论述电梯变频器的技术要求

　　摘要:由于频率逆变器比普通驱动技术更加优越，异步电动机的变频控制系统已经广泛应用于曳引式电梯。下文将介绍现代变频器系统的原理，说明其典型性能及与电梯运行相关的功能。
　　关键词:变频器；电动机；电梯运行；曳引式电梯电梯控制
　　1引言
　　由于变频器比普通驱动技术性能更加优越，异步电动机的变频控制系统已经广泛应用于曳引式电梯。尽管技术优势显而易见，如节能、对电网影响月嗒，但是这类曳引机的使用还是相对要滞后一些，因为曳引电梯的运行总要考虑乘客舒适感，因此对于变频器的要求极高。另一方面，这些技术也赋予了更新的机遇，从一套“机电系统”这
　　个意义上讲应该是这样。
　　2变频器控制系统功能
　　对于异步电动机频率控制操作而言，必须有一个控制元件将电网电压(频率和电压恒定)转换成变压变频三相系统。采用该系统，力矩一速度范围里的任何一个点都可以实现(见图l)。
　　
　　图1变频器工作的速度•力矩范围
　
　　图2控制装置的基本构造(有/无反馈装置)
　　3电梯运行特性
　　3.1对控制系统的要求
　　对于控制驱动装置而言，曳引式电梯表示的是“主动载荷”。这类载荷在整个速度范围内(包括零速)需要电动和发电力矩〔例如，可以比照对于一个风扇驱动装置的情况)。当电梯启动、抱闸打开时必须瞬间生成一个力矩，还要在电梯停层达到零速时控制力矩(“飘逸载荷”)。
　　这个范围的“电动机控制”就是必须保持磁通量恒定。频率总要能根据载荷的情况允许达到零值(旋转磁场转换包括0频率)，为此，必须用一个复杂的矢量电动机模拟模型按照正确的变量方式来计算电动机的外部供电值(电压矢量和电流矢量)。
　　在下列功能中，“脉冲波形发生器”和“动力单元”(参见图2)这些设定好的信号必须重新生成。特是通向频率范围较小的情况下，而且要求重新生成的变量精确度要高。这样就可以通过“联机控制”输出值来防止因逆变整流器停机时间而产生系统再生误差。
　　在电压矢量控制(VVC)中，个是通过实际电压矢量反馈产生的“在线”脉冲波形来实现的。
　　控制技术设计用到了差异最大的概念及部分有生产厂家确定的术语(矢量控制器、磁场方向、VVC、DTC、无传感器矢量控制等)。但是，其性能差异更多地取决于各个型号电机的质量(包括参数的识别)，而不是控制原理。
　　3.2测速装置/“无传感器”
　　用户最感兴趣的问题就是控制概念是否按其原来需要二个高分辨率的累加测速装置(参见图2:实际速度值的反馈)或者某型号电动机在没有测速反馈的情况下能否工作(例如，仅根据电流和电压矢量的电气数值进行控制)。
　　这样的“无传感器”系统只能在频率为0时方可使用，而且还有一定的限制。但是，经过开发，这类产品已经可以用于原来需要测速装置的许多场合。在运行速度大约为1.6米/秒时，驱动装置也可以在没有测速装置的情况下准确定位。
　　对于更高的要求，“无传感器系统可以通过测速装置(二电动机控制和运行曲线所需的附加信息)补充完善。根据具体要求，可以采用比较合算(例如，每转64个脉冲)的测速装置就可以了。
　　3.3参数灵敏度
　　将电动机数据调节到正确使用状态、振动对控制质量有多大的影响具有很重要的实际意义。这些概念的优点就是它们只需要电动机的铭牌，并计算电动机的其他信息(由于运行过程中发热，这些量会略有变化)或者测量数据(参数识别、自学习、自动授权，自动Rl等)。
　　4对电动机的要求
　　(l)力矩特性
　　现代控制装置在这个方面并没有要求，既可以适应标准电动机的物理上有益的“硬”特性，也可以适应普通的4/16极电梯电动机(例如，老电梯改造会遇到)的软特性。
　　老式电梯电动机的最大力矩下限值并不妨碍电梯改造，因为这种情况下因为惯性轮质量的省略，力矩要求降低了。
　　如果控制系统要求“软”特性，电动机的损耗就会增大，选购的灵活性也会降低。
　　(2)标准电压/特殊电压
　　有些控制概念不允许输出电压(一次谐波)达到电网电压的满值。这类变频器控制的电动机安装特殊电压设计，但是，现代变频器控制的电动机都是标准设计的，即400伏特。
　　(3)电网电流限定
　　变频器的电流限定值限制输出电流，至于输入电流限定值(只取决于实际的功率输出，参见电网电流消耗)，可能会有额外的“电网电流损耗减少”，它可以保证(与其它的调节量或者载荷无关)电网电流最大消耗量是一个确定的减少量。力矩/速度范围的范围限定在与电梯实际力矩要求相对应的范围。(参见图3)
　　充分利用这一优点的前提条件就是:如果超出电流或者力矩要求，控制系统能够自动适应运行曲线，并不影响舒适运行。
　　
　　图3电网电流限制原理
　　5电梯控制
　　(l)运行舒适感.
