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摘要：交流的调速技术随着电力电子技术以及微电子技术的快速发展也得到了进一步的突破。尤其是电梯的变频调速控制变得越来越完善。文章介绍的变频器的工作原理使我们对电梯的控制系统有了更清晰的认识，变频器在电梯控制系统中的应用不仅仅是调速主电路，还有良好的节约电能功能。节约电能符合现在可持续发展的生态理念，而调速功能可以有效地满足乘客的舒适感以及平层精度，并且与其他类型的交流调速系统相比，其运行效率更高。
关键词：变频器；电梯控制系统；应用
1导言
由于电梯的特殊性，要求拖动系统应能可靠而频繁的实现正反转和加减速控制。而加减速控制的动态性能和可靠性，在很大程度上决定了电梯的乘坐安全感、舒适感和效率。现在电梯上用得较多的高速方法多为可控硅调压调速以及能耗制动、涡流制动等。但都存在着程度不等的问题。如元器件问题、易受静电干扰、焊接质量问题、受温度影响等，再加上安装质量问题，使得维护保养不易，另外还有能耗大、维修费高等，更使电梯不易普及。
2电梯的控制系统
2.1电梯控制系统的组成
电梯控制系统主要由控制、操纵、平层以及位置显示装置构成。在机房的控制柜上，根据电梯整体运行的逻辑功能来实现控制装置对电梯的操纵；电梯在运行过程中，通过操作轿厢内的按钮箱以及厅门的召唤箱按钮实现操纵置装控制；根据接收到的平层控制信号，对电梯轿厢进行准确的操作实现平层装置的控制；在电梯的轿内和厅门中安装着指示灯，并根据其显示确定电梯所在楼层的位置，实现位置显示装置的控制。此外，厅门的指示灯还能准确指示电梯运行的方向。
随着一体化控制器的发展，集中了电梯控制器和高性能矢量变频器的功能，两者结合为核心，组成一个电梯驱动控制系统，通过集选控制具有高度自动化的电梯运行控制，轿顶控制板与一体化控制器采用CANBUS通讯，实现轿厢相关部件的信息采集与控制，厅外显示与一体化控制器采用Modbus通讯，只需简单的设置对应楼层地址，即可完成所有楼层外招唤的指令登记与显示
2.2电梯的工作过程
假如电梯正以关门待行的状态停靠在某一层，当有人在门外呼叫电梯时，电梯门打开，人进入到轿厢门；其次电梯接收到关门指令信号后关门，延时装置的自动指令或乘客的手动关门指令能够发出关门信号；然后按照接收到的选层指令，电梯做出是上行还是下行的判断。如果是上行指令，电磁制动器的线圈将会被接通，并使其释放，那么电梯就会按照指定的升速曲线向上运行。而且在上行的过程中，电梯会反复对比电梯运行速度给定的信号与反馈信号，来调整电梯的运行，使其最终的速度曲线能够贴近理想的运行曲线，来确保电梯能够保持平稳运行。同时，在电梯上升过程中，经过的每一个楼层的信号都会被位置传感器检测，并与电梯位置进行对照，确保显示出正确的楼层位置。此外，电梯在运行时会及时搜索呼叫信号，发现即将传来的搜索信号时，轿厢会按照接到延时信号会立即做减速运动，同时平层传感器会感受到隔磁板的插入，当检测出平层信号时，电梯会继续减速直到平层区，此时电磁制动器执行断电指令，电梯停止运行并打开电门。
2.3电梯电动机的工作状态
当配重物体的重量小于轿厢的总体重量时，轿厢处于满载状态，在这种情形下，电梯电动机的正常发电状态是轿厢上升且电动机做正转运动；而电动机的再生发电状态是轿厢下降且电动机做反转运动。当配重物体的重量大于轿厢的总体重量时，轿厢则处于轻载状态，而在这种情形下，是轿厢上升且电动机做正转运动时却是电动机的再生发电状态，而且由于受到配重物体自身重力的影响，电梯轿厢会被迫上升，使电动机的同步转速小与实际转速；同理，轿厢下降且电动机做反转运动时是电梯电动机的正常发电状态。鉴于电动机的发电状态，为了使多余的电能有效利用，将再生能源回馈电网。由于变频器的应用，使得这一技术得以发展，配合能源回馈单元，采用先进的PWM整流控制技术，替代常规的能耗制动，实现电梯的四象限运行，完成控制系统的三相可控整流及回馈制动，将再生能量回馈给电网，达到减少能耗和节流环保的目的
