解析式变频技术在双速电梯改造中的运用.pdf

792024年1月下 第02期 总第422期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview0 引言随着我国经济社会的持续快速发展，电梯越来越多地应用于住宅和商业建筑领域。与此同时，节能成为电梯改造人员关心的重点内容。电梯的舒适度也成为人们使用电梯的关键因素，为了提高电梯的舒适度，需要利用各种手段提升电梯运行效果。基于此，分析影响电梯舒适性的各种因素，并结合目前变频调速技术的具体应用情况，深入探讨变频调速技术在电梯舒适度提升中的具体应用途径。此外，针对现代科技发展的特点，深入阐述变频调速技术应用的要点。1 变频调速技术概述1.1 变频调速控制方式最常见的变频器调速控制方式是将 PLC 与变频器结合，对旧有的变频器操作电梯方式进行更新。如果将变频调速技术运用于电梯改造中，就必须了解七大关键单元，包括曳引机、光电编码器、门机系统、PLC、楼层指示装置、变频器和呼叫控制系统等1-2。变频器调速控制图如图 1 所示。在该体系中，光电编码器主要是闭环控制电梯的信息矢量，而变频器的主要作用则是利用 PG 卡生成电梯脉冲信息，准确判断电梯的具体时间情况。楼层选择器和电梯继电器主要负责将驱动信号传递给变频器，还有电梯抱闸释放、楼层显示、开门和关门等功能。整个变频调速控制系统接收 PLC 产生的电梯运行变速指令，选择合理的变速点数和变速曲线，完成对电梯的零速制动或者使电梯直接停止3。1.2 影响电梯舒适度的因素舒适度更好的电梯能够增加电梯的使用率。影响升降机舒适性的因素主要包括升降机噪声、钢丝绳紧张度、人机交互结构等。其中，最主要的因素是升降机的噪声和钢丝绳的紧张度。电梯在工作过程中，因为牵引力、电气磨损等原因，会出现一定范围的噪声。使用年限过长的电梯，在工作过程中往往会产生很大的噪声，影响用户乘坐的舒适度和用户体验感。钢丝绳的张紧程度直接影响电梯的工作状况4。有的钢丝绳在使用一段时间后，会出现张力不均的情况，直接反映了电梯工作过程中明显的不平衡问题，对电梯用户造成极大的困扰。因此，利用变频调压技术改善电梯工作的安全性至关重要。1.3 变频调速技术发展现状变频调速技术是一种运用在电动机上的工业技术，其基本原理是利用电动机转速与工作电源频率间的关系，通过控制工作电源，达到提高电动机转速的目的，控制工作电机电源的频率。收稿日期：2023-06-15作者简介：涂玉涛（1986），男，江西南昌人，中级工程师，研究方向：电梯。解析式变频技术在双速电梯改造中的运用涂玉涛袁超（宜春市特种设备监督检验中心，江西宜春 336000）摘要：在电梯改造中，电梯的安全性是十分关键的因素之一。同时，在实际的电梯改造施工过程中，改造项目往往非常复杂，牵涉的条件很多，需要运用很多手段。其中，变频调速技术是最主要的核心技术之一，在多个行业广泛应用，特别是在改善电梯的安全性领域，能够增强升降机工作的稳定性。通过剖析变频调速技术在扶梯改造中的实际运用，可以掌握其优势与特征，在此基础上剖析扶梯应用变频调速技术后的节能情况，以期为相关人员增强电梯改造有效性提供参考。关键词：变频调速技术；电梯改造；应用中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2024)02-0079-03图1 变频器调速控制图802024年1月下 第02期 总第422期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview目前，变频调压技术的使用范围已相当广泛，在石油、冶金、机械、石化等行业中得到广泛应用。例如，在新疆克拉玛依油田，低压变频器的调压覆盖率已超过70%。变频调压技术的广泛应用，对于降低成本、提高生产质量起到了重要作用。发挥变频调速技术自身的优势，将变频调速技术有效运用在电梯舒适性改装工作中，推动扶梯改装工程项目的开展，具体的应用技术还有待更进一步的深入研究与探索。2 变频调速技术优势与以往的交流电梯调速技术比较，电梯变频调速技术的最主要优点是实现电梯在工作阶段的灵活转换，即在电梯起动、恒速与制动期间的灵活转换。电梯工作初期，如果使用传统的调压或调速方法，供电频率一般会超过 50Hz，电梯电机转差比较大，力矩稳定性较差。而在降速和起动电流方面，要求比较高，一般都会超过电梯额定容量的 3 5 倍。若使用电梯变频调速方式，则电梯起动的频率将远远小于 50Hz 工频范围，而随着电梯运转转速的逐步提高，其频率也会逐步提高。