台达VL系列变频器在电梯行业的应用
2011/7/14 15:03:00
引言
目前电梯业界的主要制造厂商有美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司，占据中国内地市场高达到76% 以上。比重如图1所示：
电梯驱动最显著特点是位能拖动负载，位能拖动负载要求电机四象限运行。电梯频繁启动类负载，要求满足重负载条件启动、换速、换向平稳无冲击（舒适感好），平层精度高（定位准确）和低速力矩大。换言之，电梯驱动对变频器工程运行能力有全面高等级技术要求。电梯可以说是要求最高变频器应用领域。基于变频器进行电梯系统的控制和驱动是业界共同研究和面对的重要课题。
2 系统架构分析 
3 电梯的分类及区别
4 VL系列变频器的功能特色 
电梯是一种复杂的、机电结合的、为高层建筑提供运输服务的特种设备。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中需求不断增长，人们对电梯的要求也越来越高。如运行平稳性、外观完美性、安全性及环保节能性。
目前电梯业界的主要制造厂商有美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司，占据中国内地市场高达到76% 以上。比重如图1所示：
图1 中国内地市场的电梯品牌所占比重图
电梯驱动最显著特点是位能拖动负载，位能拖动负载要求电机四象限运行。电梯频繁启动类负载，要求满足重负载条件启动、换速、换向平稳无冲击（舒适感好），平层精度高（定位准确）和低速力矩大。换言之，电梯驱动对变频器工程运行能力有全面高等级技术要求。电梯可以说是要求最高变频器应用领域。基于变频器进行电梯系统的控制和驱动是业界共同研究和面对的重要课题。
台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文基于台达VL系列变频器在电梯行业应用，实现了电梯的良好驱动控制，效果良好，得到业界同行认可。
2 系统架构分析
A、 机械结构图
电梯机械结构图如图2所示：
图2 电梯的机械结构图
B、电气控制架构图
电梯的电气控制架构图如图3所示：
图3 电梯的电气控制架构图
3 电梯的分类及区别
A、按速度我国习惯上分为4类类：
低速梯，速度低于1.009m/s速度的电梯；
中速梯，速度在1.00～2.00m/s的电梯；
高速梯，速度大于2.00m/s的电梯；
超高速，速度超过5.00m/s的电梯。
B、 按电机分类可分为：异步电梯（感应电机）及同步电梯（永磁同步电机）。
异步电机(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流，产生电磁转矩，转子中并不直接产生磁场。因此，转子的转速一定是小于同步转速(旋转磁场的转速)的,故称异步电机，也称感应电机（induction motor）。
其优缺点如下：
优点：结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。
缺点：功率因素滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。
同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生)，定子旋转磁场“拖着”转子磁场(转子)转动，因此转子的转速一定等于同步转速, 故称同步电机。
其优缺点如下：
优点：同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高；与异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好。能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制。
缺点：成本高。
4 VL系列变频器的功能特色
VL系列变频器如图4所示：
图4 VL系列变频器
特色1如下：
具有高效能磁束向量控制(FOC)；
使用于感应马达及永磁同步马达；
IM/PM马达参数自动侦测；
磁极位置检测及自学习功能；
薄型模组化设计，易安装易维护；
内建制动刹车单元(至22kW)；
支持紧急用DC48/96V电源(EPS)；
无需称重补偿；
特色2如下：
自动修正启动转矩及手动微调功能；
内建电梯机械刹车输出接点；
内建电梯启动/停止程序；
采用RS-485通讯界面，标准的MODBUS通讯协议；
可选购买操作面板；
可选购多种型式PG回授卡；
特色3如下：
多种控制模式选择，有V/F、V/F+PG、SVC、FOC+PG、TQR+PG及FOC+PG(PM)控制模式；
启动转矩0Hz时可达150%以上(+PG)；
速度控制范围 1:1000(+PG)；
速度控制精度 ±0.02%(+PG)；
过载保护：定/转矩150%60秒，200%额定电流3秒；
频率设定分辨率：12bits。
5 控制系统接线图及说明
A、 控制系统接线图
控制系统接线图如图5所示：
图5 控制系统接线图
B、 接线说明
接线说明如表1所示：
表1 控制系统接线说明表
6 控制参数及运行效果分析
6.1控制参数
速度控制基本曲线图如图6所示：
图6 速度控制基本曲线图
详细控制参数如表2所示：
表2 详细控制参数表
6.2运行效果
1） 电梯上行的速度曲线图
如图7所示：
图7 电梯上行的速度曲线图
2） 电梯下行的速度曲线图
如图8所示：
图8 电梯下行的速度曲线图
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