工业技术
电梯交流调速系统应用研究
周 超 刘 翔
东芝电梯（中国）有限公司，辽宁 沈阳 110168
摘要：本文阐述了电梯交流调速的类型，以及这几种交流调速类型的应用特点，在何种状态下适用于什么样的类型电机，发挥其最大的特点。
关键词：电梯交流调速；应用 中图分类号：TM921.2 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)06-0070-02
随着现代化城市的高速度发展，每天都有大量人流及物流需要输送。在一幢幢高楼拔地而起时，每幢高层建筑内的垂直输送将成为一个突出问题。
在超高层建筑里，建筑的电梯井道的占用面积相对于大楼使用面积比例较大，设计稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。而现代的超高层建筑都是多功能多用途的综合性大楼，人员不断上上下下，形成繁忙的垂直人流输送系统。所以，我们必须仔细进行大楼的交通分析，确定所用电梯的数量，配置方式，控制方式及有关参数等，以期大楼的垂直交通处于最佳状态。因此，电梯与自动扶梯和人们的工作与生活有着越来越密切的关系。
1 目前建筑对电梯驱动系统的硬性要求
一个电梯的加速起动、稳速的运行以及减速的制动起到整个控制作用的系统就是电梯的驱动系统。也就是说电梯驱动系统整个性能好坏会直接地影响到电梯的加速、起动、制动以及减速，还会影响到楼层的精度和乘坐着感受的舒适度等一些指标，比如说交流变极的调速系统，这个调速系统进行调速的原理是通过改变自身电机的极数，这种调速系统的特点是线路比较简单，成本低。缺点是它只能选择两道三种的转速，只是适用额定速度小于1m/s的电梯上；交流调速这个系统则是采用的是相控的晶闸管闭环调压调速的方式，制动减速是用反接制动或涡流制动的方式来实现的，这样可以让乘坐的舒适感在平层的情况下比之前会有所改善，这种驱动系统主要是用在速度小于2.5m/s的电梯上，高效、节能、驱动控制的设备体积、重量都较小，这些是我们常规使用的VVVF 控制的异步电动机所具有的优点。但是，它的运行速度还是无法达到我们的要求。由此可见。想要更进一步地将电梯的运行速度提高、同时提高电梯的平层精度以及电梯的乘坐的舒适性就一定要依赖现代的一个交流调速的这样的一种技术。为了加快运行速度、缩短电梯运行的时间就必须尽快使电机的加速可以达到它所设定的最大的速度并在这样速度之下非常平稳地运行，在制动减速的阶段下电机是定位控制的最关键的一个阶段因为它会直接影响到平层稳定性的精度。
2 矢量变换控制的高速电梯驱动系统
根据上面一节说论述的一个常规的vvvp 所控制的异步变频电动机的调速系统，虽然在性能上比较优良，但是如果是用在高速的电梯系统当中仍然是没有办法来满足在动态的情况下的一些基本要求，特别是电梯在负载运行的过程当中会受到一些外来的因素干扰的时候，比如说在电梯运行的过程中可能会遇到一个导轨接头的台阶，安全钳制动之后在导轨的工作表面会出现拉伤以及变形，当门刀碰撞到门锁的滚轮时所引起的短时间的冲击等，这些都可能会使异步电动机里的电磁转矩发生一些变化，这些都会影响到电梯的一些运行的性能。但是我们使用一个矢量变换的控制高速VVVP 电梯的驱动系统，可以使高速的甚至是超高速的电梯来充分的满足整个系统的一个动态调节的需求。
3 这个系统结构的几个优点
(1) 用来控制回路的一些硬件被简化了很多，由于矢量变换的运算、电流控制回路、和脉宽调制的控制回路都是由软件来进行管理，因此简化了很多硬件。
(2) 系统分别由两片微机来构成，用于管理脉宽调制和
70 2015年6期
一个电梯的主控制电路，这样就将信息处理的速度加快了。除此之外电梯的速度、一些安全信号以及CT 信号的输出都被输入两片微机来进行一个双重的检测。在计算机上有故障发生时，外部的双口和看门狗就会进行交互计数的检查，以保障整个系统的安全和可靠。
(3) 主控制电路采用的是IGBT 作为整个控制器的开关器件，这样就可以将逆变器开关的频率及性能提高，而且可以将电机的噪声减少。
4 直流电机工作原理和结构 4.1 工作原理
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称，二者在结构上没有什么区别。发电机是由原动机拖动电枢旋转而发出直流电，将输入的机械能转换成直流电能。电动机则是输入直流电能，使电枢旋转拖动其他机械，将电能转换成机械能。
发电机的的基本原理是导体切割磁力线而感应电动势，电动机的基本原理是载流导体在磁场中受到电磁力的作用而产生运动，它们的工作原理都是“电”和“磁”的关系，因此，直流电机既可以用来做发电机又可以用来做电动机。
