1、 电梯 VVVF 控制及电梯专用变频器原理及结构维修保养知识电梯在90年代的交流双速控制时代，逐渐发展到交流变频变压 VVVF 控制应用，在控制节省能源方面比交流双速控制方式节约能源30%变频器有良好矢量控制特性;低速下平稳启动性极好;硬件可靠性与性价比极高。目前全球的知名品牌及国内品牌电梯都在采用电梯专用变频器来做为控制系统的一部分。目前电梯领域常用的有安川，富士，西威，艾莫森，莫耐克一体机，新时达一体机。电流型矢量控制变频器之一，其调速范围达到1:1000 ，控制精度达到0.02%，具备在零速启动力矩可以达到150的特色。尤其安川独特的全领域、全自动力矩提升功能在电梯拖动中能获得良好的舒适
2、感和稳定性。G5 可以接受控制器如 PLC 等的多段速频率指令或者模拟电压、电流指令;可以通过自学习适应各种电机并获得良好的矢量控制特性; 低速下平稳启动性极好;舒适感更好，安全性能更高。一 VVVF 型电梯的基本原理根据电机学理论，交流电动机的转速公式为:n=60f (1-s)/p上式中: f 为定子的电源频率; p 为极对数;s 为转差率; n 为转速。二 交流永磁电机可有以下几种调速方法:(1) 改变电机极对数 p，可以改变电机转速。这是交流双速梯采用的调速方法。(2) 通过调整定子绕组电压大小来改变转差率 s, 以达到调速目的。这是交流调速梯采用的调速方法。(3) 改变定子电源频率 f
3、 也可达到调速目的，但 f 最大不能超过电机额定频率。电梯作为恒转矩负载调速时为保持最大转矩不变，根据转矩公式 M=CmIcos式中 Cm 为电机常数，I 为转子电流， 为电机气隙磁通， cos为转子功率因数。必须保持 恒定，又根据电压公式 U=4.44fWk，式中 U 为定子电压， f 为定子电压频率，W 为定子绕组匝数，k 为电机常数，必须保持 U/f 为常数，即变频器必须兼备变压变频两种功能简称为 VVVF(Vary Voltage Vary Frequency)型变频器 , 这就是 VVVF 型电梯的基本控制原理。三 选择功率与其他配件通常变频器在电梯应用中还需要制动单元与制动电阻，在
4、再生状态时获得足够的制动力矩; 还需要配置 PG 速度卡获得编码器的速度反馈信号; 在长期发电机运行及其他特殊场所还需要配置交流电抗器。变频器一般按照电机的功率放大一级选择，为了获得变频器理想的控制性能，一般变频器功率应当满足下式:变频器功率K1.732VmIm其中，K 为电流波形校正系数， Vm 为电机额定电压，Im 为电机额定电流。3.1 制动单元的选择在变频器应用中当轿厢空载上升或重载下降时，拖动系统存在位能负荷下放。电动机将处于再生发电制动运行状态，使电动机回馈的能量通过逆变环节中并联的二极管流向直流环节给滤波电容器充电。当回馈能量较大时，会引起直流环节电压升高发生故障，电动机急速减速
5、也会造成上述现象。解决办法是在变频器直流环节并联制动单元和制动电阻。制动单元是变频器一个可选组件，内设检测和控制电路，其工作时对变频器的直流回路电压进行在线检测。当电压超过设定允许值时，触发制动器晶体管导通，经电阻释放能量维持变频器的直流母线电压在正常工作范围内，一个制动单元可并联几个电阻，视工况而定。3.2 电阻的选择电阻的选择非常重要，电阻选择过大则制动力矩不足，电阻选择过小则电流过大、电阻发热等问题难以解决。一般我们推荐的电阻功率和阻值内选择，对于提升高度较大、电机转速较高的情况可以适当减小电阻以得到较高的制动力矩，如果最小值不能满足制动力矩的话，要更换大一级功率的变频器。制动单元和制动
6、电阻应根据回馈最大能量及时间来选用。一般制动电阻器的选择应使制动电流 Is 不超过变频器的额定电流 Ie，制动电阻最大功率Pmax 要小于1.5倍的变频器功率，然后与过载系数相乘。过载系数与减速时间和持续制动时间有关系，具体要求各厂家会根据电梯的功率配备电阻。采用制动电阻消耗电机再生制动时送回直流回路的电能，在制动过程中，当直流电路电压高于正常电压70V 时，制动单元中的 IGBT 进行直流斩波，使制动电阻流过电流消耗再生电能。3.3 PG 卡PG 卡一般选择 PG-B2，仅在编码器为线输出或者需要编码器脉冲在2000p/r 时选择 PG-X2，速度卡均可提供最大32 分频输出，可供控制器计数
