电梯控制设备---变频器

大大大

电梯变频器是一种专门用于电梯控制的仪器。电梯专用变频器是中小功率变频器中的高端产品，它使得电梯效率提高、运行平稳、设备寿命延长，结合PLC或微机控制，更显示无触点控制的优越性：线路简化、控制灵活、运行可靠、维护和故障监测方便。

变频器在现代电气设备中是一种很常见的设备，

而电梯变频器则是一种专门用于电梯控制的仪器。电梯变频器对电梯的控制是S型，即启动和停止加速度都比较缓和，而中间过程，加速度比较快，主要是为了乘坐舒适，节能也是一方面，这是变频器的通用优点。

变频器的作用：电梯要有舒适性，需要电梯缓慢加速，这就涉及到电机调速的问题：

1、其他的调速方式，比如串电阻调速：它通过串接一个电阻，来降低电机内部的电压，实现转速的降低，弊病就是在串接的电阻上会耗费一定的能量；

2、用变频器就不存在这种情况，它直接控制输出的频率和电压来驱动电机，不存在额外的消耗。

变频器的应用已由常见的风机、水泵等拓展到食品、饮料、物流、楼宇等，不断开阔新的节能领域，其功能也得到提升和多样化，一方面是全数字化，功能齐全，能够补偿负载变化的自适应、自调谐技术，特别是分布式的具有通信、联网功能和集成PLC的高端变频器；另一方面是简单或行业专用的变频器以及机电一体化、小型化的变频器。此外，由于新型高压电力电子器件的问世，高压和中压变频器也有长足的发展。

如果平常对变频器进行维护保养，则可大大下降变频器的故障率：

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，后果相称不错；

2、预防雨水淋湿，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，这个就关联到整栋楼或全部小区防雷设施问题，被雷击的变频器个别损坏严峻；

4、变频器的散热风扇要定时清尘,变频器的维修方式采用在线电压检测及直流电阻测量两种方法，发现其有响声或不运行就要调换；

5、电梯电机有不正常响声通常是变频器有问题，如电机三相电流不均衡，这时最好就要维修，等到变频器完整不行则损坏可能比较严峻。

伴随着大功率晶闸管（SCR）大功率晶体管（GTR）和新型场效应晶体管（IGBT）的相继问世，变频调速技术从20世纪60年代出现至今已日趋成熟，在各电气领域普及使用。电梯等特种机电设备也不例外，变频器也使设备的技术含量、性能得以突飞猛进，与传统的调速方式比较其效果是鲜而易见的。它使得电梯效率提高、运行平稳、设备寿命延长，结合PLC或微机控制，更显示无触点控制的优越性：线路简化、控制灵活、运行可靠、维护和故障监测方便。由变频器的工作原理可知，必须满足一定的安装要求才能正常工作，变频器本身也不可避免产生谐波干扰和电磁辐射等常见问题，然而电梯的功率较大、工作环境较差、安全系数要求高，因此，引发了在安装使用与维护变频器的若干问题。

谐波干扰问题：

1、干扰的产生机理

变频器的主电路一般是交-直-交形式，即整流部分（AC/DC）和逆变部分（DC/AC）组成，先将电源进行三相桥式整流，再由大功率晶体管开关元件进行DC/AC转换。

在输入部分，输入电压是正弦波，非线性二极管组成的三相整流桥及二极管参数离散将引起输入电流的波形为非正弦波。在输出部分，输出线电压是SPWM脉宽调制的矩形波，相电压是阶梯波，都是非线性的。输出电流是带毛刺的近正弦波。既然是非线性正弦波，就必将产生谐波。理论上分析，谐波中不含有3的整数倍谐波和偶次谐波，可按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，通常含有6n+1（n=l，2，3….）次谐波。谐波的频率与变频器的调制频率有关，其中5次、7次、11次、13次谐波电流占主要地位。

2、干扰的危害

输入电流谐波会使电网电压畸变，造成对其他用电设备的影响，如使变压器温度上升，产生震动噪声;引起保护电器误动作;导致计量仪表误差;破坏绝缘，影响电器正常工作，减少寿命等。

