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摘要：在电梯运行的过程中,为了保证电梯的稳定性、可靠性以及舒适性,变频器已成为电梯中必不可缺的组成成分。该文分析了施耐德ATV7系列变频器在电梯应用的主要技术性能,最后介绍了变频器在电梯控制系统中的应用。
关键词：电梯控制；变频器；ATV71；应用
1、电梯的控制系统
1.1 电梯控制系统的组成
控制、操纵、平台和位置显示设备是电梯控制系统中的重要组成部分。对电梯机房的控制柜中进行操作,使电梯的运行速度按照其逻辑功能正常运行,从而达到对电梯操纵的目的;为了更好控制电梯的运行,在电梯轿厢中都会有按钮箱来实现对电梯位置的控制,同时在厅门上也会有召唤箱,便于乘坐电梯的用户操控电梯;电梯在接收到运行指令以后,就会在特定的楼层进行停留,这些操作都离不开平层控制,通过平层控制,能够使电梯轿厢准确平层; 指示灯在电梯轿厢以及厅门是必不可少的装置,能够准确显示出电梯当前所在的楼层,将此信息反馈给用户,从而达到控制显示位置的目的,指示灯除了显示电梯所在楼层以外,还会显示电梯运行方向的准确信息。
不同的电梯有着不同的电梯系统,其不同之处往往在于驱动部分,笔者以日本富士电梯为例进行简单分析。在日本富士电梯中,其变频器为专用的变频器,型号为5000G11D,该变频器与具有先进的32位数字信号处理器(DSP)技术,该技术能够准确收集电梯的运行信息,并在对信息进行处理,将处理的结果反馈至相关设备,从而达到有效控制电梯的目的,使电梯的电动机稳定运行。
电梯在运行的过程中往往会出现各种各样的噪音,噪音成为电梯运行中的一个重要问题,而该变频器中所采用的DSP技术能够电梯电动机中电流波形改变,从而优化电梯的运行曲线,以达到降低噪音的目的。在电梯内部设有S曲线及位置控制反馈,因此,用户能够更好控制电梯,同时电梯的舒适性也得到了提高。在该电梯系统中,还采用了可编程控制器,该控制器能够使电梯的编辑控制更加有效,使电梯系统的驱动更加完善,同时也有利于对变频器的控制。
1.2 电梯的工作过程
电梯在没有接收到任何指令时,就会在最后一次操作的楼层停留,电梯轿厢门保持关闭的状态。当厅门有人需要乘坐电梯时, 就会按下厅门的召唤箱,电梯就会接收到相关信息并到达用户所在的楼层,打开电梯门供用户进入。用户在进入到电梯轿厢后,可以通过按钮箱来关闭电梯门,还可以通过电梯内部的延时装置自动关闭电梯门,用户在电梯内将自己想要去的楼层在按钮箱上按下,电梯就会接收到相关指令,先对电梯的运行方向进行判断,在确定运行方向以后再开始运行,运行至用户选定的楼层。
当电梯的运行方向是向上时,就会接通电梯电动机内的电磁制动器,使电梯向上运动,为了使电梯保持运行速度稳定,在电梯运行的过程中会对速度进行定期反馈,确保电梯速度在稳定的范围内,当电梯运行速度过快或者过慢时,变频器就会根据电梯的反馈信息进行适当调整,从而确保电梯运行的稳定性,从而使电梯更加舒适。
在电梯运行的过程中,都会在指示灯上显示出电梯当前所在楼层,在这个过程中,指示灯的显示工作是需要传感器的检测来完成的,当电梯轿厢达到一个楼层时,都会反馈出相关的信号,从而确定电梯的位置。
在电梯上升或下降的过程中,当某一楼层有用户需要乘坐电梯时,在按下召唤箱按钮后,电梯就会接收到相关信号,变频器会按照限指令使电梯减速,隔磁板会插入到平层,平层传感器就会检测到相关信息,当电梯运行到该平层区时,就会停止运行,让用户进入到电梯轿厢之中,电梯在停止的指令离不开电磁制动器,电磁制动器接收到停止的信号,当检测到平层信号后切断电流从而使电梯停止。
图 1 PC-VVVF运行曲线
图2 系统框图
2、变频器的主要技术性能
在对变频器的技术性能进行分析的过程中,笔者主要以施耐德ATV71系列为例。该系列的变频器有转差补偿功能,即变频器会根据电动机实际运行中的负荷情况进行自动补偿,所补偿的频率范围大致在0～5Hz,转差补偿功能使电梯实现了稳定运行,从根本上杜绝了电梯在运行的过程中出现速度过快或过慢的现象。
比如电梯在空载的时候,与有荷载的电梯相比,在同种频率下,空载的电梯运行速度会加快,这时该系列变频器的转差补偿功能就会发挥作用,将电路中的频率进行适当补偿;同样,当电梯出现满载的情况时,也会对频率进行适当的补偿。通过转差补偿功能,电梯能够及时调整运行速度,使电梯一直处于稳定、安全、可靠的状态。
