浅谈电梯交流调速系统应用探索

概况：现代大都市的发展越来越快，人口也越来越多，随着而来的是城市的高层建筑越建越多也越建越高。所以电梯现在成为了人们工作和生活密不可分的一部分，电梯的快速发展对电梯的驱动系统提出越来越高的要求。传统的直流驱动系统、交流变极调速系统、交流调压调速系统和VVVF控制的异步电动机变频调速系统已不能适应现代电梯的要求。现代交流调速系统已成为电梯曳引技术中新的热点。
今天我们要探讨的就是电梯交流调速系统应用。
一、对透明电梯模型的基本结构认识：

1. 仿真电梯模型机房部分：包括曳引机、限速器、极限开关、控制柜与信号柜、机械选层器以及电源接线板等设备。
2. 仿真电梯模型井道部分：包括导轨、对重装置、缓冲器、限速器钢丝绳张紧装置、随行电缆等。
3. 仿真电梯模型厅门部分：包括厅门、召唤按钮厢、楼层显示装置等。
4. 仿真电梯模型轿厢部分：包括轿厢、安全钳、导靴、自动开门机、平层装置、操纵厢、轿厢内指层灯、轿厢照明等
仿真电梯模型轿厢位置检测和电气选层信号由安装在轿厢顶上和各层站的双稳态磁性开关得到，从而摆脱了以往靠继电器和接触开关等有触点器件控制的庞杂线路系统，优化了线路，大大地提高了系统运行的可靠性，同时也便于检修。
A. 限速器与安全钳保护系统：
当发生意外事故时，透明电梯模型轿厢超速或高速下滑（如钢丝绳折断，轿顶滑轮脱离，曳引机蜗轮蜗啮合失灵，电机下降转速过高等原因）。这时，限速器就会紧急制动，通过安全钢索及连杆机构，带动安全钳动作，使轿厢卡在导轨上而不会下落。
B. 轿厢、对重用弹簧缓冲装置：
透明电梯模型缓冲器是电梯极限位置的安全装置，当电梯因故障，造成轿厢或对重蹾底或冲顶时（极限开关保护失效），轿厢或对重撞击弹簧缓冲器，由缓冲器吸收电梯的能量，从而使轿厢或对重安全减速直至停止。
C. 终端极限开关安全保护系统：
在透明电梯模型井道的顶层及底层装有终端极限开关。当电梯因故障失控，轿厢发生冲顶或蹲底时，终端极限开关切断控制电路，使轿厢停止运行。
D. 门安全触板保护装置：
在轿厢门的边沿上，装有活动的安全触板。当门在关闭过程中，安全触板与乘客或障碍物相接触时，通过与安全触板相连的联杆，触及装在轿厢门上的微动开关动作，使门重新打开，避免事故发生。
E. 门机力矩安全保护装置：
透明电梯模型门机用一定的力矩同时关闭轿厢门和厅门。当有物品或人夹在门中时，就增加了关门力矩，于是通过相连的行程开关使轿厢门和厅门自动重新打开，从而避免事故发生。
F、厅门自动闭合装置：
教学电梯模型层门的开与关，是通过安装在轿门上的开门刀片来实现的。每个层门都装有一把门锁。层门关闭后，门锁的机械锁钩啮合，同时层门与轿门电气连锁触头闭合，电梯控制回路接通，此时电梯才能启动运行。
二、电梯驱动系统的要求：
　　电梯的驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。驱动系统的性能直接影响电梯的起动、制动加减速度、平层精度和乘坐的舒适性等指标。例如交流变极调速系统,它通过改变电机的极数进行调速,虽然具有线路简单、成本低的优点,但只有两或三种转速可选择,仅使用于额定速度<1m/s的电梯。论文检测，无齿轮。。交流调速系统采用相控的晶闸管闭环调压调速,采用涡流制动或反接制动等方法实现制动减速,从而使乘坐舒适感、平层精度较前有所改善。主要用于速度在2.5m/s以下的电梯。常规的VVVF控制的异步电动机具有节能、高效、驱动控制设备体积和重量小的优点,但运行速度仍然不高。可见,要进一步提高电梯的运行速度、提高平层精度和乘坐舒适性必须依赖现代交流调速技术。为加快速度和缩短行程时间必须尽快使电机加速达到它所许可的最大速度并在此速度下稳速运行,而制动减速阶段,则是定位控制的关键阶段,它直接影响着平层的精度。
三、矢量变换控制的高速电梯驱动系统：
　　综合上述常规的VVVF控制的异步电动机变频调速系统,虽性能优良,但对高速电梯系统仍不
　　能满足动态情况下的要求,尤其是电梯负载运行过程中收到外来因素扰动时,例如运行中遇到导轨的接头台阶、安全钳动作后导轨工作表面拉伤和变形、门刀碰撞门锁滚轮而引起的瞬间冲击等,均能导致异步电动机中电磁转矩的变化,从而影响电梯的运行性能。但使用矢量变换控制的高速VVVF电梯驱动系统,能使高速(甚至超高速)电梯充分满足系统的动态调节要求。该系统结构的优点是:控制回路的硬件大大简化,由于矢量变换的运算、电流控制回路和PWM脉宽调制的控制回
