變頻器在電梯控制中的應用研究

賴軍雄

摘 要：在電梯運行的過程中，為了保證電梯的穩定性、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用的主要技術性能，最后介紹了變頻器在電梯控制系統中的應用。

關鍵詞：電梯控制 變頻器 ATV71 應用

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0052-02

1 電梯的控制系統

1.1 電梯控制系統的組成

控制、操縱、平臺和位置顯示設備是電梯控制系統中的重要組成部分。對電梯機房的控制柜中進行操作，使電梯的運行速度按照其邏輯功能正常運行，從而達到對電梯操縱的目的；為了更好控制電梯的運行，在電梯轎廂中都會有按鈕箱來實現對電梯位置的控制，同時在廳門上也會有召喚箱，便于乘坐電梯的用戶操控電梯；電梯在接收到運行指令以后，就會在特定的樓層進行停留，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，能夠準確顯示出電梯當前所在的樓層，將此信息反饋給用戶，從而達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，還會顯示電梯運行方向的準確信息。

不同的電梯有著不同的電梯系統，其不同之處往往在于驅動部分，筆者以日本富士電梯為例進行簡單分析。在日本富士電梯中，其變頻器為專用的變頻器，型號為5000G11D，該變頻器與具有先進的32位數字信號處理器（DSP）技術，該技術能夠準確收集電梯的運行信息，并在對信息進行處理，將處理的結果反饋至相關設備，從而達到有效控制電梯的目的，使電梯的電動機穩定運行。

電梯在運行的過程中往往會出現各種各樣的噪音，噪音成為電梯運行中的一個重要問題，而該變頻器中所采用的DSP技術能夠電梯電動機中電流波形改變，從而優化電梯的運行曲線，以達到降低噪音的目的。在電梯內部設有S曲線及位置控制反饋，因此，用戶能夠更好控制電梯，同時電梯的舒適性也得到了提高。在該電梯系統中，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，使電梯系統的驅動更加完善，同時也有利于對變頻器的控制。

1.2 電梯的工作過程

電梯在沒有接收到任何指令時，就會在最后一次操作的樓層停留，電梯轎廂門保持關閉的狀態。當廳門有人需要乘坐電梯時，就會按下廳門的召喚箱，電梯就會接收到相關信息并到達用戶所在的樓層，打開電梯門供用戶進入。用戶在進入到電梯轎廂后，可以通過按鈕箱來關閉電梯門，還可以通過電梯內部的延時裝置自動關閉電梯門，用戶在電梯內將自己想要去的樓層在按鈕箱上按下，電梯就會接收到相關指令，先對電梯的運行方向進行判斷，在確定運行方向以后再開始運行，運行至用戶選定的樓層。

當電梯的運行方向是向上時，就會接通電梯電動機內的電磁制動器，使電梯向上運動，為了使電梯保持運行速度穩定，在電梯運行的過程中會對速度進行定期反饋，確保電梯速度在穩定的范圍內，當電梯運行速度過快或者過慢時，變頻器就會根據電梯的反饋信息進行適當調整，從而確保電梯運行的穩定性，從而使電梯更加舒適。

在電梯運行的過程中，都會在指示燈上顯示出電梯當前所在樓層，在這個過程中，指示燈的顯示工作是需要傳感器的檢測來完成的，當電梯轎廂達到一個樓層時，都會反饋出相關的信號，從而確定電梯的位置。

在電梯上升或下降的過程中，當某一樓層有用戶需要乘坐電梯時，在按下召喚箱按鈕后，電梯就會接收到相關信號，變頻器會按照限指令使電梯減速，隔磁板會插入到平層，平層傳感器就會檢測到相關信息，當電梯運行到該平層區時，就會停止運行，讓用戶進入到電梯轎廂之中，電梯在停止的指令離不開電磁制動器，電磁制動器接收到停止的信號，當檢測到平層信號后切斷電流從而使電梯停止。

2 變頻器的主要技術性能

在對變頻器的技術性能進行分析的過程中，筆者主要以施耐德ATV71系列為例。該系列的變頻器有轉差補償功能，即變頻器會根據電動機實際運行中的負荷情況進行自動補償，所補償的頻率范圍大致在0～5 Hz，轉差補償功能使電梯實現了穩定運行，從根本上杜絕了電梯在運行的過程中出現速度過快或過慢的現象。

比如電梯在空載的時候，與有荷載的電梯相比，在同種頻率下，空載的電梯運行速度會加快，這時該系列變頻器的轉差補償功能就會發揮作用，將電路中的頻率進行適當補償；同樣，當電梯出現滿載的情況時，也會對頻率進行適當的補償。通過轉差補償功能，電梯能夠及時調整運行速度，使電梯一直處于穩定、安全、可靠的狀態。

