交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)的設(shè)計

陳偉偉

摘 要：電梯是現(xiàn)代人生活所不可或缺的重要工具，交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)是確保電梯運行控制精確性與舒適性的重要方式，因此，本文主要探討交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)的設(shè)計，從電機設(shè)計、變頻器選擇與應(yīng)用以及VVVF電梯速度控制3個方面入手。

關(guān)鍵詞：交流調(diào)壓調(diào)頻 變頻器 VVVF電梯速度控制

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0123-02

城市化的發(fā)展使得城市人口激增，高層建筑也成為城市化發(fā)展過程中的主要建筑形式，高層建筑的增加也使得電梯作為重要出行工具的重要性愈發(fā)凸顯。傳統(tǒng)電梯速度控制系統(tǒng)，是以曳引電機接觸器來改變電梯的運行狀態(tài)，無法滿足人們對于電梯乘坐的舒適性需求，需要對電梯控制系統(tǒng)進行進一步的優(yōu)化設(shè)計。

1 電機的設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

電機的轉(zhuǎn)速與電源頻率呈現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，如果電源頻率發(fā)生改變，則電機轉(zhuǎn)速也會相應(yīng)發(fā)生改變，因而可以通過改變電源頻率的方式，改變電機轉(zhuǎn)速。在忽略定子阻抗壓降的情況下，定子端的電壓與電磁場強度相同，維持定子阻抗電壓不變，提高電源頻率，就可以提高電機的轉(zhuǎn)速，定子阻抗的電場強度會有所下降，電機轉(zhuǎn)矩降低，但如果提高流經(jīng)勵磁的電流，則會增加電力能源的損耗，因而根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的使用要求，采取相應(yīng)的調(diào)速辦法，進行相應(yīng)的電機設(shè)計，就能夠?qū)崿F(xiàn)交流調(diào)壓調(diào)頻電梯的控制。

1.2 容量設(shè)計

電機容量的設(shè)計要求滿足電梯啟動與過載情況下的轉(zhuǎn)矩需要，因而應(yīng)當(dāng)選擇與變頻器相適應(yīng)容量的電機，同時根據(jù)電流輸出額度，合理選擇變頻器的容量。在單臺電機的情況下，若電機持續(xù)運行，則電流輸出額數(shù)應(yīng)當(dāng)高于1.1倍的電機額定電流；若在多臺電機持續(xù)運行的情況下，需要對其輸出電流加以限制，要保證輸出電流額數(shù)超過全部電機電流額數(shù)的總值；若多臺電機在并聯(lián)的情況下只有少數(shù)電機運轉(zhuǎn)，則一旦某部分電機突然啟動，則會在短時間內(nèi)產(chǎn)生較大電流，影響電機的正常運轉(zhuǎn)，因而需要對變頻器的容量加以擴增，避免電梯電機運轉(zhuǎn)中途產(chǎn)生故障情況，影響乘客的生命財產(chǎn)安全[1]。

2 交流調(diào)壓調(diào)頻控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 變頻器的選擇與應(yīng)用

交流調(diào)壓調(diào)頻控制系統(tǒng)中，變頻器設(shè)備是其中的核心裝置之一，其質(zhì)量與效果會在很大程度上影響電梯控制系統(tǒng)運行的有效性與穩(wěn)定性，因而對于變頻器的選擇，首要參考因素就是設(shè)備質(zhì)量與性能。在確定具體型號時，則主要考慮變頻調(diào)速方案、負載類型等功能。變頻器的選擇需要滿足被控制電梯系統(tǒng)的負載特性、通用變頻器的主要類型與被控制一部電動機的具體參數(shù)是否匹配。

綜合以上各種因素，本文選用的變頻器為偉肯Vacon NXP系列型號的變頻器，是一種升降電梯的專用變頻器，可以實現(xiàn)對交流異步電機電流的直接控制，確保電機轉(zhuǎn)矩保持在較高水平，能夠滿足各種高精度速度/轉(zhuǎn)矩控制的電梯應(yīng)用場合，速度控制誤差不超過0.01%，啟動轉(zhuǎn)矩超過200%，轉(zhuǎn)矩精度小于2%，可以實現(xiàn)平穩(wěn)啟動與運行，確保電機控制的高性能。偉肯Vacon NXP系列型號的變頻器除了支持無傳感器適量控制與頻率控制之外，還可以利用各種編碼器信息，更加精確地進行電機控制，具備極強的主從控制、位置控制、收放卷張力控制與同步控制。