按GB12668-90规定，我国高次谐波管理标准电网电压谐波电压综合畸变率的是THD%≤10%，奇次谐波THD%≤5%，偶次谐波THD%≤2%。

输出电压和电流均有谐波，调制频率较低时，人耳可能听得见高次谐波频率产生的电磁噪声(尖叫声)，谐波造成电动机发热和振动，峰值电压甚至击穿绝缘，无功损耗大，cosφ减少等。调制频率较高时谐波造成的影响要小，但无论调制频率高低，谐波都会通过导线的电磁耦合形成感应干扰，并且通过电缆向空间发射高频电磁辐射干扰，对周边的线路、电气设备等造成不良影响，如电梯中干扰门机控制信号使其不能正常工作、电脑板液晶显示出错、微机时钟停止工作。一般情况下，变频器输出的谐波电压合成总量THD%应控制在5%~7%之间。

3、干扰的抑制

无论输入还是输出谐波造成的干扰，其传播方式不外是线路传导、感应耦合和空中辐射三种方式，所以在抑制干扰的措施上也从这几个方面入手：

1）接电抗器和滤波器。输入端接入交流电抗器ACL，它对抑制5~9次谐波效果很显著，cosφ也可提高到75%~85%，输出端一般不接电抗器，选用时电抗器的压降最好控制在5%以下。串联在整流桥和滤波电容之间的直流电抗器DCL也能明显抑制谐波电流和提高功率因数。接电源滤波器时应注意：输出侧的滤波器电容器只能接在电动机侧，且应接入电阻，防止逆变器因电容的充放电受冲击，滤波电抗器三相连接线必须按同方向绕在同一磁芯上，才能对基波电流无影响。容量大于22KW时一般选用并联方式的电源滤波器。

2）合理布线和线路屏蔽。变频器应使用单独变压器供电，两台变频器同时使用时更要彼此远离：其他设备和控制线路在布局上尽量远离变频器的输入、输出线（最低也在10cm以上），并且不要与其平行走线，最好垂直交叉：信号控制线相绞可抑制差模干扰信号;布线时设备合理接地也是抑制谐波干扰的方法之一，接地时除了要按国家规定用足够线径的接地线保证接地电阻不大于5Ω之外，变频器还要单独接地，接地点尽量靠近变频器，接地线远离电源线也不能和电源的零线相接；对主电路（变频器到电动机的连接线）进行穿金属管屏蔽，并尽量短，控制信号线也可采用屏蔽线，屏蔽线靠近变频器的一侧应与控制线路的COM端相连，同时屏蔽层只能一端接地。

3）其他设备用隔离变压器对有干扰的电网进行电源隔离，用光电耦合管隔离受干扰的信号。

4）亦可相对降低变频器的载波频率来消除干扰的影响，但噪音可能要大些，电流波形平滑性要差些，具体可现场进行调试确定。

5）必要时也可使用零相序电抗器、电涌吸收器和电涌抑制器等。

电梯工作环境相对恶劣，而变频器是一台晶体管电子设备，对使用环境有一定的要求。在条件允许的情况下，在安装和维护时应考虑以下问题，以保证变频器的正常工作：

变频器的环境温度一般在-10~+40℃为宜，湿度在90%以下，周围环境中不能有油污、金属粉末、有腐蚀性气体和液体、不能阳光直射、振动要小。但有些电梯(如室外扶梯)工作在露天恶劣环境，必须采取必要的措施，比如进行隔离防护等。当环境温度大于+40℃时，每增加5℃，将导致变频器运行功率下降30%左右，所以变频器的散热处理显得非常重要。一般的，采用冷却风扇把热量带走，每带走1KW的热量所需风量大约是0.1m3/s。在电梯中，变频器一般是柜式安装。如果环境比较清洁应尽量采用柜外冷却方式，若必须采用柜内冷却时，要在柜顶加装抽风式冷却风扇，且尽量在变频器的正上方。在户外环境安装变频器时，控制柜最好采用双层结构，在隔层之间有强制风冷设计，这样就可以防雨防晒又有良好的散热。

变频器的基本工作原理：电梯上常用的4级或6级电动机可通过调节电压和频率改变其转速。变频器将电网的三相交流电通过变频器输入侧的三相整流桥整流为直流电，再通过IGBT逆变为等效的交流电供给电机，交流电的电压和频率是根据要求的速度和力矩计算出来的。启动曲线按时间原则给出，制动曲线根据减速距离自动计算给出，可实现零速停车，停车时无冲击感，可根据乘坐要求设定多种理想的运行速度曲线。采用数字控制系统，使可调的环节减少到最少，调速器自动确定控制参数，并自动存储记忆，现场调试的工作量小。