同時，“S”字曲線是ATV71系列變頻器的一個特點，電梯在S形曲線下能夠更穩定運行，不管是電梯啟動、變速還是制動過程，都會使電梯處于一個相對穩定的速度。變頻器所選擇的“S”形曲線有多條，變頻器會根據電梯實際負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現曲線的轉換。端子一般分為三類，分別是×1，×2，×3三種，通過調動端子，可以得到7種曲線，在不同曲線下電梯的運行速度也是不同的。

ATV71系列的變頻器還有多種功能，比如：故障檢測、記憶等。變頻器能夠對電梯運行過程中的數據進行診斷，當出現故障時，就會將故障信息反饋到相應的端口來提醒工作人員，而記憶功能則有利于電梯的維護工作，不管電梯處于通電還是掉電，都能夠對歷史處理過的故障進行記憶。

通過研究ATV71系列變頻器的特點，成功的實現了用1臺變頻器控制主機的運行調速及門機開、關調速， 其調速非常的主便， 即通過設置變頻器的不同頻率數即可改變速度值的大小及加減速過程。結構簡單，可靠性很高，而有關的保護功能有很大提高。 門機上只設開關門到位開關即可，減速開關可以通過變頻器內的時間設置或PC機內的時間設置完成，以“軟”代“硬”，以增強系統的可靠性。該工程經實際使用， 效果非常好， 達到設計要求。 整個運行曲線如圖1所示。

3 系統框圖及原理

上海市隧道院選用的是施耐德ATV71系列變頻器，采用PC機集中處理電梯選層信號、上下呼梯信號、樓層信號、拖動指令、開關門信號等，并用數字顯示方式作為正常的樓層顯示和門聯鎖及安全保護信號的故障自診斷優先顯示，再配合ATV71系列本身具有的雙CPU高速轉矩計算、多段速度控制，及高性能的自動轉差補償功能、故障自診斷功能、顯示、貯存功能和設定數字化等功能使整個系統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用

4.1 變頻器調速主電路

變頻器對主電路起到調速的作用是離不開電抗器的，電抗器能夠將主電路中的高次諧電流出現次數進行有效減少，增加電動機過程中的功率因素，同時對電抗器的安裝位置也有著嚴格要求，變頻器輸入側的交流和直流部位是安裝電抗器的最佳位置。在電梯運行的過程中，電路中的電壓會出現不平衡的情況，而電抗器恰好能夠使這種情況所造成的影響得到緩解。在變頻器的輸入側除了安裝電抗器以外，還可以安裝噪音濾波器。

在電梯運行的過程中都會產生一定的噪音，在電梯轎廂的狹小空間內，再加上噪音，一些乘客會出現一些不良反應，而噪音濾波器能夠將電梯運行過程中所產生的造成進行吸收，從而使電梯轎廂內部的噪音得到減少，為乘客提供一個相對安靜的環境。變頻器與電動機之間的距離是非常重要的，當距離過長時，就會導致國電路的形成，為了避免這一現象，在變頻器輸出側安裝交流電抗器來保證分布電容的穩定。

當電動機的螺旋磁場轉速低于電動機的機械轉速時，就會造成電動機的動能轉變為電能，并傳輸到電路之中，為了使電梯穩定、安全、可靠的運行，需要在電梯變頻器附近安裝電磁制動器，并在電梯外界制動電阻和制動單元，這樣才能使電梯在該狀態下保持安全。

4.2 變頻器節約系統電能

變頻器主要是改變電動機的工作電源頻率，從而使電梯的運行得到有效控制。在對電源頻率進行變化時離不開電力半導體設備，電力半導體能夠實現對電流的通斷，進而實現電源頻率的改變。電力半導體會根據電動機的實際運行情況進行改變，使其頻率滿足電梯的運行。非變頻電動機由于不能對電源頻率進行改變，電梯在空載的情況下就會造成不必要的電力浪費現象，因此，變頻器更具有節約電能的效果。

5 結語

隨著科學技術的不斷進步，變頻器的技術也逐漸得到不斷完善。變頻器不僅能夠實現電梯運行速度的調整，使電梯運行更加穩定、安全、可靠，還能達到一定的節約電能作用，響應了我國“節能減排”的號召。通過對電梯運行速度的合理控制，能夠使乘客在搭乘的過程中更加舒適，電梯的效率更高。

參考文獻

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