7、使用。3.4 光电编码器选用增量式600p/r，推挽放大输出，A 相 B 相 Z 相原点信号，轴径8mm 中空型的编码器。43.5 PLC可编程控制器 PLC，完成系统逻辑控制部分。PLC 负责处理各种信号的逻辑关系从而向变频器发出起停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给 PLC，形成双向联络关系，它是系统的核心。变频器系统的硬件结构如图下一 硬件组成图1. 整流器它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。2. 中间电路，有以下三种作用：a. 使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。b. 通过开关电源为各个控制线路供电。c. 可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。3. 逆变器
8、将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。4. 控制电路它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是：a. 利用信号来开关逆变器的半导体器件。b. 提供操作变频器的各种控制信号。c. 监视变频器的工作状态，提供保护功能。二 变频器的原理2.1 变频器是把工频电源(50Hz 或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。如图1所示，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这
9、种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU 以及一些相应的电路。2.2 变频器电流型矢量控制变频器之一，其调速范围达到1:1000 ，控制精度达到0.02% ，具备在零速启动力矩可以达到150的特色。尤其安川独特的全领域、全自动力矩提升功能在电梯拖动中能获得良好的舒适感和稳定性。G5 可以接受控制器如 PLC 等的多段速频率指令或者模拟电压、电流指令;可以通过自学习适应各种电机并获得良好的矢量控制特性; 低速下平稳启动性极好;舒适感更好，安全性能更高。变频器，实现电动机调速。高速电梯(2.0m/s 以上的速度)一般都采用专用变频器。而低速电梯采用低价格的通用变频器也可以满足
10、要求。如安川616G5通用变频器可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出。并将无 PG 的 U/f 控制、无 PG 矢量控制、有 PG 的 U/f 控制、有 PG 矢量控制的四种控制方式融为一体，其中有 PG 矢量控制是最适合电梯控制要求的。变频器的容量选择最好是采用大1-2个千瓦选配，电梯电动机一般选 llkW 或15kW 的永磁同步电动机。即11kW 的电动机选13kW 的变频器。23 变频器参数设置目前，在电梯行业中使用的变频器的品牌较多，其控制系统的结构也有不尽相同。变频器的控制方式是大同小异的。现以 VARISPEED-616G5变频器为例，说明系统的结构特点及程序设计要点。如
11、图1所示，为616G5变频器的框图。由于采用 PLC 作为逻辑控制部件，故变频器和 PLC通讯时采用开关量而不用模拟量。由于616G5 为通用型变频器，因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性， 下面仅介绍几个主要参数的设置:为了减小启动冲击及增加乘客的舒适感, 其调速系统的速度环的比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些，故选 C5-01=5,C5-02=2s。为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击，故选 Dl-02=50Hz, Dl-03=5Hz。检修慢车频率可选 Dl-09=12Hz。而“S”曲线特性可防止启动、换速或停止时产生振动,
