變頻器在電梯控制中的應(yīng)用研究

賴軍雄

摘 要：在電梯運(yùn)行的過程中，為了保證電梯的穩(wěn)定性、可靠性以及舒適性，變頻器已成為電梯中必不可缺的組成成分。該文分析了施耐德ATV71系列變頻器在電梯應(yīng)用的主要技術(shù)性能，最后介紹了變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電梯控制 變頻器 ATV71 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（a）-0052-02

1 電梯的控制系統(tǒng)

1.1 電梯控制系統(tǒng)的組成

控制、操縱、平臺(tái)和位置顯示設(shè)備是電梯控制系統(tǒng)中的重要組成部分。對(duì)電梯機(jī)房的控制柜中進(jìn)行操作，使電梯的運(yùn)行速度按照其邏輯功能正常運(yùn)行，從而達(dá)到對(duì)電梯操縱的目的；為了更好控制電梯的運(yùn)行，在電梯轎廂中都會(huì)有按鈕箱來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯位置的控制，同時(shí)在廳門上也會(huì)有召喚箱，便于乘坐電梯的用戶操控電梯；電梯在接收到運(yùn)行指令以后，就會(huì)在特定的樓層進(jìn)行停留，這些操作都離不開平層控制，通過平層控制，能夠使電梯轎廂準(zhǔn)確平層；指示燈在電梯轎廂以及廳門是必不可少的裝置，能夠準(zhǔn)確顯示出電梯當(dāng)前所在的樓層，將此信息反饋給用戶，從而達(dá)到控制顯示位置的目的，指示燈除了顯示電梯所在樓層以外，還會(huì)顯示電梯運(yùn)行方向的準(zhǔn)確信息。

不同的電梯有著不同的電梯系統(tǒng)，其不同之處往往在于驅(qū)動(dòng)部分，筆者以日本富士電梯為例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。在日本富士電梯中，其變頻器為專用的變頻器，型號(hào)為5000G11D，該變頻器與具有先進(jìn)的32位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）技術(shù)，該技術(shù)能夠準(zhǔn)確收集電梯的運(yùn)行信息，并在對(duì)信息進(jìn)行處理，將處理的結(jié)果反饋至相關(guān)設(shè)備，從而達(dá)到有效控制電梯的目的，使電梯的電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

電梯在運(yùn)行的過程中往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的噪音，噪音成為電梯運(yùn)行中的一個(gè)重要問題，而該變頻器中所采用的DSP技術(shù)能夠電梯電動(dòng)機(jī)中電流波形改變，從而優(yōu)化電梯的運(yùn)行曲線，以達(dá)到降低噪音的目的。在電梯內(nèi)部設(shè)有S曲線及位置控制反饋，因此，用戶能夠更好控制電梯，同時(shí)電梯的舒適性也得到了提高。在該電梯系統(tǒng)中，還采用了可編程控制器，該控制器能夠使電梯的編輯控制更加有效，使電梯系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)更加完善，同時(shí)也有利于對(duì)變頻器的控制。

1.2 電梯的工作過程

電梯在沒有接收到任何指令時(shí)，就會(huì)在最后一次操作的樓層停留，電梯轎廂門保持關(guān)閉的狀態(tài)。當(dāng)廳門有人需要乘坐電梯時(shí)，就會(huì)按下廳門的召喚箱，電梯就會(huì)接收到相關(guān)信息并到達(dá)用戶所在的樓層，打開電梯門供用戶進(jìn)入。用戶在進(jìn)入到電梯轎廂后，可以通過按鈕箱來關(guān)閉電梯門，還可以通過電梯內(nèi)部的延時(shí)裝置自動(dòng)關(guān)閉電梯門，用戶在電梯內(nèi)將自己想要去的樓層在按鈕箱上按下，電梯就會(huì)接收到相關(guān)指令，先對(duì)電梯的運(yùn)行方向進(jìn)行判斷，在確定運(yùn)行方向以后再開始運(yùn)行，運(yùn)行至用戶選定的樓層。