　　路都由软件管理,所以简化了硬件。系统由两片微机构成,用于管理PWM控制和电梯的主控制电路,从而加快了信息处理速度。此外电梯的速度、CT的输出和各种安全信号被输入两片微机以进行双重检测,当计算机发生故障时,外部看门狗(WDT)和双口RAM(DPRAM)就会交互计数检查,从而确保其安全可靠。主电路采用IGBT作为开关器件,可提高逆变器的开关频率和性能,减少了电机的噪声。该系统采用了差频矢量控制方式。利用速度指令和速度反馈的偏差ω*r来计算转矩指令T*,其中ω*r被输入自动调速器(ASR),通过T*用来计算转矩电流指令值I*q和转差角速度指令值ω*s。由ω*s与转子角速度反馈量ω*s叠加后获得定子角速度指令值ω*1。论文检测，无齿轮。。I*q和ω*1这两个变量指令值被送入电流控制部分。由快速电流传感器测得的电机电流实际值被输入到微机内的模/数(A/D)转换器,然后将转换到的数值送入矢量变换运算框进行d q变换,从而获得转矩电流分量实际值和励磁电流分量实际值,并分别送电流调节器ACR。该逆变器采用电压空间矢量的控制方式,图中矢量合成部分和空间矢量部分,即完成这一功能,在此不再详述。据资料介绍,日立公司推出的上述系统已成功地应用于9m/s的高速电梯中,由于逆变器采用了电压空间矢量控制的方式,变频范围扩大,能在1Hz之下调节,使电梯乘坐舒适,平层精度好。逆变器高频的载波频率,大大减小了电机的电磁噪声。
四、电梯的直接转矩控制系统：
　　ABB公司发展了具有革命性的电机控制技术即直接转矩控制(简称DTC),KONE公司将此技术引入到电梯中,形成了TorqueMaster系列,以满足乘客对运行的舒适感和平层精确性的高要求。据文献报道,该DTC系统有下述特点:提供了一种比目前的矢量变换控制调速系统快10倍的力矩反应时间,其动态性能超过现在所有的拖动系统。这归功于该系统采用了最新的高速信号处理技术,所有控制信号通过光纤输出。变频器的通断由一个40MHz的数字信号处理器和一个ASIC(高级专用集成电路)控制。建立了合适的电机模型,并备有相应的软件,可以精确计算电机模型。在自动跟踪运行过程中,该模型被输入电机的各种参数,基于这种信息系统始终可以精确计算电机的运转情况。电梯的实际速度能快速地跟踪指令速度,从而带来极好的运行舒适感,这得益于该DTC系统快速的力矩反应和高的增益。DTC系统的舒适感,另外来自于它即使在零速时,仍能保持力矩,从而避免了常规系统在零速上下波动、使平层不平稳的缺点。
五、低速无齿轮永磁同步电动机曳引技术：
　　KONE公司推出无机房电梯(Monospace)方案,是建立在蝶式电动机技术上(EcoDisk)。它的主要贡献在于完美地实现了无齿轮驱动。众所周知,要实现无齿轮驱动,必须设法大大增大电机的转矩。
　　(1)该电动机采用碟式扁平结构。首先增大电机的等效直径,在同样的电磁力作用下,能尽可能增大电机的输出转矩。论文检测，无齿轮。。其次,扁平结构才有可能将曳引机置于井道的导轨后面,从而有可能取消机房。论文检测，无齿轮。。论文检测，无齿轮。。而且有利于定子铁心和绕组的散热,从而增大电机的电流,显然也可以增大电机的输出转矩。
　　(2)设法减小曳引轮的直径,这样可以减小对电机输出转短的要求。
　　(3)采用2¨1的绕线方式,这相当于增大电机转矩2.0倍。
　　(4)采用永磁同步电动机作为曳引机,由于采用高性能的钕铁硼永磁材料作为转子,并替代了传统的磁绕组,从而没有励磁损耗,大大提高了效率,节省了空间。同时永磁同步电动机极易实现磁场定向的矢量变换控制,通过实时的检测转子位置,调节三相电流,使定子电流综合矢量始终在q轴与气隙主磁场正交,可以获得最大的电磁转矩,并使同步电动机的功率因数为1。这对增大电机的电磁转矩是有利的,同时还可使永磁同步电动机获得与直流电动机一样的线性的转矩控制特性。
　　(5)设法提高永磁同步电动机的承载能力。众所周知,不管直流电机还是交流电机,其过载转矩倍数还可提高。在满足电梯的起制动要求和电机发热的前提下,应尽可能使电机的额定转矩接近其最大转矩,以充分利用电机产生转矩的能力。论文检测，无齿轮。。
　　以上措施使低速永磁同步电动机能够产生足够大的转矩,使无齿轮驱动成为可能。这种电梯曳引技术以节省能量、保护环境、结构紧凑、坚固可靠、平稳安全等优点受到用户的欢迎,其卓越性能使低速无齿轮驱动系统几乎可替代传统的曳引技术。目前世界各大电梯公司相继推出这类产品,国内应大力开展这一系统的相关技术研究。

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