主頁 > 技術(shù)文章 > 淺談電梯交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用探索 2024-10-28

淺談電梯交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用探索

概況：現(xiàn)代大都市的發(fā)展越來越快，人口也越來越多，隨著而來的是城市的高層建筑越建越多也越建越高。所以電梯現(xiàn)在成為了人們工作和生活密不可分的一部分，電梯的快速發(fā)展對電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出越來越高的要求。傳統(tǒng)的直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流變極調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和VVVF控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)已不能適應(yīng)現(xiàn)代電梯的要求�，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)已成為電梯曳引技術(shù)中新的熱點(diǎn)。
今天我們要探討的就是電梯交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用。
一、對透明電梯模型的基本結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)：

1. 仿真電梯模型機(jī)房部分：包括曳引機(jī)、限速器、極限開關(guān)、控制柜與信號(hào)柜、機(jī)械選層器以及電源接線板等設(shè)備。
2. 仿真電梯模型井道部分：包括導(dǎo)軌、對重裝置、緩沖器、限速器鋼絲繩張緊裝置、隨行電纜等。
3. 仿真電梯模型廳門部分：包括廳門、召喚按鈕廂、樓層顯示裝置等。
4. 仿真電梯模型轎廂部分：包括轎廂、安全鉗、導(dǎo)靴、自動(dòng)開門機(jī)、平層裝置、操縱廂、轎廂內(nèi)指層燈、轎廂照明等
仿真電梯模型轎廂位置檢測和電氣選層信號(hào)由安裝在轎廂頂上和各層站的雙穩(wěn)態(tài)磁性開關(guān)得到，從而擺脫了以往靠繼電器和接觸開關(guān)等有觸點(diǎn)器件控制的龐雜線路系統(tǒng)，優(yōu)化了線路，大大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也便于檢修。
A. 限速器與安全鉗保護(hù)系統(tǒng)：
當(dāng)發(fā)生意外事故時(shí)，透明電梯模型轎廂超速或高速下滑（如鋼絲繩折斷，轎頂滑輪脫離，曳引機(jī)蝸輪蝸嚙合失靈，電機(jī)下降轉(zhuǎn)速過高等原因）。這時(shí)，限速器就會(huì)緊急制動(dòng)，通過安全鋼索及連桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)安全鉗動(dòng)作，使轎廂卡在導(dǎo)軌上而不會(huì)下落。
B. 轎廂、對重用彈簧緩沖裝置：
透明電梯模型緩沖器是電梯極限位置的安全裝置，當(dāng)電梯因故障，造成轎廂或?qū)χ剀H底或沖頂時(shí)（極限開關(guān)保護(hù)失效），轎廂或?qū)χ刈矒魪椈删彌_器，由緩沖器吸收電梯的能量，從而使轎廂或?qū)χ匕踩珳p速直至停止。
C. 終端極限開關(guān)安全保護(hù)系統(tǒng)：
在透明電梯模型井道的頂層及底層裝有終端極限開關(guān)。當(dāng)電梯因故障失控，轎廂發(fā)生沖頂或蹲底時(shí)，終端極限開關(guān)切斷控制電路，使轎廂停止運(yùn)行。
D. 門安全觸板保護(hù)裝置：
在轎廂門的邊沿上，裝有活動(dòng)的安全觸板。當(dāng)門在關(guān)閉過程中，安全觸板與乘客或障礙物相接觸時(shí)，通過與安全觸板相連的聯(lián)桿，觸及裝在轎廂門上的微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，使門重新打開，避免事故發(fā)生。
E. 門機(jī)力矩安全保護(hù)裝置：
透明電梯模型門機(jī)用一定的力矩同時(shí)關(guān)閉轎廂門和廳門。當(dāng)有物品或人夾在門中時(shí)，就增加了關(guān)門力矩，于是通過相連的行程開關(guān)使轎廂門和廳門自動(dòng)重新打開，從而避免事故發(fā)生。
F、廳門自動(dòng)閉合裝置：
教學(xué)電梯模型層門的開與關(guān)，是通過安裝在轎門上的開門刀片來實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)層門都裝有一把門鎖。層門關(guān)閉后，門鎖的機(jī)械鎖鉤嚙合，同時(shí)層門與轎門電氣連鎖觸頭閉合，電梯控制回路接通，此時(shí)電梯才能啟動(dòng)運(yùn)行。
二、電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求：
