摘要:由于頻率逆變器比普通驅(qū)動技術(shù)更加優(yōu)越，異步電動機(jī)的變頻控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于曳引式電梯。下文將介紹現(xiàn)代變頻器系統(tǒng)的原理，說明其典型性能及與電梯運行相關(guān)的功能。
　　關(guān)鍵詞:變頻器；電動機(jī)；電梯運行；曳引式電梯電梯控制
　　1引言
　　由于變頻器比普通驅(qū)動技術(shù)性能更加優(yōu)越，異步電動機(jī)的變頻控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于曳引式電梯。盡管技術(shù)優(yōu)勢顯而易見，如節(jié)能、對電網(wǎng)影響月嗒，但是這類曳引機(jī)的使用還是相對要滯后一些，因為曳引電梯的運行總要考慮乘客舒適感，因此對于變頻器的要求極高。另一方面，這些技術(shù)也賦予了更新的機(jī)遇，從一套“機(jī)電系統(tǒng)”這
　　個意義上講應(yīng)該是這樣。
　　2變頻器控制系統(tǒng)功能
　　對于異步電動機(jī)頻率控制操作而言，必須有一個控制元件將電網(wǎng)電壓(頻率和電壓恒定)轉(zhuǎn)換成變壓變頻三相系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)，力矩一速度范圍里的任何一個點都可以實現(xiàn)(見圖l)。
　　
　　圖1變頻器工作的速度•力矩范圍
　
　　圖2控制裝置的基本構(gòu)造(有/無反饋裝置)
　　3電梯運行特性
　　3.1對控制系統(tǒng)的要求
　　對于控制驅(qū)動裝置而言，曳引式電梯表示的是“主動載荷”。這類載荷在整個速度范圍內(nèi)(包括零速)需要電動和發(fā)電力矩〔例如，可以比照對于一個風(fēng)扇驅(qū)動裝置的情況)。當(dāng)電梯啟動、抱閘打開時必須瞬間生成一個力矩，還要在電梯停層達(dá)到零速時控制力矩(“飄逸載荷”)。
　　這個范圍的“電動機(jī)控制”就是必須保持磁通量恒定。頻率總要能根據(jù)載荷的情況允許達(dá)到零值(旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)換包括0頻率)，為此，必須用一個復(fù)雜的矢量電動機(jī)模擬模型按照正確的變量方式來計算電動機(jī)的外部供電值(電壓矢量和電流矢量)。
　　在下列功能中，“脈沖波形發(fā)生器”和“動力單元”(參見圖2)這些設(shè)定好的信號必須重新生成。特是通向頻率范圍較小的情況下，而且要求重新生成的變量精確度要高。這樣就可以通過“聯(lián)機(jī)控制”輸出值來防止因逆變整流器停機(jī)時間而產(chǎn)生系統(tǒng)再生誤差。
　　在電壓矢量控制(VVC)中，個是通過實際電壓矢量反饋產(chǎn)生的“在線”脈沖波形來實現(xiàn)的。
　　控制技術(shù)設(shè)計用到了差異最大的概念及部分有生產(chǎn)廠家確定的術(shù)語(矢量控制器、磁場方向、VVC、DTC、無傳感器矢量控制等)。但是，其性能差異更多地取決于各個型號電機(jī)的質(zhì)量(包括參數(shù)的識別)，而不是控制原理。
　　3.2測速裝置/“無傳感器”
　　用戶最感興趣的問題就是控制概念是否按其原來需要二個高分辨率的累加測速裝置(參見圖2:實際速度值的反饋)或者某型號電動機(jī)在沒有測速反饋的情況下能否工作(例如，僅根據(jù)電流和電壓矢量的電氣數(shù)值進(jìn)行控制)。
　　這樣的“無傳感器”系統(tǒng)只能在頻率為0時方可使用，而且還有一定的限制。但是，經(jīng)過開發(fā)，這類產(chǎn)品已經(jīng)可以用于原來需要測速裝置的許多場合。在運行速度大約為1.6米/秒時，驅(qū)動裝置也可以在沒有測速裝置的情況下準(zhǔn)確定位。
　　對于更高的要求，“無傳感器系統(tǒng)可以通過測速裝置(二電動機(jī)控制和運行曲線所需的附加信息)補(bǔ)充完善。根據(jù)具體要求，可以采用比較合算(例如，每轉(zhuǎn)64個脈沖)的測速裝置就可以了。