當(dāng)電梯的運(yùn)行方向是向上時(shí)，就會(huì)接通電梯電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電磁制動(dòng)器，使電梯向上運(yùn)動(dòng)，為了使電梯保持運(yùn)行速度穩(wěn)定，在電梯運(yùn)行的過程中會(huì)對(duì)速度進(jìn)行定期反饋，確保電梯速度在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，當(dāng)電梯運(yùn)行速度過快或者過慢時(shí)，變頻器就會(huì)根據(jù)電梯的反饋信息進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而確保電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而使電梯更加舒適。

在電梯運(yùn)行的過程中，都會(huì)在指示燈上顯示出電梯當(dāng)前所在樓層，在這個(gè)過程中，指示燈的顯示工作是需要傳感器的檢測(cè)來完成的，當(dāng)電梯轎廂達(dá)到一個(gè)樓層時(shí)，都會(huì)反饋出相關(guān)的信號(hào)，從而確定電梯的位置。

在電梯上升或下降的過程中，當(dāng)某一樓層有用戶需要乘坐電梯時(shí)，在按下召喚箱按鈕后，電梯就會(huì)接收到相關(guān)信號(hào)，變頻器會(huì)按照限指令使電梯減速，隔磁板會(huì)插入到平層，平層傳感器就會(huì)檢測(cè)到相關(guān)信息，當(dāng)電梯運(yùn)行到該平層區(qū)時(shí)，就會(huì)停止運(yùn)行，讓用戶進(jìn)入到電梯轎廂之中，電梯在停止的指令離不開電磁制動(dòng)器，電磁制動(dòng)器接收到停止的信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到平層信號(hào)后切斷電流從而使電梯停止。

2 變頻器的主要技術(shù)性能

在對(duì)變頻器的技術(shù)性能進(jìn)行分析的過程中，筆者主要以施耐德ATV71系列為例。該系列的變頻器有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，即變頻器會(huì)根據(jù)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的負(fù)荷情況進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，所補(bǔ)償?shù)念l率范圍大致在0～5 Hz，轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能使電梯實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，從根本上杜絕了電梯在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)速度過快或過慢的現(xiàn)象。

比如電梯在空載的時(shí)候，與有荷載的電梯相比，在同種頻率下，空載的電梯運(yùn)行速度會(huì)加快，這時(shí)該系列變頻器的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能就會(huì)發(fā)揮作用，將電路中的頻率進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償；同樣，當(dāng)電梯出現(xiàn)滿載的情況時(shí)，也會(huì)對(duì)頻率進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。通過轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，電梯能夠及時(shí)調(diào)整運(yùn)行速度，使電梯一直處于穩(wěn)定、安全、可靠的狀態(tài)。

同時(shí)，“S”字曲線是ATV71系列變頻器的一個(gè)特點(diǎn)，電梯在S形曲線下能夠更穩(wěn)定運(yùn)行，不管是電梯啟動(dòng)、變速還是制動(dòng)過程，都會(huì)使電梯處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的速度。變頻器所選擇的“S”形曲線有多條，變頻器會(huì)根據(jù)電梯實(shí)際負(fù)荷情況來選擇合適的曲線，在選擇的過程中，只需要通過端子即可實(shí)現(xiàn)曲線的轉(zhuǎn)換。端子一般分為三類，分別是×1，×2，×3三種，通過調(diào)動(dòng)端子，可以得到7種曲線，在不同曲線下電梯的運(yùn)行速度也是不同的。

ATV71系列的變頻器還有多種功能，比如：故障檢測(cè)、記憶等。變頻器能夠?qū)﹄娞葸\(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，就會(huì)將故障信息反饋到相應(yīng)的端口來提醒工作人員，而記憶功能則有利于電梯的維護(hù)工作，不管電梯處于通電還是掉電，都能夠?qū)v史處理過的故障進(jìn)行記憶。

通過研究ATV71系列變頻器的特點(diǎn)，成功的實(shí)現(xiàn)了用1臺(tái)變頻器控制主機(jī)的運(yùn)行調(diào)速及門機(jī)開、關(guān)調(diào)速， 其調(diào)速非常的主便， 即通過設(shè)置變頻器的不同頻率數(shù)即可改變速度值的大小及加減速過程。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性很高，而有關(guān)的保護(hù)功能有很大提高。 門機(jī)上只設(shè)開關(guān)門到位開關(guān)即可，減速開關(guān)可以通過變頻器內(nèi)的時(shí)間設(shè)置或PC機(jī)內(nèi)的時(shí)間設(shè)置完成，以“軟”代“硬”，以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。該工程經(jīng)實(shí)際使用， 效果非常好， 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 整個(gè)運(yùn)行曲線如圖1所示。