　　電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對電梯的起動(dòng)加速、穩(wěn)速運(yùn)行和制動(dòng)減速起著控制作用。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能直接影響電梯的起動(dòng)、制動(dòng)加減速度、平層精度和乘坐的舒適性等指標(biāo)。例如交流變極調(diào)速系統(tǒng),它通過改變電機(jī)的極數(shù)進(jìn)行調(diào)速,雖然具有線路簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn),但只有兩或三種轉(zhuǎn)速可選擇,僅使用于額定速度<1m/s的電梯。論文檢測，無齒輪。。交流調(diào)速系統(tǒng)采用相控的晶閘管閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速,采用渦流制動(dòng)或反接制動(dòng)等方法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)減速,從而使乘坐舒適感、平層精度較前有所改善。主要用于速度在2.5m/s以下的電梯。常規(guī)的VVVF控制的異步電動(dòng)機(jī)具有節(jié)能、高效、驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備體積和重量小的優(yōu)點(diǎn),但運(yùn)行速度仍然不高。可見,要進(jìn)一步提高電梯的運(yùn)行速度、提高平層精度和乘坐舒適性必須依賴現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)。為加快速度和縮短行程時(shí)間必須盡快使電機(jī)加速達(dá)到它所許可的最大速度并在此速度下穩(wěn)速運(yùn)行,而制動(dòng)減速階段,則是定位控制的關(guān)鍵階段,它直接影響著平層的精度。
三、矢量變換控制的高速電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：
　　綜合上述常規(guī)的VVVF控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),雖性能優(yōu)良,但對高速電梯系統(tǒng)仍不
　　能滿足動(dòng)態(tài)情況下的要求,尤其是電梯負(fù)載運(yùn)行過程中收到外來因素?cái)_動(dòng)時(shí),例如運(yùn)行中遇到導(dǎo)軌的接頭臺(tái)階、安全鉗動(dòng)作后導(dǎo)軌工作表面拉傷和變形、門刀碰撞門鎖滾輪而引起的瞬間沖擊等,均能導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩的變化,從而影響電梯的運(yùn)行性能。但使用矢量變換控制的高速VVVF電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),能使高速(甚至超高速)電梯充分滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)要求。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:控制回路的硬件大大簡化,由于矢量變換的運(yùn)算、電流控制回路和PWM脈寬調(diào)制的控制回
　　路都由軟件管理,所以簡化了硬件。系統(tǒng)由兩片微機(jī)構(gòu)成,用于管理PWM控制和電梯的主控制電路,從而加快了信息處理速度。此外電梯的速度、CT的輸出和各種安全信號(hào)被輸入兩片微機(jī)以進(jìn)行雙重檢測,當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí),外部看門狗(WDT)和雙口RAM(DPRAM)就會(huì)交互計(jì)數(shù)檢查,從而確保其安全可靠。主電路采用IGBT作為開關(guān)器件,可提高逆變器的開關(guān)頻率和性能,減少了電機(jī)的噪聲。該系統(tǒng)采用了差頻矢量控制方式。利用速度指令和速度反饋的偏差ω*r來計(jì)算轉(zhuǎn)矩指令T*,其中ω*r被輸入自動(dòng)調(diào)速器(ASR),通過T*用來計(jì)算轉(zhuǎn)矩電流指令值I*q和轉(zhuǎn)差角速度指令值ω*s。由ω*s與轉(zhuǎn)子角速度反饋量ω*s疊加后獲得定子角速度指令值ω*1。論文檢測，無齒輪。。I*q和ω*1這兩個(gè)變量指令值被送入電流控制部分。由快速電流傳感器測得的電機(jī)電流實(shí)際值被輸入到微機(jī)內(nèi)的模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器,然后將轉(zhuǎn)換到的數(shù)值送入矢量變換運(yùn)算框進(jìn)行d q變換,從而獲得轉(zhuǎn)矩電流分量實(shí)際值和勵(lì)磁電流分量實(shí)際值,并分別送電流調(diào)節(jié)器ACR。該逆變器采用電壓空間矢量的控制方式,圖中矢量合成部分和空間矢量部分,即完成這一功能,在此不再詳述。據(jù)資料介紹,日立公司推出的上述系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于9m/s的高速電梯中,由于逆變器采用了電壓空間矢量控制的方式,變頻范圍擴(kuò)大,能在1Hz之下調(diào)節(jié),使電梯乘坐舒適,平層精度好。逆變器高頻的載波頻率,大大減小了電機(jī)的電磁噪聲。
四、電梯的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)：