4.2 结构
直流电机的工作原理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以实现机电能量变换的道理，但是要按人们的意志去获得这些能量为工农业生产服务，还得制造既经济又良好的电机。为此任何电机都必须具有满足电磁和机械两方面要求的合理的结构形式。
要实现机电能量变换，电路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机具备静止和转动的两大部分，静止和转动部分之间要有一定大小的间隙。直流电机的静止部分称为定子，它的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。转动部分就是转子，通常称为电枢，它的作用是产生电磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。
4.2.1 涡流制动减速：这种减速制动器通常是由两部分构成的分别是电枢及定子，电枢同异步电动机的转子相类似，它的构造主要有两种分别是笼型的还有实心转子，我们来看一下定子是应用直流的方式来励磁的。在电梯的使用过程中，定子可以同电梯主电机共同成为一体，也可以同电动机分离开来，但是两者的转子却始终是同轴进行相连在一起的。它具备的特性是可以调节制动的转矩，按照距离的原则来进行减速，这样就可以保证电梯的轿厢在一个楼层面停靠的准确性。为了实现这样的效果，它把减速的距离利用电压来进行模拟，用一个测速的发电机电压来进行积分，以获得一个电梯进行减速后所走过的实际距离，再把尚仍然需要行驶减速的距离的这个电压信号输送到方根电路，用以获得额度的那个速度电压。把这个电压同电梯的实际速度相对应的电压去进行比较，用来控制整个制动器的电流，使电梯可以根据与相应距离的速度来进行给定的减速，电梯的速度是零的时侯，机械制动器就会使电梯停下，不再运行。
4.2.2 反接制动减速：反接制动同样也是在电梯上经常应用的一种制动和调速的方法，我们来看一下当电梯在制动减速的时侯，会将定子上绕组的两相交叉相序进行改变，将定子磁场的旋转方向进行改变。（下转第 72 页）
工业技术
电梯交流调速系统应用研究
周 超 刘 翔
东芝电梯（中国）有限公司，辽宁 沈阳 110168
摘要：本文阐述了电梯交流调速的类型，以及这几种交流调速类型的应用特点，在何种状态下适用于什么样的类型电机，发挥其最大的特点。
关键词：电梯交流调速；应用 中图分类号：TM921.2 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)06-0070-02
随着现代化城市的高速度发展，每天都有大量人流及物流需要输送。在一幢幢高楼拔地而起时，每幢高层建筑内的垂直输送将成为一个突出问题。
在超高层建筑里，建筑的电梯井道的占用面积相对于大楼使用面积比例较大，设计稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。而现代的超高层建筑都是多功能多用途的综合性大楼，人员不断上上下下，形成繁忙的垂直人流输送系统。所以，我们必须仔细进行大楼的交通分析，确定所用电梯的数量，配置方式，控制方式及有关参数等，以期大楼的垂直交通处于最佳状态。因此，电梯与自动扶梯和人们的工作与生活有着越来越密切的关系。
1 目前建筑对电梯驱动系统的硬性要求
一个电梯的加速起动、稳速的运行以及减速的制动起到整个控制作用的系统就是电梯的驱动系统。也就是说电梯驱动系统整个性能好坏会直接地影响到电梯的加速、起动、制动以及减速，还会影响到楼层的精度和乘坐着感受的舒适度等一些指标，比如说交流变极的调速系统，这个调速系统进行调速的原理是通过改变自身电机的极数，这种调速系统的特点是线路比较简单，成本低。缺点是它只能选择两道三种的转速，只是适用额定速度小于1m/s的电梯上；交流调速这个系统则是采用的是相控的晶闸管闭环调压调速的方式，制动减速是用反接制动或涡流制动的方式来实现的，这样可以让乘坐的舒适感在平层的情况下比之前会有所改善，这种驱动系统主要是用在速度小于2.5m/s的电梯上，高效、节能、驱动控制的设备体积、重量都较小，这些是我们常规使用的VVVF 控制的异步电动机所具有的优点。但是，它的运行速度还是无法达到我们的要求。由此可见。想要更进一步地将电梯的运行速度提高、同时提高电梯的平层精度以及电梯的乘坐的舒适性就一定要依赖现代的一个交流调速的这样的一种技术。为了加快运行速度、缩短电梯运行的时间就必须尽快使电机的加速可以达到它所设定的最大的速度并在这样速度之下非常平稳地运行，在制动减速的阶段下电机是定位控制的最关键的一个阶段因为它会直接影响到平层稳定性的精度。
