變頻器在電梯控制中的應(yīng)用

摘 要：電梯是一種被普遍運(yùn)用在民眾住宅以及各種商場(chǎng)等高層建筑中的垂直運(yùn)輸機(jī)械，它的種類基本上可以分成繩索式電梯和液壓式電梯這兩大類型。這兩種類型電梯的控制系統(tǒng)調(diào)速主電路的方式大多都是借助變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變頻器在電梯的控制過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，文章詳細(xì)歸納電梯控制系統(tǒng)的組成部分，以及電梯的工作過(guò)程和工作狀態(tài)，其次簡(jiǎn)單說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)變頻器工作幾種電路的功能，最后闡述了變頻器在電梯控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻器；電梯控制；應(yīng)用

1 電梯的控制系統(tǒng)

1.1 電梯控制系統(tǒng)的組成

電梯控制系統(tǒng)主要由控制、操縱、平層以及位置顯示裝置構(gòu)成。在機(jī)房的控制柜上，根據(jù)電梯整體運(yùn)行的邏輯功能來(lái)實(shí)現(xiàn)控制裝置對(duì)電梯的操縱；電梯在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)操作轎廂內(nèi)的按鈕箱以及廳門的召喚箱按鈕實(shí)現(xiàn)操縱置裝控制；根據(jù)接收到的平層控制信號(hào)，對(duì)電梯轎廂進(jìn)行準(zhǔn)確的操作實(shí)現(xiàn)平層裝置的控制；在電梯的轎內(nèi)和廳門中安裝著指示燈，并根據(jù)其顯示確定電梯所在樓層的位置，實(shí)現(xiàn)位置顯示裝置的控制。此外，廳門的指示燈還能準(zhǔn)確指示電梯運(yùn)行的方向。

1.2 電梯的工作過(guò)程

假如電梯正以關(guān)門待行的狀態(tài)?？吭谀骋粚?，當(dāng)有人在門外呼叫電梯時(shí)，電梯門打開(kāi)，人進(jìn)入到轎廂門；其次電梯接收到關(guān)門指令信號(hào)后關(guān)門，延時(shí)裝置的自動(dòng)指令或乘客的手動(dòng)關(guān)門指令能夠發(fā)出關(guān)門信號(hào)；然后按照接收到的選層指令，電梯做出是上行還是下行的判斷。如果是上行指令，電磁制動(dòng)器的線圈將會(huì)被接通，并使其釋放，那么電梯就會(huì)按照指定的升速曲線向上運(yùn)行。而且在上行的過(guò)程中，電梯會(huì)反復(fù)對(duì)比電梯運(yùn)行速度給定的信號(hào)與反饋信號(hào)，來(lái)調(diào)整電梯的運(yùn)行，使其最終的速度曲線能夠貼近理想的運(yùn)行曲線，來(lái)確保電梯能夠保持平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，在電梯上升過(guò)程中，經(jīng)過(guò)的每一個(gè)樓層的信號(hào)都會(huì)被位置傳感器檢測(cè)，并與電梯位置進(jìn)行對(duì)照，確保顯示出正確的樓層位置。此外，電梯在運(yùn)行時(shí)會(huì)及時(shí)搜索呼叫信號(hào)，發(fā)現(xiàn)即將傳來(lái)的搜索信號(hào)時(shí)，轎廂會(huì)按照接到延時(shí)信號(hào)會(huì)立即做減速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)平層傳感器會(huì)感受到隔磁板的插入，當(dāng)檢測(cè)出平層信號(hào)時(shí)，電梯會(huì)繼續(xù)減速直到平層區(qū)，此時(shí)電磁制動(dòng)器執(zhí)行斷電指令，電梯停止運(yùn)行并打開(kāi)電門。

1.3 電梯電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)

當(dāng)配重物體的重量小于轎廂的總體重量時(shí)，轎廂處于滿載狀態(tài)，在這種情形下，電梯電動(dòng)機(jī)的正常發(fā)電狀態(tài)是轎廂上升且電動(dòng)機(jī)做正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電狀態(tài)是轎廂下降且電動(dòng)機(jī)做反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)配重物體的重量大于轎廂的總體重量時(shí)，轎廂則處于輕載狀態(tài)，而在這種情形下，是轎廂上升且電動(dòng)機(jī)做正轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)卻是電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電狀態(tài)，而且由于受到配重物體自身重力的影響，電梯轎廂會(huì)被迫上升，使電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速小與實(shí)際轉(zhuǎn)速；同理，轎廂下降且電動(dòng)機(jī)做反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)是電梯電動(dòng)機(jī)的正常發(fā)電狀態(tài)。

