淺談電梯交流調速系統應用探索

概況：現代大都市的發展越來越快，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，電梯的快速發展對電梯的驅動系統提出越來越高的要求。傳統的直流驅動系統、交流變極調速系統、交流調壓調速系統和VVVF控制的異步電動機變頻調速系統已不能適應現代電梯的要求。現代交流調速系統已成為電梯曳引技術中新的熱點。
今天我們要探討的就是電梯交流調速系統應用。
一、對透明電梯模型的基本結構認識：

1. 仿真電梯模型機房部分：包括曳引機、限速器、極限開關、控制柜與信號柜、機械選層器以及電源接線板等設備。
2. 仿真電梯模型井道部分：包括導軌、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、導靴、自動開門機、平層裝置、操縱廂、轎廂內指層燈、轎廂照明等
仿真電梯模型轎廂位置檢測和電氣選層信號由安裝在轎廂頂上和各層站的雙穩態磁性開關得到，從而擺脫了以往靠繼電器和接觸開關等有觸點器件控制的龐雜線路系統，優化了線路，大大地提高了系統運行的可靠性，同時也便于檢修。
A. 限速器與安全鉗保護系統：
當發生意外事故時，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，曳引機蝸輪蝸嚙合失靈，電機下降轉速過高等原因）。這時，限速器就會緊急制動，通過安全鋼索及連桿機構，帶動安全鉗動作，使轎廂卡在導軌上而不會下落。
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，當電梯因故障，造成轎廂或對重蹾底或沖頂時（極限開關保護失效），轎廂或對重撞擊彈簧緩沖器，由緩沖器吸收電梯的能量，從而使轎廂或對重安全減速直至停止。
C. 終端極限開關安全保護系統：
在透明電梯模型井道的頂層及底層裝有終端極限開關。當電梯因故障失控，轎廂發生沖頂或蹲底時，終端極限開關切斷控制電路，使轎廂停止運行。
D. 門安全觸板保護裝置：
在轎廂門的邊沿上，裝有活動的安全觸板。當門在關閉過程中，安全觸板與乘客或障礙物相接觸時，通過與安全觸板相連的聯桿，觸及裝在轎廂門上的微動開關動作，使門重新打開，避免事故發生。
E. 門機力矩安全保護裝置：
透明電梯模型門機用一定的力矩同時關閉轎廂門和廳門。當有物品或人夾在門中時，就增加了關門力矩，于是通過相連的行程開關使轎廂門和廳門自動重新打開，從而避免事故發生。
F、廳門自動閉合裝置：
教學電梯模型層門的開與關，是通過安裝在轎門上的開門刀片來實現的。每個層門都裝有一把門鎖。層門關閉后，門鎖的機械鎖鉤嚙合，同時層門與轎門電氣連鎖觸頭閉合，電梯控制回路接通，此時電梯才能啟動運行。
二、電梯驅動系統的要求：
　　電梯的驅動系統對電梯的起動加速、穩速運行和制動減速起著控制作用。驅動系統的性能直接影響電梯的起動、制動加減速度、平層精度和乘坐的舒適性等指標。例如交流變極調速系統,它通過改變電機的極數進行調速,雖然具有線路簡單、成本低的優點,但只有兩或三種轉速可選擇,僅使用于額定速度<1m/s的電梯。論文檢測，無齒輪。。交流調速系統采用相控的晶閘管閉環調壓調速,采用渦流制動或反接制動等方法實現制動減速,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。常規的VVVF控制的異步電動機具有節能、高效、驅動控制設備體積和重量小的優點,但運行速度仍然不高。可見,要進一步提高電梯的運行速度、提高平層精度和乘坐舒適性必須依賴現代交流調速技術。為加快速度和縮短行程時間必須盡快使電機加速達到它所許可的最大速度并在此速度下穩速運行,而制動減速階段,則是定位控制的關鍵階段,它直接影響著平層的精度。
三、矢量變換控制的高速電梯驅動系統：
　　綜合上述常規的VVVF控制的異步電動機變頻調速系統,雖性能優良,但對高速電梯系統仍不
　　能滿足動態情況下的要求,尤其是電梯負載運行過程中收到外來因素擾動時,例如運行中遇到導軌的接頭臺階、安全鉗動作后導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,均能導致異步電動機中電磁轉矩的變化,從而影響電梯的運行性能。但使用矢量變換控制的高速VVVF電梯驅動系統,能使高速(甚至超高速)電梯充分滿足系統的動態調節要求。該系統結構的優點是:控制回路的硬件大大簡化,由于矢量變換的運算、電流控制回路和PWM脈寬調制的控制回
