面迈进，制造上采用先进的制造工艺及控制技术，使得电梯的结构变得越来越坚固与实用。双层电梯、PLC控制电梯等都有结构上的明显改进。电梯的运行性能也在逐步的提高，目前的超高速电梯大都采用先进的传动与控制技术，特别是在人工智能技术基础上发展起来的智能控制技术。通过采用这些先进的控制技术，可以充分的保证超高速电梯在运行的过程中保持安全可靠、快速平稳的特性。
（4）环保节能电梯。电梯的电量消耗一直是一个重要的问题，在普通电梯运行的过程中，其电量的消耗非常大，随着环保意识的提高，人们开始探究电梯如何节能。它可以比传统的曳引电梯节能一半以上，降低噪声20dB左右。同时，应该具有能量反馈功能，在电梯轻载上行或者重载下行的情况下将释放出来的势能和动能转化为电能反馈到楼宇电网中去，实现电梯系统最有效的节能。由于技术发展的限制，目前的环保节能电梯只使用在一些低速电梯场合，但是随着技术的不断更新与发展，超高速的环保电梯也将指日可待。
5、总结
对超高速电梯的安全性、舒适性以及硬件、外部因素等进行研究后发现，超高速电梯将逐步代替中高速电梯，成为人们在日常生活和工作中的主要运输方式之一。尤其进入超高速电梯时代，更多的问题需要我们予以重视。电梯速度、质量等方面的变化都将给人类未来的生活带来巨大的改变。因此，对超高速电梯的研究应该不断深入。
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论文作者:温裕坚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/6
标签：电梯论文; 永磁论文; 气压论文; 同步电动机论文; 乘客论文; 技术论文; 导轨论文; 《基层建设》2018年第17期论文;