2 矢量变换控制的高速电梯驱动系统
根据上面一节说论述的一个常规的vvvp 所控制的异步变频电动机的调速系统，虽然在性能上比较优良，但是如果是用在高速的电梯系统当中仍然是没有办法来满足在动态的情况下的一些基本要求，特别是电梯在负载运行的过程当中会受到一些外来的因素干扰的时候，比如说在电梯运行的过程中可能会遇到一个导轨接头的台阶，安全钳制动之后在导轨的工作表面会出现拉伤以及变形，当门刀碰撞到门锁的滚轮时所引起的短时间的冲击等，这些都可能会使异步电动机里的电磁转矩发生一些变化，这些都会影响到电梯的一些运行的性能。但是我们使用一个矢量变换的控制高速VVVP 电梯的驱动系统，可以使高速的甚至是超高速的电梯来充分的满足整个系统的一个动态调节的需求。
3 这个系统结构的几个优点
(1) 用来控制回路的一些硬件被简化了很多，由于矢量变换的运算、电流控制回路、和脉宽调制的控制回路都是由软件来进行管理，因此简化了很多硬件。
(2) 系统分别由两片微机来构成，用于管理脉宽调制和
70 2015年6期
一个电梯的主控制电路，这样就将信息处理的速度加快了。除此之外电梯的速度、一些安全信号以及CT 信号的输出都被输入两片微机来进行一个双重的检测。在计算机上有故障发生时，外部的双口和看门狗就会进行交互计数的检查，以保障整个系统的安全和可靠。
(3) 主控制电路采用的是IGBT 作为整个控制器的开关器件，这样就可以将逆变器开关的频率及性能提高，而且可以将电机的噪声减少。
4 直流电机工作原理和结构 4.1 工作原理
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称，二者在结构上没有什么区别。发电机是由原动机拖动电枢旋转而发出直流电，将输入的机械能转换成直流电能。电动机则是输入直流电能，使电枢旋转拖动其他机械，将电能转换成机械能。
发电机的的基本原理是导体切割磁力线而感应电动势，电动机的基本原理是载流导体在磁场中受到电磁力的作用而产生运动，它们的工作原理都是“电”和“磁”的关系，因此，直流电机既可以用来做发电机又可以用来做电动机。
4.2 结构
直流电机的工作原理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以实现机电能量变换的道理，但是要按人们的意志去获得这些能量为工农业生产服务，还得制造既经济又良好的电机。为此任何电机都必须具有满足电磁和机械两方面要求的合理的结构形式。
要实现机电能量变换，电路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机具备静止和转动的两大部分，静止和转动部分之间要有一定大小的间隙。直流电机的静止部分称为定子，它的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。转动部分就是转子，通常称为电枢，它的作用是产生电磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。
4.2.1 涡流制动减速：这种减速制动器通常是由两部分构成的分别是电枢及定子，电枢同异步电动机的转子相类似，它的构造主要有两种分别是笼型的还有实心转子，我们来看一下定子是应用直流的方式来励磁的。在电梯的使用过程中，定子可以同电梯主电机共同成为一体，也可以同电动机分离开来，但是两者的转子却始终是同轴进行相连在一起的。它具备的特性是可以调节制动的转矩，按照距离的原则来进行减速，这样就可以保证电梯的轿厢在一个楼层面停靠的准确性。为了实现这样的效果，它把减速的距离利用电压来进行模拟，用一个测速的发电机电压来进行积分，以获得一个电梯进行减速后所走过的实际距离，再把尚仍然需要行驶减速的距离的这个电压信号输送到方根电路，用以获得额度的那个速度电压。把这个电压同电梯的实际速度相对应的电压去进行比较，用来控制整个制动器的电流，使电梯可以根据与相应距离的速度来进行给定的减速，电梯的速度是零的时侯，机械制动器就会使电梯停下，不再运行。
4.2.2 反接制动减速：反接制动同样也是在电梯上经常应用的一种制动和调速的方法，我们来看一下当电梯在制动减速的时侯，会将定子上绕组的两相交叉相序进行改变，将定子磁场的旋转方向进行改变。（下转第 72 页）