黄世杰
浙江省特种设备科学研究院，浙江省杭州市310000
摘要：改革开放以来，我国科技水平迅速发展，各行各业都在快速进步。目前，电梯传动的主要控制方式是变频调速，电梯运行速度控制可使用合适的变频器和电动机。介绍了电梯控制系统和变频器的组成，并探讨了变频器在电梯控制系统中的应用。
关键词：变频器；电梯；控制系统；应用
引言
由于电梯的特殊性，要求拖动系统应能可靠而频繁的实现正反转和加减速控制。而加减速控制的动态性能和可靠性，在很大程度上决定了电梯的乘坐安全感、舒适感和效率。
现在电梯上用得较多的高速方法多为可控硅调压调速以及能耗制动、涡流制动等。但都存在着程度不等的问题。如元器件问题、易受静电干扰、焊接质量问题、受温度影响等，再加上安装质量问题，使得维护保养不易，另外还有能耗大、维修费高等，更使电梯不易普及。
1电梯控制系统的组成
控制、操纵、平台和位置显示设备是电梯控制系统中的重要组成部分。对电梯机房的控制柜中进行操作,使电梯的运行速度按照其逻辑功能正常运行,从而达到对电梯操纵的目的;为了更好控制电梯的运行,在电梯轿厢中都会有按钮箱来实现对电梯位置的控制,同时在厅门上也会有召唤箱,便于乘坐电梯的用户操控电梯;电梯在接收到运行指令以后,就会在特定的楼层进行停留,这些操作都离不开平层控制,通过平层控制,能够使电梯轿厢准确平层;指示灯在电梯轿厢以及厅门是必不可少的装置,能够准确显示出电梯当前所在的楼层,将此信息反馈给用户,从而达到控制显示位置的目的,指示灯除了显示电梯所在楼层以外,还会显示电梯运行方向的准确信息。
不同的电梯有着不同的电梯系统,其不同之处往往在于驱动部分,笔者以日本富士电梯为例进行简单分析。在日本富士电梯中,其变频器为专用的变频器,型号为5000G11D,该变频器与具有先进的32位数字信号处理器(DSP)技术,该技术能够准确收集电梯的运行信息,并在对信息进行处理,将处理的结果反馈至相关设备,从而达到有效控制电梯的目的,使电梯的电动机稳定运行。
电梯在运行的过程中往往会出现各种各样的噪音,噪音成为电梯运行中的一个重要问题,而该变频器中所采用的DSP技术能够电梯电动机中电流波形改变,从而优化电梯的运行曲线,以达到降低噪音的目的。在电梯内部设有S曲线及位置控制反馈,因此,用户能够更好控制电梯,同时电梯的舒适性也得到了提高。在该电梯系统中,还采用了可编程控制器,该控制器能够使电梯的编辑控制更加有效,使电梯系统的驱动更加完善,同时也有利于对变频器的控制。
2变频器组成
变频器是一种较为高效的电能控制装置，利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率，它可改变点源频率，启动异步电机，最终实现对电梯的变频调速。变频器包含整流单元、逆变器、控制器等模块。在变频器内部运行过程中，整流单元可将工频交流电转变成直流电，直流中间电路可保存电能。在设计过程中，逆变器选用IGBT三相桥式逆变器，其主要功能是将直流电转变为不同脉宽、不同幅度和不同频率的方波。控制器可控制输出方波脉宽，使其输出PWM波形，从而有效控制交流电机。
变频器应用在电梯中时，可整流工频交流电源，将其改为直流电后，可通过逆变器使其变为交流电，从而输出PWM波形。与此同时，可根据实际要求改变输出交流电的频率和电压。
目前，大多数电梯使用的通用型变频器在频率调节、额定功率、输出电压和输入电压等方面基本与电梯控制系统的运行要求相符合。变频器是电梯控制系统最重要的元件，内部内置了PID控制、RS-485通信口等全新功能，可对电梯运行速度进行合理控制，从而保障电梯运行的安全性、舒适性和平稳性。