3 系統(tǒng)框圖及原理

上海市隧道院選用的是施耐德ATV71系列變頻器，采用PC機(jī)集中處理電梯選層信號(hào)、上下呼梯信號(hào)、樓層信號(hào)、拖動(dòng)指令、開關(guān)門信號(hào)等，并用數(shù)字顯示方式作為正常的樓層顯示和門聯(lián)鎖及安全保護(hù)信號(hào)的故障自診斷優(yōu)先顯示，再配合ATV71系列本身具有的雙CPU高速轉(zhuǎn)矩計(jì)算、多段速度控制，及高性能的自動(dòng)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能、故障自診斷功能、顯示、貯存功能和設(shè)定數(shù)字化等功能使整個(gè)系統(tǒng)具有高性能和高可靠性（如圖2）。

4 變頻器在電梯控制中的應(yīng)用

4.1 變頻器調(diào)速主電路

變頻器對(duì)主電路起到調(diào)速的作用是離不開電抗器的，電抗器能夠?qū)⒅麟娐分械母叽沃C電流出現(xiàn)次數(shù)進(jìn)行有效減少，增加電動(dòng)機(jī)過程中的功率因素，同時(shí)對(duì)電抗器的安裝位置也有著嚴(yán)格要求，變頻器輸入側(cè)的交流和直流部位是安裝電抗器的最佳位置。在電梯運(yùn)行的過程中，電路中的電壓會(huì)出現(xiàn)不平衡的情況，而電抗器恰好能夠使這種情況所造成的影響得到緩解。在變頻器的輸入側(cè)除了安裝電抗器以外，還可以安裝噪音濾波器。

在電梯運(yùn)行的過程中都會(huì)產(chǎn)生一定的噪音，在電梯轎廂的狹小空間內(nèi)，再加上噪音，一些乘客會(huì)出現(xiàn)一些不良反應(yīng)，而噪音濾波器能夠?qū)㈦娞葸\(yùn)行過程中所產(chǎn)生的造成進(jìn)行吸收，從而使電梯轎廂內(nèi)部的噪音得到減少，為乘客提供一個(gè)相對(duì)安靜的環(huán)境。變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的距離是非常重要的，當(dāng)距離過長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致國電路的形成，為了避免這一現(xiàn)象，在變頻器輸出側(cè)安裝交流電抗器來保證分布電容的穩(wěn)定。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的螺旋磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速低于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速時(shí)，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并傳輸?shù)诫娐分校瑸榱耸闺娞莘€(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行，需要在電梯變頻器附近安裝電磁制動(dòng)器，并在電梯外界制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元，這樣才能使電梯在該狀態(tài)下保持安全。

4.2 變頻器節(jié)約系統(tǒng)電能

變頻器主要是改變電動(dòng)機(jī)的工作電源頻率，從而使電梯的運(yùn)行得到有效控制。在對(duì)電源頻率進(jìn)行變化時(shí)離不開電力半導(dǎo)體設(shè)備，電力半導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電源頻率的改變。電力半導(dǎo)體會(huì)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行改變，使其頻率滿足電梯的運(yùn)行。非變頻電動(dòng)機(jī)由于不能對(duì)電源頻率進(jìn)行改變，電梯在空載的情況下就會(huì)造成不必要的電力浪費(fèi)現(xiàn)象，因此，變頻器更具有節(jié)約電能的效果。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，變頻器的技術(shù)也逐漸得到不斷完善。變頻器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電梯運(yùn)行速度的調(diào)整，使電梯運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全、可靠，還能達(dá)到一定的節(jié)約電能作用，響應(yīng)了我國“節(jié)能減排”的號(hào)召。通過對(duì)電梯運(yùn)行速度的合理控制，能夠使乘客在搭乘的過程中更加舒適，電梯的效率更高。

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