变频器在建筑施工升降机上的应用研究

冯业海

（南宁建起重设备制造有限公司　广西　南宁市　530031）

变频器在建筑施工升降机上的应用研究

冯业海

（南宁建起重设备制造有限公司广西南宁市530031）

如今，随着城市进程的加快，城市建筑业的不断发展，作为建筑施工必不可少的设备，升降机的使用正逐年增加。施工升降机被广泛应用于高层建筑、超高层建筑等建筑施工中，而变频器在升降机中的应用，实现了对升降机启动速度的良好控制，减少起停机时的瞬间冲击，保证安全的同时，又提高了工作效率。本文将从建筑施工中的升降机出发，探讨变频器在升降机上的应用。

施工升降机；变频器；应用；分析

普通升降机一般采用的是接触器-继电器控制方式，直接启动和机械抱闸强制制动，在控制系统、起动与刹车系统、平层系统等方面，存在启动速度冲击大，对电气组件损害大，运行速度较低的问题。随着用户对施工升降机的性能及安全要求越来越高，传统的控制方式已无法适应高层建筑施工中垂直运输的高强度要求。

基于上述原因，随着调速方式的不断改进和变频技术的不断发展。变频调速方式凭借着零速制动、无冲击性能等绝对优势超越了其它的任何调速方案，成为目前主导的调速方式。

变频器在建筑施工升降机中的应用主要是在变频调速技术、变频调速系统方面的应用。它是一种采用变频技术与微电子技术相结合的方式，改变电源频率，从而控制交流电动机的电力控制设备。通过设置系统参数，合理地调整输出电压和频率、一方面达到了节能的效果，另一方面，减少起制动冲击、减少电能消耗和组件的损耗，使操作平稳运行，提高工作效率。再加上其特有的过压、过载等的保护功能，在施工升降机中得到广泛使用。

1　升降机的结构及控制

施工升降机又称为施工电梯，用作载人载货，载重量为1～3t，广泛用于建筑施工等领域，如工业、民用建筑、井下施工、等场所，是高层建筑施工中的关键部分。同时施工升降机的安装高度可随建筑物的升高而加节，搬运灵活，可降低施工人员的劳动强度。

升降机的主要由底架、导轨架、吊笼、导轨、传动系统、电气系统、安全保护装置、附墙架、底架护栏等部件组成。

2　变频器在建筑施工升降机上的应用——升降机变频调速系统

2.1变频调速系统结构

升降机变频调速系统由制动装置部分和控制系统组成。前者包括：制动电阻，异步电动机，变频调速器，变频器制动单元，联动台，电气保护装置等构成。后者控制系统主要通过操作联动台上的速度转换手柄，然后输出信号给变频器，由变频器自动改变频率值后，最终达到调速的目的。

制动电阻的选取：

在升降的过程中，变频系统的设计重点在于电动机处于回馈制动状态下的系统可靠性，特别是出现吊笼下降时的工况，就会引发系统障碍。当在整个重物下降过程中，电机处于发电状态，再生电能返回至变频器直流母线，此时常采用制动电阻器等耗能装置。

同时，可通过计算来表示升降机变频系统在下降过程中各参数的变化情况。系统设置初期参数的精确值确定有一定难度。而在实际使用中，系统的减速特征是会随现场的需要而改变的。电动机功率的40～70%之间，而制动电阻的阻值R可参照以下计算：

在匀速下降时电阻消耗的稳态功率：Pe=ωmMeδ

2.2电动机的选取

单台电机的参数设置主要考虑到使用电机的型号所涉及的额定功率、额定转速、额定电流、制动器励磁电压、负载持续率等进行确定和计算。

施工升降机的起升电机应选择转动惯量小、频繁起动、起动转矩大的变频电机。

2.3变频器的选取

在选定电动机后，就可进行控制系统的设计。首先是变频器的选型。一方面，考虑单个变频器，用于升降机的传动系统，最好选用具有直接转矩控制或者矢量控制，运行稳定的变频器。另一方面，考虑到不同品牌变频器即使在同样功率下，其过载能力和额定电流值都有所差异的情况，应选用变频器的容量比电动机大一级的变频器。如：在SC200型施工升降机中，每台电动机功率为11kW，则电机的功率为3×11=33kW，可选用37kW的变频器。

