旧梯变压变频调速改造方案设计

1 引言 目前我国在用的电梯有相当一部分是采用交流双速或可控硅调压调速控制，逻辑部分采用继电器、选层器等。这类电梯随着使用时间的推移，触点磨损，接触不良，插接口氧化现象严重，更由于许多后天使用过程中的人为因素导致这类电梯故障频繁，耗电量大，运行效率低下，常发生困人、冲顶、蹾底现象，甚至出现了不少人身伤亡和设备事故。如何解决这类电梯的生存问题，充分利用设备的使用寿命，降低成本，方便用户，这便是电梯技术改造工作所面临的课题。我们采用可编程控制器及变频器对旧式交流调速电梯进行了改造，取得了令人满意的效果。 2 变频器工作原理 日本安川公司生产的VS676—VGI系列变频器是一种电梯专用变频器，其主回路采用IGBT为开关元件，最高调制频率达12.08kHz。控制上采用磁通闭环、转速闭环、磁场定向矢量控制。为了使矢量控制系统能达到直流调速系统同样的动态性能，转子磁通在动态过程中必须确保真正恒定。系统中采用了实际转子磁通的定向控制，即磁通闭环控制。磁通调节器和磁通观测器保证了转子磁通在动态中恒定。通过坐标变换将定子电流分解成转矩电流分量Iq和励磁电流分量Id分别加以控制。 其中，矢量控制器完成三/二相变换、坐标旋转变换及电动机的磁通观测，其运算结果直接驱动正弦波PWM逆变器产生三相定子电流。该系统的调速范围为1：1 000，在接近零速时能产生150％的额定转矩。根据变频器的容量，配以相应制动单元和制动电阻，能在4个象限内准确地进行转速控制，完全满足电梯对调速的要求。 3 电梯技术改造方案的实施 用可编程控制器和变频器对现有的旧式交流调速电梯进行技术改造，更换原有的逻辑控制和调速部分，用PC控制的变频调速系统控制柜取代原有的控制柜。 3.1 PC控制系统的I／O配置 将系统中发出指令或信号的按钮、开关、传感器(如安全回路开关、内外呼按钮、限位开关、厅门联锁开关、平层感应器、负荷检测信号、脉冲编码器信号等)作为PC的输入，同时在系统中设有有／无司机操纵的转换开关及检修慢车开关，以实现有／无司机的转换和检修状态下的要求；将系统的执行机构如接触器、继电器、轿内和厅外层楼指示、报警器、变频调速器的速度指令端子、抱闸、风扇、开关门信号等作为PC的输出。主回路接触器的通断受安全回路信号控制。PC与变频器之间有一系列通讯线路，完成PC的CPU与变频器的CPU之间的信号通讯，互相对故障情况进行监控。 3.2 变频调速系统 电梯专用变频调速器以16位或32位微处理器为核心，内部包括控制和驱动两大部分。变频器可通过其外部控制端子实现起停、正反转、S曲线加减速及多段速度控制。矢量控制运算中要用到的电机本身的一些参数，可由变频器自动测出。此外，该变频器还具有过流、过载、电动机过热、过压及欠压，超速及失速等保护功能。此外变频器还能提供运行停止信号，零速信号，速度到达信号及运行准备信号等。可编程控制器综合外部信号和变频器传来的信号，经分析及逻辑运算向外部设备及变频器给出控制命令。电梯调速控制的关键是起动加速和减速平层，对其控制时要掌握以下几点： (1)起动控制， 为使电梯起动时平稳无冲击，无反向溜车，起动控制应按以下顺序：①首先向变频器发出预励磁命令，给电动机建立磁场(此时速度给定为零)；②经第一级延时后发出打开抱闸指令；③再经第二级延时确认抱闸打开后给出速度指令。 (2)减速平层控制， 电梯减速按照距离直接停车平层，即要求各层站的减速距离完全一致。减速到平层时无爬行过程，由运行速度直接向零速减速。为保证停车时的舒适感，应确认电梯到达零速时(此信号由变频器给出)才给出合抱闸命令，再经一级延时，给出停止励磁指令。若停车后电梯没有平层，应进行再平层控制。 (3)再平层控制， 若电梯停车后没能准确平层，或平层后因钢丝绳变形使轿厢移位，应进行再平层。再平层应在较低的速度下进行(通常为运行速度的1％)，且应在电梯门打开，电梯处在平层区内的情况下进行。安川VGI型变频器有很好的低频转矩扭力，我们测得电梯在110％额定载重下仍能可靠地进行再平层。 4 改造举例 旧梯为1台30层站的交流调压调速电梯，额定速度1.75m／s，额定载重1 000kg。改造时所用PC为富士NBl-P56、NB2一E36、NB2一E90各1台，拖动部分采用安川VS676一VGL型矢量控制电梯专用变频器。改造后系统采用全自动集选控制，轿内和厅外显示均采用数码方式。由于控制系统采用了脉冲编码定位控制技术，故井道内省略了减速感应器，只在轿顶留下了一套平层感应装置，并具有再平层功能。 实践证明，改造后的电梯运行舒适感好，起动、减速、平层的舒适感不因轿厢负载的变化而变化，取得了令人满意的效果。 我公司l994年开始，在深圳市先后对旧式进口梯和部分国产梯共40多部进行了改造，效果十分满意，电梯运行故障率极低。经有关部门检测，各项指标均达到GB7588-1995《电梯制造与安装安全规范》的要求。改造后电梯用电只有原来的40％左右，用户反应一致良好，取得了良好的社会效益和经济效益。 5 改造中应注意的几个问题 电梯技术改造并没有固定模式，一切应根据现场实际情况来定。但我们在将旧式交流双速梯和调压调速梯改造成变频调速电梯过程中觉得以下几个常遇到的问题应特别引起注意，以确保改造后电梯的安全使用。 (1)货梯改全自动集选控制方式时，应补装安全触板或光电保护装置，无测重装置的应设法补装。 (2)保持原额定载重量，额定速度不变，保持钢丝绳原曳引方式不变。 (3)应用线路或软件保证轿顶行慢车时，轿内和机房不能走车，以确保轿顶操作人员的安全。 (4)层门无自动关闭装置的应在每层层门上设可靠的层门自动关闭装置。 (5)层门门扇是由绳、链连接时，被动门扇应补设电气安全装置。 (6)检查测试限速器、安全钳及其联动情况，不合格的限速器必须更换。 (7)制动器应作全面分解，闸带上不允许有油垢，电磁铁可动铁芯与铜套间要干净，并用石墨粉润滑。 6 结语 本文介绍的VVVF调速系统，不要求更换电机，同时省去了一个较大容量的变压器，大大降低了电梯改造成本。尤其对并联、群控电梯具有更大的经济优越性。为交流双速、调压调速及我国老式电梯的改造提供了一条十分有效的途径，值得大力推广应用。 参考文献 [1] 史信芳等．电梯技术--原理·维修·管理．电子工业出版社，1994．11； [2] 毛宗源等．微机控制电梯．国防工业出版社，1996．1； [3] 陈伯时．自动控制系统．冶金工业版社，1990．3