　　设定速度值对于电梯用变频器，为达到较高运行舒适感而设定的一个S形运行曲线是最低标准。运行结束时，速度通常就是平层速度，直至停层开关，然后，电梯停靠在一个平层位置。根据系统的不同，可以从停层开关到平层位置采用位置控制装置(电气制动);或者简单一点，电梯轿厢通过机械制动装置减速，直至最后停梯。
　　制动问题
　　如果使用时间短，还要运行舒适，那就要采用这样的方案:制动器的打开和闭合时间对于运行性能不能有任何影响。对于电梯控制系统一个的接口而言，变频器都应该都要对制动器加以控制。
　　起动
　　在脉冲测速装置的使用过程中，制动器的打开时间是自动探测的，相应的保持力矩由变频器设定。这完全是由“保持力矩自动计算”来实现的，因此，启动时毫无抖动，而且不受载荷影响。
　　采用测速反馈时，机械制动装置的打开时间只在变频器上用参数设定，然后设定值指示器就会延时图3电网电流限制原理启动。
　　有没有测速反馈功能都不影响制动器的闭合时间，因为运行结束时，就会产生电气保持力矩，直至制动器安全闭合。
　　(2)运行时间
　　除了运行舒适感要求高外，运行时间最佳优化方案也很重要。经常用于层间运行的“中间速度”只是一个次最佳方案。
　　所以，运行曲线指示器已经上市好长时间，通过采取措施向正常运行曲线纠正，运行过程出现了向上拱的运行模式(参见图4)，这些普通的运行曲线指示器通常有下列缺点:
　　运行曲线必须手动优化到给定的标定制动距离(使用过程中比较耗时);
　　如果某个时间点必须达到制动标定位置，那还要部分收到限制。
　　为了避免这些缺点，一套全新的概念—在线位置控制应经应用于速度曲线发生器上。
　　运行指令发出后，按照时间控制方法，设定值就会增大直至制动标定位置，对应于参数化的运行曲线数据。一旦到达制动标定位置，在线位置控制装置就会动作。根据剩余距离，时间优化运行的正确速度在不停地计算(在线)直至平层位置，并考虑到了所有参数化运行曲线参数(加速度变化率1.4，加速度，减速度，预期平层位置等)。有一点很重要:到达制动标定位置的时间点没有限制。不论什么时候到达制动标定位置，在线位置控制装置都会计算最大可达速度情况下的时间优化行程。简单一点的系统总要延长平层距离或者减小加速度(参见图4)。即使驱动装置不能生成计算出的运行曲线(即如果电网电流被动限制变为主动限制)，这个也会立刻由在线位置控制装置来完成，新的最大可能的速度就是目标。
　　直到现在，还得假设行程结束时，电梯以平层速度通过停层开关，然后停靠在平层位置。
　　从理论上讲，可以不经过平层而直接停层。如果直接平层，则可节约更多时间(参见图4)。
　　除了运行时间优化外，在线位置控制装置还有另外一个重要的优点。
　　在所有电梯中，制动标定的距离都小于层间距离，同样的运行指令也适用于层间运行，还可以穿越好几个楼层，这样，电梯安装工程规划就可以大大简化，也可以节省一大批费用。运行过程中没有必要改变速度质量。
　　
　　图4运行曲线(普通概念及带有在线位置控制装置的概念)
　　(3)调节舒适感
　　由于不同的电梯很广的范围(速度、传动方式、电动机型号等)，每台变频器在使用前都必须根据各个电梯的具体驱动情况来确定参数。所以，调节很高的舒适感(简单明了的参数设定)是很重要的。具体实施方法如下:.便于理解和掌握的输入工具(带有简单的系统功能键的键盘);
　　菜单参数结构明晰，因此，查找参数快捷;
　　所有数值的输入必须带物理单位(伏特、安培、毫米、秒)或者纯文本。变频器的所有信息都是以纯文本形式给出的。铭牌数据只需要电动机参数，定子绕组和电动机引线的阻值应当自动测量;
　　参数确定完后，变频器就要对整个参数组的合理性进行测试。如果有任何参数设定不合理，就会以纯文本形式显示出来;.线性运行曲线数据的最小制动距离已经标识出来;
　　制动标识不一定就是实际制动点，运行曲线可以不改变制动标识而进行优化。这样，可以晚一些通过简图4运行曲线(普通概念及带有在线位置控制装置的概念)单方法进行优化(当然要在系统的物理限定范围之内，如加速度、减速度、平层距离等);
　　变频器设有30个存储地址的事件库，至少可以保存30个事件的日期和时间。此外，还有一些重要的实际数值和事件发生时设备运行状态记录。该事件存储装置在查找不常见故障时特别有帮助。
　　6结束语
　　以上就是从“机械电子一体化”整体方案这个意义上讲，由于微电子技术的发展，利用现代电梯变频器基于系统的优点及智能装置功能的开发将标志着曳引电梯技术方面的新高度。