2 變頻器的工作原理

變頻器的主要特點(diǎn)有兩個(gè)，即有良好的調(diào)速性能和很強(qiáng)的節(jié)約電能的能力。其中變頻器調(diào)速電梯的電氣原理如圖1所示。

在變頻器的工作過(guò)程中，主要需要以下幾種電路來(lái)完成。

2.1 整流和回饋電路

整流和回饋電路的兩個(gè)重要功能：其一是通過(guò)整流把主電路網(wǎng)絡(luò)的三相交流電變?yōu)橹绷麟?，然后以直流電源的形式供給逆變器；其二是當(dāng)電梯做減速運(yùn)動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，把電動(dòng)機(jī)的再生電能及時(shí)回饋給主電路網(wǎng)絡(luò)。由于電梯主電路使用器件通常是IGBT或者IPM模塊，所以從系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)來(lái)看，這一電路不但可以被當(dāng)作整流器，而且可以被當(dāng)作有源逆變器。

2.2 逆變電路

IGBT或者IPM模塊是逆變電路常用的器件，能夠提供交流電動(dòng)機(jī)所需的三線交流電，確保交流電機(jī)的正常工作。

2.3 檢測(cè)電路

GT代表的是電流互感器，它的功能是檢測(cè)變頻器的輸出電流，整流變壓器TP的功能是檢測(cè)主電路網(wǎng)絡(luò)的同步信號(hào)，而電位器RP的功能則是檢測(cè)直流回路的實(shí)際電壓。

2.4 控制電路

計(jì)算機(jī)或者PLC構(gòu)成了控制電路的核心組成部分，其主要的工作過(guò)程如下：首先電梯向電氣傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出電梯運(yùn)行的速度、電流以及位置等各項(xiàng)指令信號(hào)，并且產(chǎn)生具有自動(dòng)診斷的功能PWM的控制信號(hào)；其次控制電路的核心部分，如PLC，接收到指令信號(hào)后進(jìn)行各類指令信號(hào)的邏輯處理和控制；完成信號(hào)的處理后再向變頻器發(fā)射出起、停等指令信號(hào)；與此同時(shí)，變頻器也把電梯工作狀態(tài)的信號(hào)反饋給了控制電路的核心部分，這樣就形成了一個(gè)雙向聯(lián)絡(luò)的關(guān)系。

3 變頻器在電梯控制中的應(yīng)用

3.1 變頻器調(diào)速主電路

變頻器能夠調(diào)速主電路的工作原理是，通過(guò)安裝在輸入側(cè)的交流以及直流部位且能夠減少高次諧波電流的電抗器，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)有所增加，而且還能夠有效降低由于電源電壓的不平衡而造成的不良影響。此外，在變頻器的輸入側(cè)還安裝了能夠減小電梯工作時(shí)產(chǎn)生高頻噪聲的噪聲濾波器。當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的距離大于20米時(shí)，為了防止由于線路過(guò)長(zhǎng)增大的分布電容而造成的過(guò)電路，需要在輸出側(cè)加裝交流電抗器。同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)再生發(fā)電狀態(tài)時(shí)進(jìn)行電梯重載下降，需要外接制動(dòng)電阻以及制動(dòng)單元，另外安裝電磁制動(dòng)器，確保電梯的安全運(yùn)行。

3.2 變頻器節(jié)約系統(tǒng)電能

變頻器是一種電能控制裝置，其供電頻率的交換主要是利用具有通斷作用的電力半導(dǎo)體器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，它能夠依據(jù)不同電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況來(lái)匹配出適當(dāng)?shù)哪芰枯斎?。變頻器之所以具有良好的節(jié)電功能，是因?yàn)榕c非變頻的電動(dòng)機(jī)相比，變頻器的電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)能夠節(jié)省30%左右的電能。

4 結(jié)束語(yǔ)

交流的調(diào)速技術(shù)隨著電力電子技術(shù)以及微電子技術(shù)的快速發(fā)展也得到了進(jìn)一步的突破。尤其是電梯的變頻調(diào)速控制變得越來(lái)越完善。文章介紹的變頻器的工作原理使我們對(duì)電梯的控制系統(tǒng)有了更清晰的認(rèn)識(shí)，變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用不僅僅是調(diào)速主電路，還有良好的節(jié)約電能功能。節(jié)約電能符合現(xiàn)在可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)理念，而調(diào)速功能可以有效地滿足乘客的舒適感以及平層精度，并且與其他類型的交流調(diào)速系統(tǒng)相比，其運(yùn)行效率更高。

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