同时,“S”字曲线是ATV71系列变频器的一个特点,电梯在S形曲线下能够更稳定运行,不管是电梯启动、变速还是制动过程,都会使电梯处于一个相对稳定的速度。变频器所选择的“S”形曲线有多条,变频器会根据电梯实际负荷情况来选择合适的曲线,在选择的过程中,只需要通过端子即可实现曲线的转换。端子一般分为三类,分别是×1,×2,×3三种,通过调动端子,可以得到7种曲线,在不同曲线下电梯的运行速度也是不同的。
ATV71系列的变频器还有多种功能,比如:故障检测、记忆等。变频器能够对电梯运行过程中的数据进行诊断,当出现故障时,就会将故障信息反馈到相应的端口来提醒工作人员,而记忆功能则有利于电梯的维护工作,不管电梯处于通电还是掉电,都能够对历史处理过的故障进行记忆。通过研究ATV7系列变频器的特点,成功的实现了用1台变频器控制主机的运行调速及门机开、关调速,其调速非常的主便, 即通过设置变频器的不同频率数即可改变速度值的大小及加减速过程。结构简单,可靠性很高,而有关的保护功能有很大提高。门机上只设开关门到位开关即可,减速开关可以通过变频器内的时间设置或PC机内的时间设置完成,以“软”代“硬”,以增强系统的可靠性。该工程经实际使用, 效果非常好, 达到设计要求。 整个运行曲线如图1所示。
3、系统框图及原理
某市隧道院选用的是施耐德ATV71系列变频器,采用PC机集中处理电梯选层信号、上下呼梯信号、楼层信号、拖动指令、开关门信号等,并用数字显示方式作为正常的楼层显示和门联锁及安全保护信号的故障自诊断优先显示,再配合ATV71系列本身具有的双CPU高速转矩计算、多段速度控制,及高性能的自动转差补偿功能、故障自诊断功能、显示、贮存功能和设定数字化等功能使整个系统具有高性能和高可靠性(如图2)。
4、变频器在电梯控制中的应用
4.1 变频器调速主电路
变频器对主电路起到调速的作用是离不开电抗器的,电抗能够将主电路中的高次谐电流出现次数进行有效减少,增加电动机过程中的功率因素,同时对电抗器的安装位置也有着严格要求,变频器输入侧的交流和直流部位是安装电抗器的最佳位置。在电梯运行的过程中,电路中的电压会出现不平衡的情况,而电抗器恰好能够使这种情况所造成的影响得到缓解。在变频器的输入侧除了安装电抗器以外,还可以安装噪音滤波器。在电梯运行的过程中都会产生一定的噪音,在电梯轿厢的狭小空间内,再加上噪音,一些乘客会出现一些不良反应,而噪音滤波器能够将电梯运行过程中所产生的造成进行吸收,从而使电梯轿厢内部的噪音得到减少,为乘客提供一个相对安静的环境。变频器与电动机之间的距离是非常重要的,当距离过长时,就会导致国电路的形成,为了避免这一现象,在变频器输出侧安装交流电抗器来保证分布电容的稳定。
当电动机的螺旋磁场转速低于电动机的机械转速时,就会造成电动机的动能转变为电能,并传输到电路之中,为了使电梯稳定、安全、可靠的运行,需要在电梯变频器附近安装电磁制动器, 并在电梯外界制动电阻和制动单元,这样才能使电梯在该状态下保持安全。
4.2 变频器节约系统电能
变频器主要是改变电动机的工作电源频率,从而使电梯的运行得到有效控制。在对电源频率进行变化时离不开电力半导体设备,电力半导体能够实现对电流的通断,进而实现电源频率的改变。电力半导体会根据电动机的实际运行情况进行改变,使其频率满足电梯的运行。非变频电动机由于不能对电源频率进行改变,电梯在空载的情况下就会造成不必要的电力浪费现象,因此, 变频器更具有节约电能的效果。
5、结语
随着科学技术的不断进步,变频器的技术也逐渐得到不断完善。变频器不仅能够实现电梯运行速度的调整,使电梯运行更加稳定、安全、可靠,还能达到一定的节约电能作用,响应了我国“节 能减排”的号召。通过对电梯运行速度的合理控制,能够使乘客在搭乘的过程中更加舒适,电梯的效率更高。
参考文献
[1]杜国华.基于PLC和变频器的电梯控制系统分析[J].机械工程师, 2013(8):130-131.
[2]王彦勇.PLC与变频器在电梯控制系统中的应用[J].建材技术与应用,2015(1):24-25.
论文作者:周次平,樊钢枪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/18
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