變頻器在電梯控制中的應用

摘 要：電梯是一種被普遍運用在民眾住宅以及各種商場等高層建筑中的垂直運輸機械，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調速主電路的方式大多都是借助變頻器來實現的。變頻器在電梯的控制過程中發揮著舉足輕重的作用，文章詳細歸納電梯控制系統的組成部分，以及電梯的工作過程和工作狀態，其次簡單說明了實現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用。

關鍵詞：變頻器；電梯控制；應用

1 電梯的控制系統

1.1 電梯控制系統的組成

電梯控制系統主要由控制、操縱、平層以及位置顯示裝置構成。在機房的控制柜上，根據電梯整體運行的邏輯功能來實現控制裝置對電梯的操縱；電梯在運行過程中，通過操作轎廂內的按鈕箱以及廳門的召喚箱按鈕實現操縱置裝控制；根據接收到的平層控制信號，對電梯轎廂進行準確的操作實現平層裝置的控制；在電梯的轎內和廳門中安裝著指示燈，并根據其顯示確定電梯所在樓層的位置，實現位置顯示裝置的控制。此外，廳門的指示燈還能準確指示電梯運行的方向。

1.2 電梯的工作過程

假如電梯正以關門待行的狀態停靠在某一層，當有人在門外呼叫電梯時，電梯門打開，人進入到轎廂門；其次電梯接收到關門指令信號后關門，延時裝置的自動指令或乘客的手動關門指令能夠發出關門信號；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，電磁制動器的線圈將會被接通，并使其釋放，那么電梯就會按照指定的升速曲線向上運行。而且在上行的過程中，電梯會反復對比電梯運行速度給定的信號與反饋信號，來調整電梯的運行，使其最終的速度曲線能夠貼近理想的運行曲線，來確保電梯能夠保持平穩運行。同時，在電梯上升過程中，經過的每一個樓層的信號都會被位置傳感器檢測，并與電梯位置進行對照，確保顯示出正確的樓層位置。此外，電梯在運行時會及時搜索呼叫信號，發現即將傳來的搜索信號時，轎廂會按照接到延時信號會立即做減速運動，同時平層傳感器會感受到隔磁板的插入，當檢測出平層信號時，電梯會繼續減速直到平層區，此時電磁制動器執行斷電指令，電梯停止運行并打開電門。

1.3 電梯電動機的工作狀態

當配重物體的重量小于轎廂的總體重量時，轎廂處于滿載狀態，在這種情形下，電梯電動機的正常發電狀態是轎廂上升且電動機做正轉運動；而電動機的再生發電狀態是轎廂下降且電動機做反轉運動。當配重物體的重量大于轎廂的總體重量時，轎廂則處于輕載狀態，而在這種情形下，是轎廂上升且電動機做正轉運動時卻是電動機的再生發電狀態，而且由于受到配重物體自身重力的影響，電梯轎廂會被迫上升，使電動機的同步轉速小與實際轉速；同理，轎廂下降且電動機做反轉運動時是電梯電動機的正常發電狀態。

2 變頻器的工作原理

變頻器的主要特點有兩個，即有良好的調速性能和很強的節約電能的能力。其中變頻器調速電梯的電氣原理如圖1所示。

在變頻器的工作過程中，主要需要以下幾種電路來完成。

2.1 整流和回饋電路

整流和回饋電路的兩個重要功能：其一是通過整流把主電路網絡的三相交流電變為直流電，然后以直流電源的形式供給逆變器；其二是當電梯做減速運動或制動時，把電動機的再生電能及時回饋給主電路網絡。由于電梯主電路使用器件通常是IGBT或者IPM模塊，所以從系統運行狀態來看，這一電路不但可以被當作整流器，而且可以被當作有源逆變器。

2.2 逆變電路

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

2.3 檢測電路

GT代表的是電流互感器，它的功能是檢測變頻器的輸出電流，整流變壓器TP的功能是檢測主電路網絡的同步信號，而電位器RP的功能則是檢測直流回路的實際電壓。

2.4 控制電路

計算機或者PLC構成了控制電路的核心組成部分，其主要的工作過程如下：首先電梯向電氣傳動系統發出電梯運行的速度、電流以及位置等各項指令信號，并且產生具有自動診斷的功能PWM的控制信號；其次控制電路的核心部分，如PLC，接收到指令信號后進行各類指令信號的邏輯處理和控制；完成信號的處理后再向變頻器發射出起、停等指令信號；與此同時，變頻器也把電梯工作狀態的信號反饋給了控制電路的核心部分，這樣就形成了一個雙向聯絡的關系。

3 變頻器在電梯控制中的應用

3.1 變頻器調速主電路

變頻器能夠調速主電路的工作原理是，通過安裝在輸入側的交流以及直流部位且能夠減少高次諧波電流的電抗器，使電動機運行時的功率因數有所增加，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，在變頻器的輸入側還安裝了能夠減小電梯工作時產生高頻噪聲的噪聲濾波器。當變頻器與電動機之間的距離大于20米時，為了防止由于線路過長增大的分布電容而造成的過電路，需要在輸出側加裝交流電抗器。同時，在電動機再生發電狀態時進行電梯重載下降，需要外接制動電阻以及制動單元，另外安裝電磁制動器，確保電梯的安全運行。

3.2 變頻器節約系統電能

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體器件來實現，它能夠依據不同電動機的負荷狀況來匹配出適當的能量輸入。變頻器之所以具有良好的節電功能，是因為與非變頻的電動機相比，變頻器的電動機在工作時能夠節省30%左右的電能。

4 結束語

交流的調速技術隨著電力電子技術以及微電子技術的快速發展也得到了進一步的突破。尤其是電梯的變頻調速控制變得越來越完善。文章介紹的變頻器的工作原理使我們對電梯的控制系統有了更清晰的認識，變頻器在電梯控制系統中的應用不僅僅是調速主電路，還有良好的節約電能功能。節約電能符合現在可持續發展的生態理念，而調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速系統相比，其運行效率更高。

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