2.4制动单元

制动单元主要用于当直流回路中的电压过高，制动单元（制动三极管）将自动导通，通过制动电阻放电，将直流回路中的能量以热能的形式消耗，避免因电容电压不断的升高导致过电压保护电路动作。

由变频器、机械负载和异步电动机所组成的变频调速传动系统，电动机的减速或所传动的位能负载下放时，异步电动机将处于再生发电制动状态，负载的机械能将转换为电能，部分能量将导致直流回路中的储能电容器电压上升。当电压升高到一定值时，变频器的过电压保护电路动作，切断变频器的输出，使电动机处于自由减速状态。

2.5错相检测模块

错相缺相的检测被运用于电源接地故障检测、缺相检测等方面。在三相交流电机中，当电源缺相时，电机将停止运转，在断相的相线上，电流互感线圈将感应出电势，从而发出故障信号。

2.6GPS远程控制功能

在GPS远程控制系统中，变频器主要用作于远程控制器。既能实现较远距离操作与观察，又能减少对其他设备的干扰。另外变频器远程控制器可通过外置按钮的操作，可接入计算机控制系统。

3　升降机变频调速系统调试

3.1变频调速系统的调试

变频调速系统的调试可分为三步，在确保电路及控制电路接线正确的前提下：①通过变频器上的面板操作设置电机的参数；②在辨识电机完后，设置输出频率，控制模式，加减速时间，继电器RO1输出方式等；③在参数设置完成后，进行空载调试、额定负载调试以及125%额定负载调试。同时要注意下滑的情况，一旦发生可适当调高抱闸频率，其频率一般在0.15～2Hz内。

3.2升降机的安全调试

升降机的安全调试分为四个方面：空载调试、125%额定负载调试、超载测试、防坠测试。

进行空载调试时主要针对吊笼各门、上下限位等限位开关进行标准的设计测试。防坠测试每三月进行一次。主要通过提高变频器输出频率，使电机驱动吊笼在模拟坠落的速度下，检查防坠安全器的动作情况。

4　应用分析

变频调速系统的运用，不仅给施工升降机平稳加速、减速，还增加了施工升降机的安全性能。这种变频调速的技术具有以下几个特点：

4.1高效性、安全性

变频器采用优良的矢量控制策略，具有较快的动态响应，在升降机的运行过程中，其速率可从36m/min提高到63m/min。力矩的控制方式，避免了出现重物下滑的情况。

4.2可靠性

调频系统的可靠性体现在其简化、专业的设计系统上。特别在于升降机的停启采用零速制动的方式以及选平层变频的控制系统上，减少了拖动与控制系统的疲劳度，从多方面保证了整机的可靠性。

4.3优越的节能性能

优越的节能性能在于电路控制中回馈能源节点的设计，在系统的运转速度有所提升的同时，也降低能耗。

5　结束语

由此可见，使用变频调速系统不仅减少了升降机起停时的瞬时冲击，也降低了对电网的冲击。变频器的使用一方面，确保了升降机在运行过程中的舒适感和平稳性；另一方面，很大程度上改善了施工升降机电力拖动系统，具有较好的推广和应用价值。

[1]张希星.西门子SINAMICS G120在建筑施工升降机上的应用[J].自动化技术与应用，2009（09）.

[2]石云.基于PLC的电梯控制系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2009（04）.

[3]王恩豹.SINAMICS G120/PM250再生回馈型变频器在游梁式抽油机上的应用[J].自动化技术与应用，2009（06）.

TH211.6

A

1673-0038（2015）39-0222-02

2015-9-9