电梯变频调速技术从一定意义上减小了电梯起动时的转差频率，也有效降低了电梯起动时的总能耗。当电梯稳速后，如果采用传统的调压或调速方式，则该电梯的总体容量将与采用变频调压形式的电梯相同。而电梯在半载以下上行或半载以上下行时，如果采用调压调速技术，则其电机处于倒档状态，调压或调速设备需要更大的电压才能引起最大制动力矩，才能引起更大的能量消耗。变频器调速方式也能实现再生发电，如果电梯不需要更大的电压，则可将其存放于大电容内，由此带来的制动电能返回逆变器。当逆变器的母线电压到达 720V 以下时，可直接将电能返回制动电流5。在电梯的制动阶段，传统的调压调速技术一般采取直流制动方法，在电网中获得电流，对电梯实施制动。一方面这种电梯制动方式功率较高，另一方面电动机又易过热。而通过变频调压技术，电梯制动时不需要从电网中取电，可以实现可再生发电。同时，由于电压变化很小，可以防止电梯电机过热。从电梯运行全流程可以看出，电梯变频调速技术的关键并不仅在于变频器，而还在于 PLC 模块。在电梯变频器调速技术中对 PLC 的要求很多，导致目前电梯改造中较为普遍的 PLC 都是欧姆龙品牌。PLC 设备的软件功能也很关键。PLC 软件系统一般由两部分构成，即界面管理单元和控制系统部分。变频调压技术主要利用 PLC 软件系统产生报警信号。3 变频调速系统在电梯改造中的应用3.1 变频调速系统的应用在变频调速控制系统实际工作过程中，可选用局部操作或全局操作的方法。随着电梯设备领域研发的不断深入，电梯设备自身的技术也得到显著发展，特别是在提升电梯便利性方面。3.1.1 变频调速控制原理根据电机理论，交流电动机的转速公式为 n=60f(1s)/p。其中，n 为电源转速，f 为定子的工作频率，s 为转差数，而 p 则为电源的极数。因此，可以通过变化的电源频率范围调节速度，而 f 也并没有超过最大的频率范围。在用电梯作为恒转矩负载进行调速时，要确保产生最大扭矩，转矩公式为 M=Cm，其中 Cm为电学常数，I 为定子电流，为电动机气隙的磁通，而 cos 为定子功率因数。必须根据电流方程 U=4.维持恒定，其中 U 为定子电压，f 为定子电流频率，W 为定子电流匝数，k 为电气常数，自动化电源变频器必须保持恒定，如电梯使用的 AC-DC-AC电源。首先通过整流器将交流电转变为直流电，对整流电路的输出进行平滑和滤波，再通过逆变器将直流电转换为频率和电压可变的交流电6。3.1.2 改善升降机运行轨迹由于升降机在工作过程中，会受到外部环境和自身状态的影响，运行轨迹变化较大。通过专业的电动机设计，利用电压、速度和输出电压等方面的改变，实现更加合理的信息反馈，既提高了升降机的运行性能，又改善了升降机工作的稳定性。采用 AC-DC-AC 电源推动交流或异步方式的电动机工作，合理改善升降机的运行轨迹。而变频器的 S 曲线也利于升降机工作，它要求升降机在启动、变速和刹车的过程中都没有摇晃，而加降速时也不影响乘坐人员的舒适性。3.1.3 控制电梯震动与噪声问题通过变频调速技术，能够最大程度上克服电梯运转过程中的噪声与震动问题，增强用户体验感。在电梯运转过程中产生噪声与震动问题的主要因素包括 4 点。一是导轨误差较大，产生冲击；二是导轨润滑不好；三是导靴轴承的损坏较严重；四是对钢丝绳长度与紧张度调节不合理。3.2 电梯编程控制器改造可编程控制器在高层电梯装置中的使用越来越广泛，有效解决了电梯的噪声问题，提升了电梯的安全性。与此同时，可编程控制器的普遍应用，也降低了电梯事故的可能性，使升降机的日常工作环境不断改善。尽管新型的程序控制器可以提高乘客的舒适性和安全性，但是需要更高级的变频调速技术作为基础，同时需要考虑控制力矩特征的变化情况。3.2.1 信息管理系统电梯系统大部分功能是通过相关的程序设定的，对操812024年1月下 第02期 总第422期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview作方式进行调整的同时，还需要注重对其内部安全防护信息和内指令信号中的召唤信息进行确定，对其操作方式进行调整，以达到对启动、关门等功能的有效管理。由于硬件设置是整个程序控制器中十分关键的部分，在进行程序控制器设置的同时，还需要注重判断编码方法，并通过输入信息判断具体的信息输出形式，判断关键信息。在进行梯形图设计的同时，还需要注意对控制环境进行深入分析，对相应的系统及其相关特性进行研究，以判断信号系统的工作情况。在实际工作流程中，还需要注意按照正常工作程序环境绘制具体的工作图形，并以此为基础完成梯形图程序环境的设计7。