摘要:由于頻率逆變器比普通驅(qū)動(dòng)技術(shù)更加優(yōu)越，異步電動(dòng)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(yùn)行相關(guān)的功能。
　　關(guān)鍵詞:變頻器；電動(dòng)機(jī)；電梯運(yùn)行；曳引式電梯電梯控制
　　1引言
　　由于變頻器比普通驅(qū)動(dòng)技術(shù)性能更加優(yōu)越，異步電動(dòng)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(shì)顯而易見，如節(jié)能、對(duì)電網(wǎng)影響月嗒，但是這類曳引機(jī)的使用還是相對(duì)要滯后一些，因?yàn)橐芬�電梯的運(yùn)行總要考慮乘客舒適感，因此對(duì)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(gè)意義上講應(yīng)該是這樣。
　　2變頻器控制系統(tǒng)功能
　　對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)頻率控制操作而言，必須有一個(gè)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(gè)點(diǎn)都可以實(shí)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(wú)反饋裝置)
　　3電梯運(yùn)行特性
　　3.1對(duì)控制系統(tǒng)的要求
　　對(duì)于控制驅(qū)動(dòng)裝置而言，曳引式電梯表示的是“主動(dòng)載荷”。這類載荷在整個(gè)速度范圍內(nèi)(包括零速)需要電動(dòng)和發(fā)電力矩〔例如，可以比照對(duì)于一個(gè)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)裝置的情況)。當(dāng)電梯啟動(dòng)、抱閘打開時(shí)必須瞬間生成一個(gè)力矩，還要在電梯停層達(dá)到零速時(shí)控制力矩(“飄逸載荷”)。
　　這個(gè)范圍的“電動(dòng)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(chǎng)轉(zhuǎn)換包括0頻率)，為此，必須用一個(gè)復(fù)雜的矢量電動(dòng)機(jī)模擬模型按照正確的變量方式來(lái)計(jì)算電動(dòng)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(dòng)力單元”(參見圖2)這些設(shè)定好的信號(hào)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(lái)防止因逆變整流器停機(jī)時(shí)間而產(chǎn)生系統(tǒng)再生誤差。
　　在電壓矢量控制(VVC)中，個(gè)是通過實(shí)際電壓矢量反饋產(chǎn)生的“在線”脈沖波形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
　　控制技術(shù)設(shè)計(jì)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(yǔ)(矢量控制器、磁場(chǎng)方向、VVC、DTC、無(wú)傳感器矢量控制等)。但是，其性能差異更多地取決于各個(gè)型號(hào)電機(jī)的質(zhì)量(包括參數(shù)的識(shí)別)，而不是控制原理。
　　3.2測(cè)速裝置/“無(wú)傳感器”
　　用戶最感興趣的問題就是控制概念是否按其原來(lái)需要二個(gè)高分辨率的累加測(cè)速裝置(參見圖2:實(shí)際速度值的反饋)或者某型號(hào)電動(dòng)機(jī)在沒有測(cè)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(wú)傳感器”系統(tǒng)只能在頻率為0時(shí)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(lái)需要測(cè)速裝置的許多場(chǎng)合。在運(yùn)行速度大約為1.6米/秒時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置也可以在沒有測(cè)速裝置的情況下準(zhǔn)確定位。
　　對(duì)于更高的要求，“無(wú)傳感器系統(tǒng)可以通過測(cè)速裝置(二電動(dòng)機(jī)控制和運(yùn)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(gè)脈沖)的測(cè)速裝置就可以了。
　　3.3參數(shù)靈敏度
　　將電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)到正確使用狀態(tài)、振動(dòng)對(duì)控制質(zhì)量有多大的影響具有很重要的實(shí)際意義。這些概念的優(yōu)點(diǎn)就是它們只需要電動(dòng)機(jī)的銘牌，并計(jì)算電動(dòng)機(jī)的其他信息(由于運(yùn)行過程中發(fā)熱，這些量會(huì)略有變化)或者測(cè)量數(shù)據(jù)(參數(shù)識(shí)別、自學(xué)習(xí)、自動(dòng)授權(quán)，自動(dòng)Rl等)。
　　4對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求
　　(l)力矩特性
　　現(xiàn)代控制裝置在這個(gè)方面并沒有要求，既可以適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)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(dòng)機(jī)(例如，老電梯改造會(huì)遇到)的軟特性。
　　老式電梯電動(dòng)機(jī)的最大力矩下限值并不妨礙電梯改造，因?yàn)檫@種情況下因?yàn)閼T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(dòng)機(jī)的損耗就會(huì)增大，選購(gòu)的靈活性也會(huì)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(dòng)機(jī)安裝特殊電壓設(shè)計(jì)，但是，現(xiàn)代變頻器控制的電動(dòng)機(jī)都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)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(shí)際的功率輸出，參見電網(wǎng)電流消耗)，可能會(huì)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(wú)關(guān))電網(wǎng)電流最大消耗量是一個(gè)確定的減少量。力矩/速度范圍的范圍限定在與電梯實(shí)際力矩要求相對(duì)應(yīng)的范圍。(參見圖3)
　　充分利用這一優(yōu)點(diǎn)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(dòng)適應(yīng)運(yùn)行曲線，并不影響舒適運(yùn)行。
　　
　　圖3電網(wǎng)電流限制原理
　　5電梯控制
　　(l)運(yùn)行舒適感.