　　3.3參數(shù)靈敏度
　　將電動機(jī)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)到正確使用狀態(tài)、振動對控制質(zhì)量有多大的影響具有很重要的實際意義。這些概念的優(yōu)點就是它們只需要電動機(jī)的銘牌，并計算電動機(jī)的其他信息(由于運行過程中發(fā)熱，這些量會略有變化)或者測量數(shù)據(jù)(參數(shù)識別、自學(xué)習(xí)、自動授權(quán)，自動Rl等)。
　　4對電動機(jī)的要求
　　(l)力矩特性
　　現(xiàn)代控制裝置在這個方面并沒有要求，既可以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的物理上有益的“硬”特性，也可以適應(yīng)普通的4/16極電梯電動機(jī)(例如，老電梯改造會遇到)的軟特性。
　　老式電梯電動機(jī)的最大力矩下限值并不妨礙電梯改造，因為這種情況下因為慣性輪質(zhì)量的省略，力矩要求降低了。
　　如果控制系統(tǒng)要求“軟”特性，電動機(jī)的損耗就會增大，選購的靈活性也會降低。
　　(2)標(biāo)準(zhǔn)電壓/特殊電壓
　　有些控制概念不允許輸出電壓(一次諧波)達(dá)到電網(wǎng)電壓的滿值。這類變頻器控制的電動機(jī)安裝特殊電壓設(shè)計，但是，現(xiàn)代變頻器控制的電動機(jī)都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，即400伏特。
　　(3)電網(wǎng)電流限定
　　變頻器的電流限定值限制輸出電流，至于輸入電流限定值(只取決于實際的功率輸出，參見電網(wǎng)電流消耗)，可能會有額外的“電網(wǎng)電流損耗減少”，它可以保證(與其它的調(diào)節(jié)量或者載荷無關(guān))電網(wǎng)電流最大消耗量是一個確定的減少量。力矩/速度范圍的范圍限定在與電梯實際力矩要求相對應(yīng)的范圍。(參見圖3)
　　充分利用這一優(yōu)點的前提條件就是:如果超出電流或者力矩要求，控制系統(tǒng)能夠自動適應(yīng)運行曲線，并不影響舒適運行。
　　
　　圖3電網(wǎng)電流限制原理
　　5電梯控制
　　(l)運行舒適感.
　　設(shè)定速度值對于電梯用變頻器，為達(dá)到較高運行舒適感而設(shè)定的一個S形運行曲線是最低標(biāo)準(zhǔn)。運行結(jié)束時，速度通常就是平層速度，直至停層開關(guān)，然后，電梯停靠在一個平層位置。根據(jù)系統(tǒng)的不同，可以從停層開關(guān)到平層位置采用位置控制裝置(電氣制動);或者簡單一點，電梯轎廂通過機(jī)械制動裝置減速，直至最后停梯。
　　制動問題
　　如果使用時間短，還要運行舒適，那就要采用這樣的方案:制動器的打開和閉合時間對于運行性能不能有任何影響。對于電梯控制系統(tǒng)一個的接口而言，變頻器都應(yīng)該都要對制動器加以控制。
　　起動
　　在脈沖測速裝置的使用過程中，制動器的打開時間是自動探測的，相應(yīng)的保持力矩由變頻器設(shè)定。這完全是由“保持力矩自動計算”來實現(xiàn)的，因此，啟動時毫無抖動，而且不受載荷影響。
　　采用測速反饋時，機(jī)械制動裝置的打開時間只在變頻器上用參數(shù)設(shè)定，然后設(shè)定值指示器就會延時圖3電網(wǎng)電流限制原理啟動。
　　有沒有測速反饋功能都不影響制動器的閉合時間，因為運行結(jié)束時，就會產(chǎn)生電氣保持力矩，直至制動器安全閉合。
　　(2)運行時間
　　除了運行舒適感要求高外，運行時間最佳優(yōu)化方案也很重要。經(jīng)常用于層間運行的“中間速度”只是一個次最佳方案。
　　所以，運行曲線指示器已經(jīng)上市好長時間，通過采取措施向正常運行曲線糾正，運行過程出現(xiàn)了向上拱的運行模式(參見圖4)，這些普通的運行曲線指示器通常有下列缺點:
