交流调压调频控制电梯系统的设计

陈伟伟

摘 要：电梯是现代人生活所不可或缺的重要工具，交流调压调频控制电梯系统是确保电梯运行控制精确性与舒适性的重要方式，因此，本文主要探讨交流调压调频控制电梯系统的设计，从电机设计、变频器选择与应用以及VVVF电梯速度控制3个方面入手。

关键词：交流调压调频 变频器 VVVF电梯速度控制

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0123-02

城市化的发展使得城市人口激增，高层建筑也成为城市化发展过程中的主要建筑形式，高层建筑的增加也使得电梯作为重要出行工具的重要性愈发凸显。传统电梯速度控制系统，是以曳引电机接触器来改变电梯的运行状态，无法满足人们对于电梯乘坐的舒适性需求，需要对电梯控制系统进行进一步的优化设计。

1 电机的设计

1.1 设计原理

电机的转速与电源频率呈现为正相关关系，如果电源频率发生改变，则电机转速也会相应发生改变，因而可以通过改变电源频率的方式，改变电机转速。在忽略定子阻抗压降的情况下，定子端的电压与电磁场强度相同，维持定子阻抗电压不变，提高电源频率，就可以提高电机的转速，定子阻抗的电场强度会有所下降，电机转矩降低，但如果提高流经励磁的电流，则会增加电力能源的损耗，因而根据电梯控制系统的使用要求，采取相应的调速办法，进行相应的电机设计，就能够实现交流调压调频电梯的控制。

1.2 容量设计

电机容量的设计要求满足电梯启动与过载情况下的转矩需要，因而应当选择与变频器相适应容量的电机，同时根据电流输出额度，合理选择变频器的容量。在单台电机的情况下，若电机持续运行，则电流输出额数应当高于1.1倍的电机额定电流；若在多台电机持续运行的情况下，需要对其输出电流加以限制，要保证输出电流额数超过全部电机电流额数的总值；若多台电机在并联的情况下只有少数电机运转，则一旦某部分电机突然启动，则会在短时间内产生较大电流，影响电机的正常运转，因而需要对变频器的容量加以扩增，避免电梯电机运转中途产生故障情况，影响乘客的生命财产安全[1]。

2 交流调压调频控制系统的设计

2.1 变频器的选择与应用

交流调压调频控制系统中，变频器设备是其中的核心装置之一，其质量与效果会在很大程度上影响电梯控制系统运行的有效性与稳定性，因而对于变频器的选择，首要参考因素就是设备质量与性能。在确定具体型号时，则主要考虑变频调速方案、负载类型等功能。变频器的选择需要满足被控制电梯系统的负载特性、通用变频器的主要类型与被控制一部电动机的具体参数是否匹配。

综合以上各种因素，本文选用的变频器为伟肯Vacon NXP系列型号的变频器，是一种升降电梯的专用变频器，可以实现对交流异步电机电流的直接控制，确保电机转矩保持在较高水平，能够满足各种高精度速度/转矩控制的电梯应用场合，速度控制误差不超过0.01%，启动转矩超过200%，转矩精度小于2%，可以实现平稳启动与运行，确保电机控制的高性能。伟肯Vacon NXP系列型号的变频器除了支持无传感器适量控制与频率控制之外，还可以利用各种编码器信息，更加精确地进行电机控制，具备极强的主从控制、位置控制、收放卷张力控制与同步控制。