2.2 VVVF電梯調(diào)速系統(tǒng)

2.2.1 電梯速度閉環(huán)與位置閉環(huán)的控制

以往對于速度的閉環(huán)控制，是利用電機配套的旋轉(zhuǎn)編碼器的信號反饋而實現(xiàn)的，計算單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器所產(chǎn)生的脈沖可以確定電梯實時速度。電梯速度控制系統(tǒng)，是依據(jù)電梯在運行過程中轎廂位置值向變頻器發(fā)出的速控信號而運行的，因而位置反饋的精確性與電梯速度控制的精準性直接相關(guān)。當(dāng)前普遍應(yīng)用的速度控制模式包括兩種：其一，以電梯井磁道開關(guān)獲取轎廂位置信號的速度控制；其二，以分頻信號獲取轎廂位置信號的速度控制。就前者而言，能夠獲取電梯的實時減速點、門區(qū)點位信號并向變頻器記性信號反饋，但這種速度控制方式是一種多段速控制方法，電梯速度控制的精確性會受到影響；就后者而言，是在獲取速度信號的同時，對電梯運行時間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)送的脈沖進行計算，經(jīng)過信號整型與分頻發(fā)送來實時反饋電梯的具體位置，是一種連續(xù)獲取電梯轎廂位置的速度控制方法，可以根據(jù)電梯位置進行速度控制，具有較高的精確性，但也具有較為明顯的缺陷：以旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)間接獲取電梯轎廂位置，一旦存在脈沖缺失或電梯曳引鋼絲打滑的情況，則電梯轎廂的位置信息就存在失真的問題[2]。

綜合以上兩種速度閉環(huán)控制方式，本文建議選用雙閉環(huán)速度控制結(jié)構(gòu)（如圖1），利用絕對值編碼器來獲取電梯轎廂的具體位置，確定轎廂實時速度并向變頻器傳遞信號，利用旋轉(zhuǎn)編碼器獲取實時速度來實現(xiàn)對變頻器的調(diào)頻與調(diào)壓。這種對于電梯運行速度的雙重閉環(huán)控制，能夠提高電梯運行速度控制的有效性與準確性。

2.2.2 速度控制方法

第一，以時間為控制原則，確定電梯速度給定運行曲線，是按照時間長短，根據(jù)理想給定曲線向變頻器發(fā)送速度控制信號，其中，原本存儲在EEPROM（電可擦可編程只讀存儲器）中的速度控制點位、原本存儲在變頻器中的速度頻率、電梯加速與減速時間以及S字特性時間共同構(gòu)成理想給定速度曲線（如圖2）。以時間為控制原則所確定的電梯速度給定運行曲線，其根據(jù)在于所屬的電梯位置檢測點，確定電梯運行的速度情況，在明確速度運行階段的前提下，依據(jù)存儲于EEPROM中的速度控制點位以及理想速度給定曲線進行開環(huán)運行。電梯運行到高速運行與爬行運行段時，以延時時間進行電梯運行的開環(huán)控制。所謂的延時時間是一種預(yù)估值，但這一預(yù)估值能夠使電梯制定階段存在一個速度的爬行段，因而運用這種方式運行效率較差，電梯運行的平層精確性與舒適性較差，需要電梯調(diào)試人員進行大量的控制點確定工作。

第二，基于電梯運行的絕對剩余距離確定電梯給定運行曲線（如圖3）。絕對距離是利用絕對值編碼器實時監(jiān)測電梯轎廂位置，而絕對剩余距離，是根據(jù)電梯轎廂與平層位置的實施距離。交流調(diào)壓調(diào)頻控制電梯系統(tǒng)依據(jù)絕對剩余距離對電梯運行時速進行實時計算與控制。這種方式是采用絕對值編碼器獲取電梯轎廂的位置信息，即便電梯曳引鋼絲打滑也不會受到影響。另外，絕對值編碼器向系統(tǒng)提供二進制編碼，因而也不會出現(xiàn)脈沖丟失情況，控制系統(tǒng)根據(jù)絕對剩余距離計算電梯運行的實時速度，輸出速度控制指令。電梯平層的過程中，控制系統(tǒng)會依據(jù)電梯的實時位置確定剩余距離，在一定距離內(nèi)輸出降速信號與相應(yīng)速度，在電梯達到相應(yīng)減速點的時候，實現(xiàn)電梯轎廂與平層之間的平滑制動，實現(xiàn)一種無爬行的停靠，電梯速度控制的實時性、精確性與舒適性得以大大提升，因此是一種較為良好的速度控制方式[3]。

3 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)水平的高速提升使得電梯越來越向著調(diào)壓調(diào)頻與高舒適性的方向發(fā)展，也就更加強調(diào)電梯的舒適性、高效性與自動化運行性能，因而可以應(yīng)用性能更加良好的變頻器與絕對值編碼器等裝置，實現(xiàn)對電梯運行的交流調(diào)壓調(diào)頻控制。

參考文獻

[1] 代杰.交流變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用[J].自動化與信息工程，2009，30（3）：46-48.

[2] 王歐海.變頻調(diào)速電梯原理設(shè)計[D].大連理工大學(xué)，2008.

[3] 劉翔，周超.電梯交流變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015（5）：596.