　　運行曲線必須手動優(yōu)化到給定的標(biāo)定制動距離(使用過程中比較耗時);
　　如果某個時間點必須達(dá)到制動標(biāo)定位置，那還要部分收到限制。
　　為了避免這些缺點，一套全新的概念—在線位置控制應(yīng)經(jīng)應(yīng)用于速度曲線發(fā)生器上。
　　運行指令發(fā)出后，按照時間控制方法，設(shè)定值就會增大直至制動標(biāo)定位置，對應(yīng)于參數(shù)化的運行曲線數(shù)據(jù)。一旦到達(dá)制動標(biāo)定位置，在線位置控制裝置就會動作。根據(jù)剩余距離，時間優(yōu)化運行的正確速度在不停地計算(在線)直至平層位置，并考慮到了所有參數(shù)化運行曲線參數(shù)(加速度變化率1.4，加速度，減速度，預(yù)期平層位置等)。有一點很重要:到達(dá)制動標(biāo)定位置的時間點沒有限制。不論什么時候到達(dá)制動標(biāo)定位置，在線位置控制裝置都會計算最大可達(dá)速度情況下的時間優(yōu)化行程。簡單一點的系統(tǒng)總要延長平層距離或者減小加速度(參見圖4)。即使驅(qū)動裝置不能生成計算出的運行曲線(即如果電網(wǎng)電流被動限制變?yōu)橹鲃酉拗?，這個也會立刻由在線位置控制裝置來完成，新的最大可能的速度就是目標(biāo)。
　　直到現(xiàn)在，還得假設(shè)行程結(jié)束時，電梯以平層速度通過停層開關(guān)，然后停靠在平層位置。
　　從理論上講，可以不經(jīng)過平層而直接停層。如果直接平層，則可節(jié)約更多時間(參見圖4)。
　　除了運行時間優(yōu)化外，在線位置控制裝置還有另外一個重要的優(yōu)點。
　　在所有電梯中，制動標(biāo)定的距離都小于層間距離，同樣的運行指令也適用于層間運行，還可以穿越好幾個樓層，這樣，電梯安裝工程規(guī)劃就可以大大簡化，也可以節(jié)省一大批費用。運行過程中沒有必要改變速度質(zhì)量。
　　
　　圖4運行曲線(普通概念及帶有在線位置控制裝置的概念)
　　(3)調(diào)節(jié)舒適感
　　由于不同的電梯很廣的范圍(速度、傳動方式、電動機(jī)型號等)，每臺變頻器在使用前都必須根據(jù)各個電梯的具體驅(qū)動情況來確定參數(shù)。所以，調(diào)節(jié)很高的舒適感(簡單明了的參數(shù)設(shè)定)是很重要的。具體實施方法如下:.便于理解和掌握的輸入工具(帶有簡單的系統(tǒng)功能鍵的鍵盤);
　　菜單參數(shù)結(jié)構(gòu)明晰，因此，查找參數(shù)快捷;
　　所有數(shù)值的輸入必須帶物理單位(伏特、安培、毫米、秒)或者純文本。變頻器的所有信息都是以純文本形式給出的。銘牌數(shù)據(jù)只需要電動機(jī)參數(shù)，定子繞組和電動機(jī)引線的阻值應(yīng)當(dāng)自動測量;
　　參數(shù)確定完后，變頻器就要對整個參數(shù)組的合理性進(jìn)行測試。如果有任何參數(shù)設(shè)定不合理，就會以純文本形式顯示出來;.線性運行曲線數(shù)據(jù)的最小制動距離已經(jīng)標(biāo)識出來;
　　制動標(biāo)識不一定就是實際制動點，運行曲線可以不改變制動標(biāo)識而進(jìn)行優(yōu)化。這樣，可以晚一些通過簡圖4運行曲線(普通概念及帶有在線位置控制裝置的概念)單方法進(jìn)行優(yōu)化(當(dāng)然要在系統(tǒng)的物理限定范圍之內(nèi)，如加速度、減速度、平層距離等);
　　變頻器設(shè)有30個存儲地址的事件庫，至少可以保存30個事件的日期和時間。此外，還有一些重要的實際數(shù)值和事件發(fā)生時設(shè)備運行狀態(tài)記錄。該事件存儲裝置在查找不常見故障時特別有幫助。
　　6結(jié)束語
　　以上就是從“機(jī)械電子一體化”整體方案這個意義上講，由于微電子技術(shù)的發(fā)展，利用現(xiàn)代電梯變頻器基于系統(tǒng)的優(yōu)點及智能裝置功能的開發(fā)將標(biāo)志著曳引電梯技術(shù)方面的新高度。