12、 这在电梯中最为适用, 可使乘坐舒适感大大改善。此外, 该变频器的故障诊断、检测、记忆等功能对系统维护亦非常方便、实用。为了保证平层精度及运行的可靠性, 曳引电动机的转速控制应是闭环的, 其转速的检测由和电动机同轴旋转的旋转编码器完成。必须保证旋转编码器和电动机连接时的同心度和可靠性, 以保证速度采样的准确度。变频器其他常用参数可根据电网电压和电机名牌参数直接输入。电梯运行理想曲线如图2。为使变频器工作在最佳状态, 在完成参数设置后, 需使变频器对所驱动的电动机进行自学习 , 其方法是 :将曳引机制动轮与电动机轴脱离, 使电动机处于空载状态, 然后启动电动机，变频器便可自动识别并存储电动机有关
13、参数, 使变频器能对该电动机进行最佳控制。至此, 变频器参数设置完毕。三 变频器结构和故障判断简介对现场维修电梯变频器人员以及周边控制装置的进行操作的人员，如遇到一些常见的故障情况能作出判断和处理，就能大大提高工作效率，并且避免一些不必要的损失。为此，我们总结了一些变频器的基本故障，供大家作参考。以下检测过程无需打开变频器机壳，仅仅在外部对一些常见现象进行检测和判断。检测办法和判断1， 上电跳闸或变频器主电源接线端子部分出现火花 断开电源线，检查变频器输入端子是否短路，检查变频器中间电路直流侧端子 P、N 是否短路。可能原因是整流器损坏或中间电路短路。2， 上电无显示 断开电源线，检查电源是否
14、是否有缺相或断路情况，如果电源正常则再次上电后则检查检查变频器中间电路直流侧端子 P、N 是否有电压，如果上述检查正常则判断变频器内部开关电源损坏。3， 开机运行无输出（电动机不启动） 断开输出电机线，再次开机后观察变频器面板显示的输入频率，同时测量交流输出端子。可能原因是变频器启动参数设置或运行端子接线错误、也可能是逆变部分损坏或电动机没有正确链接到变频器。4， 运行时 “过电压”保护，变频器停止输出 检查电网电压是否过高，或者是电机负载惯性太大并且加减速时间太短导致的制动问题，请参考第8条。5， 运行时 “过电流”保护，变频器停止输出 电机堵转或负载过大。可以检查负载情况或适当调整变频器参
15、数。如无法奏效则说明逆变器部分出现老化或损坏。6， 运行时“过热”保护，变频器停止输出 视各品牌型号的变频器配置不同，可能是环境温度过高超过了变频器允许限额，检查散热风机是否运转或是电动机过热导致保护关闭。7， 运行时“接地” 保护，变频器停止输出 参考操作手册，检查变频器及电机是否可靠接地，或者测量电机的绝缘度是否正常。8， 制动问题（过电压保护）如果电机负载确实过大并需要在短时间内停车，则需购买带有制动单元的变频器并配置相当功率的制动电阻。如果已经配置了制动功能，则可能是制动电阻损坏或制动单元检测失效。9， 变频器内部发出腐臭般的异味 切勿开机，很可能是变频器内部主滤波电容有破损漏液现象。
16、四 电 梯 变 频 器 的 维 修 保 养电梯变频器的很多故障是因为其工作环境温度高而使元件容易老化造成的，电梯变频器安装在大楼的最顶层的控制室，经常在夏天受太阳的暴晒，加上变频器本身及制动电阻的发热，使电气室内温度非常高，工作环境温度高会缩短电子元件的使用寿命！变频器在这方面更明显，所以电梯电气室要求通风问题还要注意隔热，现在设计要机房配备空调机，变频器的寿命会长很多！安装变频器的电柜在厦天如果发现其内部温度很高时，应把电柜门打开，我见过很多厂家的电柜设计实在太小了！刚好可装上变频器！而且没安装散热风扇！ 关于电梯变频器日常的保养：现在电梯都是用变频器来控制，当变频器出故障就会给很多人带来不
17、便，也会急坏管理人员，如果平时有对变频器进行保养，则可大大降低变频器的故障率。平时保养电梯变频器需注意以下几个问题：1）电梯电气室温度不能太高，否则变频器元件容易老化，最好装有空调，效果相当不错！2）防止雨水淋湿，通常是在刮台风时，窗门被风吹坏而使变频器淋到雨水。3）防雷电，这个就关系到整栋楼或整个小区防雷设施问题，被雷击的变频器一般损坏严重。4）变频器的散热风扇要定时清尘，发现其有响声或不运转就要更换。5）电梯电机有不正常响声通常是变频器有问题，如电机三相电流不平衡，这时最好就要维修，等到变频器完全不行则损坏可能比较严重。如果自己没有维修经验就不要自己维修，很多人把变频器弄得更坏。以上几个故障在现实保养当着有的维修工没有专业维修知识，对变频器胡乱拆除，测量，修该数值，照成变频器烧掉的很多，也会给以后专业的维修人员照成很大的麻烦，也给用户照成一定的损失。我希望做电梯维修人员要学习专业的维修技能，一定按照操作说明书来维修保养变频器。我在维修电梯时也遇到的很多问题，一定要熟悉图纸，注意内部有静电防护，断电检修，电容内部放电问题。我提出以上几点希望对大家有所帮助。
