电梯控制柜用低冲击变压器的分析与设计

梁信迪

摘 要： 电梯控制柜内存在大量的电气元件，而控制柜内变压器的作用是将电网电路中的电能转换为电梯控制柜内各负载用的多组电压。随着对电梯安全性能的要求越来越高，低冲击变压器对电梯控制柜系统的保护起到关键的作用。本文主要讲解低冲击变压器的应用和设计思路。

关键词： 电梯；变压器；励磁冲击电流；低冲击

1前言

电梯一般是指服务于建筑物内（外）若干特定的楼层，其轿厢运行在至少两列垂直于水平面或铅垂线倾斜角小于15°的刚性轨道运行的永久运输设备。而电梯控制柜是把各种电子器件和电气元件安装在一个有安全防护作用的柜形结构内的电控装置。电梯用控制变压器的作用是将电网电路中的电能转换为电梯控制柜内各负载用的多组电压，一般位于控制柜电路的最前端，主要供电梯电机驱动回路、抱闸回路、开门机回路、安全回路、安全照明回路等控制回路用电。随着对电梯安全性能的要求越来越高，电梯控制变压器励磁冲击电流对控制柜的影响也受到开发人员的重视。使用低冲击的控制变压器，对电梯的安全运行有很重要的作用。

2电梯励磁冲击电流特点分析

2.1电梯控制变压器励磁冲击电流的产生和特点

冲击电流是指当控制柜的输入端断路器闭合时，位于控制柜电路最前端的变压器有可能产生很大电流，然后很快返回到正常的空载电流值。在交流电路中，变压器的磁通总是落后电压90°相位角，因此当合闸时如果交流电压是最大值，此时磁通为0，铁芯的磁通一开始就处于稳态，变压器不会产生励磁冲击电流；如果合闸时交流电压为0相位角时，磁通达到最大，此时如果铁芯有剩磁，则铁芯为会处于严重饱和状态。因为磁化特性的原因，铁芯越饱和，励磁电抗越小，产生的励磁冲击电流则越大。由于受到断路器闭合时正弦交流电压的瞬间值、铁芯的剩磁值、变压器绕组的空心电感的影响，励磁冲击电流有可能达到额定输入电流的几十倍深知上百倍，有可能会影响到控制柜里面的其他电器元件的运行，对电梯的安全运作造成不良隐患。虽然现在大部分控制柜会在变压器的输入端加入電流保险丝进行保护，不过过高的励磁冲击电流有可能导致保险丝烧毁，加入保险丝已经不能满足电梯控制柜低冲击的要求。

2.2励磁冲击电流对电梯运行的影响

一般情况下，控制变压器在开发时会根据国标的要求制定型式试验的条件。而目前我国并没有针对电梯行业把励磁冲击电流测试列入到国标里面。虽然国标没有对电梯控制变压器的励磁冲击电流做要求，但是其对电梯运行的影响，一些正规的厂家会对控制变压器的型式试验加入励磁冲击电流的要求。过高的励磁冲击电流有可能导致控制变压器一次侧的空气开关或者继电器脱扣，使控制柜脱离电网，停止运行。为避免这种情况，有的厂家会选用额定电流较高的空气开关，这样却会令到空气开关不能起到保护作用，不符合电梯安全保护的要求。变压器输入端的保险丝一般是根据控制柜的额定电流选取的，高励磁冲击电流有可能会烧毁电流保险丝，需要频繁更换。励磁冲击电流含有很大的高次谐波分了，其变化曲线为尖顶波，对变频器和电梯控制模块的电子元件有较大的冲击，影响其寿命，严重的甚至会造成失效，使整个控制柜的控制模块停止运作，危险较大。使用低冲击变压器对保护电梯控制系统起到关键的作用。

2.3控制变压器励磁冲击电流试验

在实际使用中，一些正规的厂家会对控制变压器加入励磁冲击电流的试验要求。将时间继电器或者空气开关串联到变压器的一次侧，通断开关，利用示波器测试出励磁冲击电流。因为励磁冲击电流并不是一个固定的数值，主要的影响因素有合闸瞬间输入电压的相位以及变压器铁芯的剩磁情况，所以在实际测试中，会有不同的数值出现。一般情况下，会收集15～25组数据，取绝对值最大的数据作为测试的结果。厂家可根据测试的结果选择电梯控制柜的空气开关或者继电器，确保电梯的持续运行。

3电梯低冲击变压器的设计

3.1变压器铁芯的选取和设计

因为影响励磁冲击电流的因素包括铁芯的剩磁，因此变压器铁芯的选取和设计是低冲击的关键点之一。选用铁损低、磁感应强度高的优质铁芯，例如D41、D42、D43、D301等。另外电梯控制柜中常见的是EI型变压器，可通过将标准的EI铁芯左右窗口进行少量裁切，增大窗口填充系数，降低铁芯的单位磁通，升高变压器的磁饱和点，从而达到降低变压器初级励磁冲击电流值。

3.2变压器绕组的设计

变压器绕组的空心电感也是影响励磁冲击电流的因素。在实际生产中，变压器绕组一般是采用先绕初级再绕次级的绕线方式的。我们可以尝试将原先输入后输出的绕线方式改为先输出后输入的层式绕线方式，能够有效降低漏磁，在线圈的底层采用加强绝缘工艺确保绕线方式变更后的绝缘保证。还可以增加绕组的幅向尺寸，降低绕组的电阻，达到降低绕组空心电感，有效降低变压器励磁冲击电流的目的。

4结束语

电梯能够在我们日常生活中带来巨大的便利，保障电梯的安全运行是所有电梯厂家的重要关注点。低冲击变压器能够有效降低合闸时产生的励磁冲击电流，保护电梯控制柜的控制回路系统。在越来越注重电梯安全的大环境下，低冲击将会成为电梯设计者的考虑事项之一，也是电梯控制变压器的设计方向。

参考文献

[1]尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]李国娇.变压器励磁涌流产生机理及抑制措施探讨[J].黑龙江科技信息，2016，（10）：12.

[3]卢正飞.浅析变压器和应涌流对继电保护的影响[J].技术与市场，2012，（12）：79-80.

[4]孟少凯，尚贵林.电梯技术与工程实务[M].宇航出版社，2012.

[5]姚志松，姚磊.变压器节能方法与技术改造应用实例[M].北京：中国电力出版社，2009：14-120.