2.4电梯变频调速主电路
变频器输入侧安装的交流电抗器和直流电抗器，用于减小高次谐波电流并提高功率因数。同时，也相应减小了电源电压不平衡所带来的影响。为抑制高频噪声，输入侧加装了噪声滤波器。当变频器与电动机距离较长（超过20米时），输出侧应该加装交流电抗器，以防止因线路过长增大的分布电容而引起的过电流。同时也加装噪声滤波器。由于电梯在重载下降时，处于再生发电状态。因此，有必要外接制动电阻和制动单元。同时，为安全考虑，有必要安装电磁制动器。
2.5控制电路特点
电梯运行过程中，给定信号不断地与速度比较，并且不断地进行速度校正，使之尽量接近理想的电梯运行曲线。设置位置检测信号，随时判断轿厢的当前位置，并根据轿厢的当前位置、运行状态、运行方向以及接收到的呼梯指令来判断下一站要停的楼层，算出与当前的距离，并根据当前的速度来决定加速运行还是减速爬行。控制电路必须随时搜索电梯当前位置、速度信息、手动或自动信息、呼梯信息以及平层等。通过电机编码器的反馈信号控制电机，同时以脉冲计数的方式记录井道各位置开关的高度信息，自动生成运行曲线，实现准确平层，直接停靠，保障运行安全。而变频器调速方式为交流变频调速，从而使得根据运行曲线自动调速，达到节能目的。
3变频器的工作原理
变频器的主要特点有两个，即有良好的调速性能和很强的节约电能的能力。其中变频器调速电梯的电气原理如图1所示。
图1变频器调速电梯的工作原理图
在变频器的工作过程中，主要需要以下几种电路来完成。
3.1整流和回馈电路
整流和回馈电路的两个重要功能：其一是通过整流把主电路网络的三相交流电变为直流电，然后以直流电源的形式供给逆变器；其二是当电梯做减速运动或制动时，把电动机的再生电能及时回馈给主电路网络。由于电梯主电路使用器件通常是IGBT或者IPM模块，所以从系统运行状态来看，这一电路不但可以被当作整流器，而且可以被当作有源逆变器。
3.2逆变电路
IGBT或者IPM模块是逆变电路常用的器件，能够提供交流电动机所需的三线交流电，确保交流电机的正常工作。
3.3检测电路
GT代表的是电流互感器，它的功能是检测变频器的输出电流，整流变压器TP的功能是检测主电路网络的同步信号，而电位器RP的功能则是检测直流回路的实际电压。
3.4控制电路
电梯控制器或者PLC构成了控制电路的核心组成部分，其主要的工作过程如下：首先电梯向电气传动系统发出电梯运行的速度、电流以及位置等各项指令信号，并且产生具有自动诊断的功能PWM的控制信号；其次控制电路的核心部分，如PLC，微机板，接收到指令信号后进行各类指令信号的逻辑处理和控制；完成信号的处理后再向变频器发射出起、停等指令信号；与此同时，变频器也把电梯工作状态的信号反馈给了控制电路的核心部分，这样就形成了一个双向联络的关系。
3.5变频器的保护功能
过电流保护功能，过载保护功能，电压保护功能等等，这些功能在电梯应用中都能有效防止变频器所驱动的电动机被烧毁，或者不正常的运行。
4结语
交流变频器在电梯的应用，不但操作维护简单，而且对工艺参数有显著的改进，取得了显著的节能效果。该系统实际运行结果证明，交流变频调速技术具有较高的应用价值，特别是为解决电梯类设备耗电严重的问题，提供了一条有效的节能途径。
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[4]谭对平.PLC在电梯控制系统中的应用[J].中国高新技术企业，2012，（06）：76-78.
论文作者:吴娜吉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/29
标签：电梯论文; 变频器论文; 信号论文; 电动机论文; 指令论文; 电路论文; 状态论文; 《电力设备》2017年第21期论文;