　　設(shè)定速度值對(duì)于電梯用變頻器，為達(dá)到較高運(yùn)行舒適感而設(shè)定的一個(gè)S形運(yùn)行曲線是最低標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行結(jié)束時(shí)，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(gè)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(dòng));或者簡(jiǎn)單一點(diǎn)，電梯轎廂通過機(jī)械制動(dòng)裝置減速，直至最后停梯。
　　制動(dòng)問題
　　如果使用時(shí)間短，還要運(yùn)行舒適，那就要采用這樣的方案:制動(dòng)器的打開和閉合時(shí)間對(duì)于運(yùn)行性能不能有任何影響。對(duì)于電梯控制系統(tǒng)一個(gè)的接口而言，變頻器都應(yīng)該都要對(duì)制動(dòng)器加以控制。
　　起動(dòng)
　　在脈沖測(cè)速裝置的使用過程中，制動(dòng)器的打開時(shí)間是自動(dòng)探測(cè)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(dòng)計(jì)算”來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，啟動(dòng)時(shí)毫無(wú)抖動(dòng)，而且不受載荷影響。
　　采用測(cè)速反饋時(shí)，機(jī)械制動(dòng)裝置的打開時(shí)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(huì)延時(shí)圖3電網(wǎng)電流限制原理啟動(dòng)。
　　有沒有測(cè)速反饋功能都不影響制動(dòng)器的閉合時(shí)間，因?yàn)檫\(yùn)行結(jié)束時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電氣保持力矩，直至制動(dòng)器安全閉合。
　　(2)運(yùn)行時(shí)間
　　除了運(yùn)行舒適感要求高外，運(yùn)行時(shí)間最佳優(yōu)化方案也很重要。經(jīng)常用于層間運(yùn)行的“中間速度”只是一個(gè)次最佳方案。
　　所以，運(yùn)行曲線指示器已經(jīng)上市好長(zhǎng)時(shí)間，通過采取措施向正常運(yùn)行曲線糾正，運(yùn)行過程出現(xiàn)了向上拱的運(yùn)行模式(參見圖4)，這些普通的運(yùn)行曲線指示器通常有下列缺點(diǎn):
　　運(yùn)行曲線必須手動(dòng)優(yōu)化到給定的標(biāo)定制動(dòng)距離(使用過程中比較耗時(shí));
　　如果某個(gè)時(shí)間點(diǎn)必須達(dá)到制動(dòng)標(biāo)定位置，那還要部分收到限制。
　　為了避免這些缺點(diǎn)，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(yùn)行指令發(fā)出后，按照時(shí)間控制方法，設(shè)定值就會(huì)增大直至制動(dòng)標(biāo)定位置，對(duì)應(yīng)于參數(shù)化的運(yùn)行曲線數(shù)據(jù)。一旦到達(dá)制動(dòng)標(biāo)定位置，在線位置控制裝置就會(huì)動(dòng)作。根據(jù)剩余距離，時(shí)間優(yōu)化運(yùn)行的正確速度在不停地計(jì)算(在線)直至平層位置，并考慮到了所有參數(shù)化運(yùn)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(diǎn)很重要:到達(dá)制動(dòng)標(biāo)定位置的時(shí)間點(diǎn)沒有限制。不論什么時(shí)候到達(dá)制動(dòng)標(biāo)定位置，在線位置控制裝置都會(huì)計(jì)算最大可達(dá)速度情況下的時(shí)間優(yōu)化行程。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的系統(tǒng)總要延長(zhǎng)平層距離或者減小加速度(參見圖4)。即使驅(qū)動(dòng)裝置不能生成計(jì)算出的運(yùn)行曲線(即如果電網(wǎng)電流被動(dòng)限制變?yōu)橹鲃?dòng)限制)，這個(gè)也會(huì)立刻由在線位置控制裝置來(lái)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(shí)，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(shí)間(參見圖4)。
　　除了運(yùn)行時(shí)間優(yōu)化外，在線位置控制裝置還有另外一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。
　　在所有電梯中，制動(dòng)標(biāo)定的距離都小于層間距離，同樣的運(yùn)行指令也適用于層間運(yùn)行，還可以穿越好幾個(gè)樓層，這樣，電梯安裝工程規(guī)劃就可以大大簡(jiǎn)化，也可以節(jié)省一大批費(fèi)用。運(yùn)行過程中沒有必要改變速度質(zhì)量。
　　
　　圖4運(yùn)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(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)型號(hào)等)，每臺(tái)變頻器在使用前都必須根據(jù)各個(gè)電梯的具體驅(qū)動(dòng)情況來(lái)確定參數(shù)。所以，調(diào)節(jié)很高的舒適感(簡(jiǎn)單明了的參數(shù)設(shè)定)是很重要的。具體實(shí)施方法如下:.便于理解和掌握的輸入工具(帶有簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)參數(shù)，定子繞組和電動(dòng)機(jī)引線的阻值應(yīng)當(dāng)自動(dòng)測(cè)量;
　　參數(shù)確定完后，變頻器就要對(duì)整個(gè)參數(shù)組的合理性進(jìn)行測(cè)試。如果有任何參數(shù)設(shè)定不合理，就會(huì)以純文本形式顯示出來(lái);.線性運(yùn)行曲線數(shù)據(jù)的最小制動(dòng)距離已經(jīng)標(biāo)識(shí)出來(lái);
　　制動(dòng)標(biāo)識(shí)不一定就是實(shí)際制動(dòng)點(diǎn)，運(yùn)行曲線可以不改變制動(dòng)標(biāo)識(shí)而進(jìn)行優(yōu)化。這樣，可以晚一些通過簡(jiǎn)圖4運(yùn)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(gè)存儲(chǔ)地址的事件庫(kù)，至少可以保存30個(gè)事件的日期和時(shí)間。此外，還有一些重要的實(shí)際數(shù)值和事件發(fā)生時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)記錄。該事件存儲(chǔ)裝置在查找不常見故障時(shí)特別有幫助。
　　6結(jié)束語(yǔ)
　　以上就是從“機(jī)械電子一體化”整體方案這個(gè)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(diǎn)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。