2.2 VVVF电梯调速系统

2.2.1 电梯速度闭环与位置闭环的控制

以往对于速度的闭环控制，是利用电机配套的旋转编码器的信号反馈而实现的，计算单位时间内旋转编码器所产生的脉冲可以确定电梯实时速度。电梯速度控制系统，是依据电梯在运行过程中轿厢位置值向变频器发出的速控信号而运行的，因而位置反馈的精确性与电梯速度控制的精准性直接相关。当前普遍应用的速度控制模式包括两种：其一，以电梯井磁道开关获取轿厢位置信号的速度控制；其二，以分频信号获取轿厢位置信号的速度控制。就前者而言，能够获取电梯的实时减速点、门区点位信号并向变频器记性信号反馈，但这种速度控制方式是一种多段速控制方法，电梯速度控制的精确性会受到影响；就后者而言，是在获取速度信号的同时，对电梯运行时间内，旋转编码器发送的脉冲进行计算，经过信号整型与分频发送来实时反馈电梯的具体位置，是一种连续获取电梯轿厢位置的速度控制方法，可以根据电梯位置进行速度控制，具有较高的精确性，但也具有较为明显的缺陷：以旋转编码器脉冲数间接获取电梯轿厢位置，一旦存在脉冲缺失或电梯曳引钢丝打滑的情况，则电梯轿厢的位置信息就存在失真的问题[2]。

综合以上两种速度闭环控制方式，本文建议选用双闭环速度控制结构（如图1），利用绝对值编码器来获取电梯轿厢的具体位置，确定轿厢实时速度并向变频器传递信号，利用旋转编码器获取实时速度来实现对变频器的调频与调压。这种对于电梯运行速度的双重闭环控制，能够提高电梯运行速度控制的有效性与准确性。

2.2.2 速度控制方法

第一，以时间为控制原则，确定电梯速度给定运行曲线，是按照时间长短，根据理想给定曲线向变频器发送速度控制信号，其中，原本存储在EEPROM（电可擦可编程只读存储器）中的速度控制点位、原本存储在变频器中的速度频率、电梯加速与减速时间以及S字特性时间共同构成理想给定速度曲线（如图2）。以时间为控制原则所确定的电梯速度给定运行曲线，其根据在于所属的电梯位置检测点，确定电梯运行的速度情况，在明确速度运行阶段的前提下，依据存储于EEPROM中的速度控制点位以及理想速度给定曲线进行开环运行。电梯运行到高速运行与爬行运行段时，以延时时间进行电梯运行的开环控制。所谓的延时时间是一种预估值，但这一预估值能够使电梯制定阶段存在一个速度的爬行段，因而运用这种方式运行效率较差，电梯运行的平层精确性与舒适性较差，需要电梯调试人员进行大量的控制点确定工作。

第二，基于电梯运行的绝对剩余距离确定电梯给定运行曲线（如图3）。绝对距离是利用绝对值编码器实时监测电梯轿厢位置，而绝对剩余距离，是根据电梯轿厢与平层位置的实施距离。交流调压调频控制电梯系统依据绝对剩余距离对电梯运行时速进行实时计算与控制。这种方式是采用绝对值编码器获取电梯轿厢的位置信息，即便电梯曳引钢丝打滑也不会受到影响。另外，绝对值编码器向系统提供二进制编码，因而也不会出现脉冲丢失情况，控制系统根据绝对剩余距离计算电梯运行的实时速度，输出速度控制指令。电梯平层的过程中，控制系统会依据电梯的实时位置确定剩余距离，在一定距离内输出降速信号与相应速度，在电梯达到相应减速点的时候，实现电梯轿厢与平层之间的平滑制动，实现一种无爬行的停靠，电梯速度控制的实时性、精确性与舒适性得以大大提升，因此是一种较為良好的速度控制方式[3]。

3 结语

科学技术水平的高速提升使得电梯越来越向着调压调频与高舒适性的方向发展，也就更加强调电梯的舒适性、高效性与自动化运行性能，因而可以应用性能更加良好的变频器与绝对值编码器等装置，实现对电梯运行的交流调压调频控制。

参考文献

[1] 代杰.交流变频调速电梯系统设计和应用[J].自动化与信息工程，2009，30（3）：46-48.

[2] 王欧海.变频调速电梯原理设计[D].大连理工大学，2008.

[3] 刘翔，周超.电梯交流变频变压调速系统的设计[J].城市建设理论研究：电子版，2015（5）：596.