3变频器在电梯控制系统中的应用
3.1变频器调速主电路
变频器对主电路起到调速的作用是离不开电抗器的,电抗器能够将主电路中的高次谐电流出现次数进行有效减少,增加电动机过程中的功率因素,同时对电抗器的安装位置也有着严格要求,变频器输入侧的交流和直流部位是安装电抗器的最佳位置。在电梯运行的过程中,电路中的电压会出现不平衡的情况,而电抗器恰好能够使这种情况所造成的影响得到缓解。在变频器的输入侧除了安装电抗器以外,还可以安装噪音滤波器。
在电梯运行的过程中都会产生一定的噪音,在电梯轿厢的狭小空间内,再加上噪音,一些乘客会出现一些不良反应,而噪音滤波器能够将电梯运行过程中所产生的造成进行吸收,从而使电梯轿厢内部的噪音得到减少,为乘客提供一个相对安静的环境。变频器与电动机之间的距离是非常重要的,当距离过长时,就会导致国电路的形成,为了避免这一现象,在变频器输出侧安装交流电抗器来保证分布电容的稳定。
当电动机的螺旋磁场转速低于电动机的机械转速时,就会造成电动机的动能转变为电能,并传输到电路之中,为了使电梯稳定、安全、可靠的运行,需要在电梯变频器附近安装电磁制动器,并在电梯外界制动电阻和制动单元,这样才能使电梯在该状态下保持安全。
3.2在抑制电梯运行振动以及噪音方面的运用
变频调速技术的运用可以在很大程度上解决电梯运行过程中的噪音以及振动等问题，可以为人们带来更加舒适的乘坐体验，并且变频调速的方式也体现出了较强的经济性。通常情况下，导致电梯运行过程中出现噪音以及振动现象的主要原因体现在以下几个方面:首先，导轨偏差较大，导致碰撞现象出现;其次，导轨润滑不良;再次，导靴轴承磨损严重;最后，钢丝绳张力调整不良。将变频调速技术运用到电梯改造中之后，应用多微机串行的方式来对逻辑系统进行控制，可以对电梯运行过程中的各项参数进行监测，进而实现对外部信息的及时处理，掌握了电梯外部设备的情况，提升了电梯运行舒适程度。
3.3变频器节约系统电能
变频器主要是改变电动机的工作电源频率,从而使电梯的运行得到有效控制。在对电源频率进行变化时离不开电力半导体设备,电力半导体能够实现对电流的通断,进而实现电源频率的改变。电力半导体会根据电动机的实际运行情况进行改变,使其频率满足电梯的运行。非变频电动机由于不能对电源频率进行改变,电梯在空载的情况下就会造成不必要的电力浪费现象,因此,变频器更具有节约电能的效果。
3.4拖动控制体系
对于电梯编程控制器来说，电梯拖动体系的品质会直接关系到乘客乘坐电梯时的舒适感，同时也会直接影响到平层的精度。对于可编程控制器而言，正反信号以及速度信号会直接影响到变频器的运行情况，因此，要根据事先设定好的运作曲线来实现对机转方向进行控制，电梯在实际运用过程中，其运作曲线往往是动态性的，根据相应的调查研究，可以发现，如果电梯从零速开始加速，一直到稳定匀速运行的状态，其整个过程变化较为迅速。在运行过程中，邻近层的运作往往会直接影响到中速运作曲线的变化以及选择，从而需要减速制动。
结语
近年来，我国科学技术水平不断提高，电梯行业飞速发展，PID控制、变频器以及永磁同步电动机等新技术开始广泛应用于电梯设计中。在电梯控制系统设计中，人们要综合分析建筑物实际情况和电梯使用性能要求，合理地将变频器应用于电梯控制系统中，有效满足电梯运行要求，保证电梯运行的经济性、安全性以及高效性，促进电梯行业实现可持续发展。
参考文献
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