　　路都由軟件管理,所以簡化了硬件。系統由兩片微機構成,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被輸入兩片微機以進行雙重檢測,當計算機發生故障時,外部看門狗(WDT)和雙口RAM(DPRAM)就會交互計數檢查,從而確保其安全可靠。主電路采用IGBT作為開關器件,可提高逆變器的開關頻率和性能,減少了電機的噪聲。該系統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來計算轉矩指令T*,其中ω*r被輸入自動調速器(ASR),通過T*用來計算轉矩電流指令值I*q和轉差角速度指令值ω*s。由ω*s與轉子角速度反饋量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電流實際值被輸入到微機內的模/數(A/D)轉換器,然后將轉換到的數值送入矢量變換運算框進行d q變換,從而獲得轉矩電流分量實際值和勵磁電流分量實際值,并分別送電流調節器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。據資料介紹,日立公司推出的上述系統已成功地應用于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,變頻范圍擴大,能在1Hz之下調節,使電梯乘坐舒適,平層精度好。逆變器高頻的載波頻率,大大減小了電機的電磁噪聲。
四、電梯的直接轉矩控制系統：
　　ABB公司發展了具有革命性的電機控制技術即直接轉矩控制(簡稱DTC),KONE公司將此技術引入到電梯中,形成了TorqueMaster系列,以滿足乘客對運行的舒適感和平層精確性的高要求。據文獻報道,該DTC系統有下述特點:提供了一種比目前的矢量變換控制調速系統快10倍的力矩反應時間,其動態性能超過現在所有的拖動系統。這歸功于該系統采用了最新的高速信號處理技術,所有控制信號通過光纖輸出。變頻器的通斷由一個40MHz的數字信號處理器和一個ASIC(高級專用集成電路)控制。建立了合適的電機模型,并備有相應的軟件,可以精確計算電機模型。在自動跟蹤運行過程中,該模型被輸入電機的各種參數,基于這種信息系統始終可以精確計算電機的運轉情況。電梯的實際速度能快速地跟蹤指令速度,從而帶來極好的運行舒適感,這得益于該DTC系統快速的力矩反應和高的增益。DTC系統的舒適感,另外來自于它即使在零速時,仍能保持力矩,從而避免了常規系統在零速上下波動、使平層不平穩的缺點。
五、低速無齒輪永磁同步電動機曳引技術：
　　KONE公司推出無機房電梯(Monospace)方案,是建立在蝶式電動機技術上(EcoDisk)。它的主要貢獻在于完美地實現了無齒輪驅動。眾所周知,要實現無齒輪驅動,必須設法大大增大電機的轉矩。
　　(1)該電動機采用碟式扁平結構。首先增大電機的等效直徑,在同樣的電磁力作用下,能盡可能增大電機的輸出轉矩。論文檢測，無齒輪。。其次,扁平結構才有可能將曳引機置于井道的導軌后面,從而有可能取消機房。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,從而增大電機的電流,顯然也可以增大電機的輸出轉矩。
　　(2)設法減小曳引輪的直徑,這樣可以減小對電機輸出轉短的要求。
　　(3)采用2¨1的繞線方式,這相當于增大電機轉矩2.0倍。
　　(4)采用永磁同步電動機作為曳引機,由于采用高性能的釹鐵硼永磁材料作為轉子,并替代了傳統的磁繞組,從而沒有勵磁損耗,大大提高了效率,節省了空間。同時永磁同步電動機極易實現磁場定向的矢量變換控制,通過實時的檢測轉子位置,調節三相電流,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矩,并使同步電動機的功率因數為1。這對增大電機的電磁轉矩是有利的,同時還可使永磁同步電動機獲得與直流電動機一樣的線性的轉矩控制特性。
　　(5)設法提高永磁同步電動機的承載能力。眾所周知,不管直流電機還是交流電機,其過載轉矩倍數還可提高。在滿足電梯的起制動要求和電機發熱的前提下,應盡可能使電機的額定轉矩接近其最大轉矩,以充分利用電機產生轉矩的能力。論文檢測，無齒輪。。
　　以上措施使低速永磁同步電動機能夠產生足夠大的轉矩,使無齒輪驅動成為可能。這種電梯曳引技術以節省能量、保護環境、結構緊湊、堅固可靠、平穩安全等優點受到用戶的歡迎,其卓越性能使低速無齒輪驅動系統幾乎可替代傳統的曳引技術。目前世界各大電梯公司相繼推出這類產品,國內應大力開展這一系統的相關技術研究。

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