解析变频技术在双速电梯改造中的应用

摘要：随着电力电子技术的快速发展，变频技术也应运而生，并在电梯控制系统中得到了广泛的应用，改善了传统继电器控制的性能和电梯运行的舒适性。本文详细分析了变频技术的工作原理，以及双速电梯存在的缺陷，并对变频技术在双速电梯改造中的设计方案进行了深入的研究。

关键词：变频技术；PLC；双速电梯；改造；应用

一、引言

电梯的电力拖动系统对电梯的起动、加速、稳速运行、制动、减速起着控制作用，拖动系统的优劣直接影响电梯的起动和制动加速度、平层精度、舒适性等指标。目前电梯常用的电力拖动系统主要有交流变极调速系统、交流调压调速系统、变频变压调速系统和直流拖动系统。而交流双速电梯就是交流变极调速系统的一种。交流双速电梯由于各种原因，已经被变频拖动系统所淘汰。

二、交流双速电梯的控制原理及存在的缺陷

交流变极调速就是改变交流感应电动机定子绕组的磁场极数，以改变磁场同步转速来达到调速的目的[1]。双速电梯的电动机的极数一般为4极和16极，或者为6极和24极，也有极少数的采用4极和24极、6极和26极的情况。三相异步电动机的转速n的表达式如下：

由此可见，极数少的绕组为快速绕组，极数多的为慢速绕组。双速电梯的主拖动系统线路如图1所示：

图1 交流双速电梯主拖动系统线路

交流双速电梯的调速是变极调速，是一种有级调速，因此调速范围不大，并且不能实现平滑调速，严重影响着电梯运行的舒适感和平层精度。此外，如果电动机的极数增加过多，电动机的外形尺寸就会显著增加。所以交流双速电梯已经不能满足当前的要求，属于淘汰的一种调速方式。

三、变频技术原理与其优势

变频技术就是改变电源的频率，同时也随之改变电源的电压的技术。该技术的成熟产品就是变频器，变频器的作用是把固定频率的交流电变换成连续可调的交流电，简称为VVVF。

由于VVVF调速具备优异的调速性能和节能潜力，目前国内外均已研制生产出电梯专用变频器。所以电梯拖动调速方式以调频调速为主流，PLC和变频器的电梯控制系统应用非常广泛。控制系统中，PLC主要完成逻辑控制，变频器主要完成曳引拖动的调速控制，这种控制形式在旧电梯的改造中也得到了广泛的应用[2]。变频变压电梯控制系统是在国际上运用最广的电梯控制技术，这个系统是通过电压、电流、速度的信号反馈，由计算机进行精确的调节控制，提高电梯的运行效率，使运行的性能更加的完善[3]。

四、交流双速电梯的变频改造

利用变频技术或者使用变频器等设备，将交流双速电梯改成变频变压电梯，需要对电梯的主机拖动系统和控制系统分别进行改造。首先，需要更换电梯的的编码器，更换为安装在电动机转轴上的旋转编码器，具体来说是装在其中心轴上面；其次，把原来的所有安全信号依次接入到控制系统的指令点上去，原来的安全信号主要包括制动器信号、门锁信号、超载信号、换速信号、安全回路信号、开关门信号、运行状态信号等。信号输入设置完成后，再对变频系统的各项参数进行设置；最后，实施井道的自学过程，当自学完成后，电梯就能恢复正常的运行状态。如果在井道自学过程中出现故障，电梯的变频系统会针对所发生的故障进行有效的识别与报告，变频系统保留故障的限度通常设置为最近20次，这样有利于维修人员更快的找出故障点进行修理[4]。

电梯的电气控制系统由拖动调速部分和逻辑控制部分。拖动调速部分用电梯专用变频器，采用VVVF调速方式。逻辑控制部分采用PLC作为控制系统的处理器，充分发挥PLC接线简单、编程容易、可靠性高、维护方便等特点。对于井道内的信号，可以充分利用变频器的自带的功能，采用直接距离控制，保留电梯平层感应信号、强迫减速信号和极限开关信号，省去井道中的感应器。

电梯的逻辑控制系统主要是负责电梯的运行逻辑，要充分利用PLC自身丰富的指令和功能，尤其是功能指令，可以很好的实现电梯的集选控制。整个逻辑控制系统主要包括内选及外呼信号的记忆与消除、运行方向回路、选层回路、运行方式控制、电梯开关门控制等几个部分。除此之外，还可以设计故障检测及指示回路，将经常发生的故障编码在PLC内部，通过数码管来显示所发生的故障，给维护保养人员提供故障信息。

综上所述，变频调速电梯系统主要是由变频器、PLC、曳引机、门机系统、层楼显示系统、光电编码器以及呼叫系统等组成。在本系统中光电编码器是矢量控制系统，通过利用变频器的脉冲信号能够计算出电梯的位置。PLC主要是用来给变频器发送方向信号、运行信号、楼层显示信号以及开关门信号[5]。变频调速电梯的系统组成如图2所示：

图2 变频电梯系统组成

VVVF电梯调速平滑，能获得非常良好的舒适感，而且能明显的降低电动机的起动电流，在基频以下调速时，其节能效果是十分明显的，能达到30%之多，因此VVVF调速技术已得到广泛的应用。

五、总结

本文对老旧电梯的交流双速电梯的控制方式和缺点进行了详细的分析，并对当前广泛使用的变频技术的原理和优点，并对交流双速电梯的改造方案进行了深入的探讨，以供分享。

参考文献：

[1]毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验[M].北京：学苑出版社，2001.03。

[2]魏孔平，朱蓉.电梯技术[M].北京：化学工业出版社，2006.6。

[3]雷勇利，胡飞.变频技术在双速电梯改造中的应用[J].北京：科技与企业，2013.07.22。

[4]张洪升，.解析变频技术在双速电梯改造中的应用[J].北京：化工管理，2014.04.16。

[5]程贞钰.变频技术在双速电梯改造中的应用[J].北京：中国高新技术企业，2014.04.01。