比如，编程控制器在正常工作的环境中，如果电梯位于邻近楼层，就会转换成中速或慢速行驶，转换过程相当迅速，并且一般都是根据车速进行曲线变化，确保电梯内乘坐人员的安全，同时提高电梯乘坐人员的舒适性。3.2.2 牵引控制系统对电梯编程控制系统而言，电梯制动装置的优劣直接制约乘客使用电梯的舒适性，也直接制约平层精度。在可编程继电器的状态下，正负信号和频率变化直接控制变频器的工作，因此需要根据预先设定的运行曲线控制机器的旋转方向。操作曲线通常是动态的，当电梯开始从零速加速到稳定恒速运行状态时，整个过程变化很快，相邻层的运行直接影响中速运行曲线的变化和选择，因此需要减速和制动。4 结语重点研究对电梯变频调速技术的改造，并着重研究变频调速技术的调速机理与节能目标，研究变频的实际效果以及电梯运转各种情况下的调速控制。在对电梯变频调速的技术改造中，除硬件的合理选型外，还必须进一步提高技术研发水平，特别是对电机的调试和 PLC 的调试，以期达到变频调速技术高效应用的目的。参考文献1 程贞钰.变频技术在双速电梯改造中的应用J.中国高新技术企业,2014(7):10-11.2 李刚,沈大威.变频调速技术在电梯改造中的应用J.节能技术,2003(4):39-40.3 赵德良.探讨变频器在电梯工程中的应用J.通讯世界,2019(1):154-155.4 林举华.变频调速技术在电梯舒适度改造中的应用J.中国设备工程,2018(11):69-70.5 张杰,方国庆.基于变频技术的双速电梯改造研究J.机电信息,2015(24):68-69.6 马旭春.解析变频技术在双速电梯改造中的应用J.中国设备工程,2023(18):213-215.7 王葵.交流双速电梯和交流变频调速电梯的能耗分析J.起重运输机械,2016(8):88-91.Application of Analytic Frequency Conversion Technology in the Transformation of Double Speed ElevatorsTU Yutao,YUAN Chao(Yichun Special Equipment Supervision and Inspection Center,Yichun Jiangxi 336000)Abstract:In elevator renovation,the safety of elevators is one of the crucial factors.Meanwhile,in the actual elevator renovation construction process,renovation projects are often very complex,involving many conditions and requiring the use of many means.Among them,variable frequency speed regulation technology is one of the most important core technologies,widely used in multiple industries,especially in improving the safety of elevators,which can enhance the stability of elevator operation.By analyzing the practical application of frequency conversion speed regulation technology in escalator renovation,we can grasp its advantages and characteristics.Based on this,we can analyze the energy-saving situation of escalators after applying frequency conversion speed regulation technology,in order to provide reference for relevant personnel to enhance the effectiveness of elevator renovation.Key words:variable frequency speed regulation technology;elevator renovation;application