　　ABB公司發(fā)展了具有革命性的電機(jī)控制技術(shù)即直接轉(zhuǎn)矩控制(簡稱DTC),KONE公司將此技術(shù)引入到電梯中,形成了TorqueMaster系列,以滿足乘客對運(yùn)行的舒適感和平層精確性的高要求。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,該DTC系統(tǒng)有下述特點(diǎn):提供了一種比目前的矢量變換控制調(diào)速系統(tǒng)快10倍的力矩反應(yīng)時(shí)間,其動(dòng)態(tài)性能超過現(xiàn)在所有的拖動(dòng)系統(tǒng)。這歸功于該系統(tǒng)采用了最新的高速信號(hào)處理技術(shù),所有控制信號(hào)通過光纖輸出。變頻器的通斷由一個(gè)40MHz的數(shù)字信號(hào)處理器和一個(gè)ASIC(高級(jí)專用集成電路)控制。建立了合適的電機(jī)模型,并備有相應(yīng)的軟件,可以精確計(jì)算電機(jī)模型。在自動(dòng)跟蹤運(yùn)行過程中,該模型被輸入電機(jī)的各種參數(shù),基于這種信息系統(tǒng)始終可以精確計(jì)算電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。電梯的實(shí)際速度能快速地跟蹤指令速度,從而帶來極好的運(yùn)行舒適感,這得益于該DTC系統(tǒng)快速的力矩反應(yīng)和高的增益。DTC系統(tǒng)的舒適感,另外來自于它即使在零速時(shí),仍能保持力矩,從而避免了常規(guī)系統(tǒng)在零速上下波動(dòng)、使平層不平穩(wěn)的缺點(diǎn)。
五、低速無齒輪永磁同步電動(dòng)機(jī)曳引技術(shù)：
　　KONE公司推出無機(jī)房電梯(Monospace)方案,是建立在蝶式電動(dòng)機(jī)技術(shù)上(EcoDisk)。它的主要貢獻(xiàn)在于完美地實(shí)現(xiàn)了無齒輪驅(qū)動(dòng)。眾所周知,要實(shí)現(xiàn)無齒輪驅(qū)動(dòng),必須設(shè)法大大增大電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
　　(1)該電動(dòng)機(jī)采用碟式扁平結(jié)構(gòu)。首先增大電機(jī)的等效直徑,在同樣的電磁力作用下,能盡可能增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。論文檢測，無齒輪。。其次,扁平結(jié)構(gòu)才有可能將曳引機(jī)置于井道的導(dǎo)軌后面,從而有可能取消機(jī)房。論文檢測，無齒輪。。論文檢測，無齒輪。。而且有利于定子鐵心和繞組的散熱,從而增大電機(jī)的電流,顯然也可以增大電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
　　(2)設(shè)法減小曳引輪的直徑,這樣可以減小對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)短的要求。
　　(3)采用2¨1的繞線方式,這相當(dāng)于增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩2.0倍。
　　(4)采用永磁同步電動(dòng)機(jī)作為曳引機(jī),由于采用高性能的釹鐵硼永磁材料作為轉(zhuǎn)子,并替代了傳統(tǒng)的磁繞組,從而沒有勵(lì)磁損耗,大大提高了效率,節(jié)省了空間。同時(shí)永磁同步電動(dòng)機(jī)極易實(shí)現(xiàn)磁場定向的矢量變換控制,通過實(shí)時(shí)的檢測轉(zhuǎn)子位置,調(diào)節(jié)三相電流,使定子電流綜合矢量始終在q軸與氣隙主磁場正交,可以獲得最大的電磁轉(zhuǎn)矩,并使同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)為1。這對增大電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是有利的,同時(shí)還可使永磁同步電動(dòng)機(jī)獲得與直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性的轉(zhuǎn)矩控制特性。
　　(5)設(shè)法提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的承載能力。眾所周知,不管直流電機(jī)還是交流電機(jī),其過載轉(zhuǎn)矩倍數(shù)還可提高。在滿足電梯的起制動(dòng)要求和電機(jī)發(fā)熱的前提下,應(yīng)盡可能使電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩接近其最大轉(zhuǎn)矩,以充分利用電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力。論文檢測，無齒輪。。
　　以上措施使低速永磁同步電動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩,使無齒輪驅(qū)動(dòng)成為可能。這種電梯曳引技術(shù)以節(jié)省能量、保護(hù)環(huán)境、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固可靠、平穩(wěn)安全等優(yōu)點(diǎn)受到用戶的歡迎,其卓越性能使低速無齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾乎可替代傳統(tǒng)的曳引技術(shù)。目前世界各大電梯公司相繼推出這類產(chǎn)品,國內(nèi)應(yīng)大力開展這一系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究。

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