交流变频拖动系统在电梯中的应用

交流变频拖动系统在电梯中的应用【摘要】交流调速技术的基本控制原理很早就已经确立，1965年以后，由于晶闸管及控制晶体管的进步，控制线绕式异步电动机的转子电压进行调速运转的静止串级调速、采用晶闸管逆变器控制鼠笼式异步电动机进行调速运转等方式逐渐实用化，逐渐奠定了以逆变器为主流的技术基础。而且直接采用电动机调速的技术逐渐取代了其它各种调速技术（如采用皮带的机械式传动、采用液压联轴节的液力传动等），成为调速技术的主流。【关键词】交流调速；控制原理；变频器变频器是在晶闸管技术、微电子技术和控制技术的发展基础上而发展成熟的；变频器如此迅速而广泛的被采用（从家用空调到兆瓦级的产业设备等）的主要原因如下：l）与变频器配合使用的电动机为通用的鼠笼式异步电动机；2）不需要任何机械式的附属装置；3）技术发展很快，价格随用户的大量使用而大幅度降低。1.变频调速技术的基本原理异步电机，特别是三相鼠笼式电机，由于结构简单牢固、价格便宜、运行可靠和无需维护等特点，在交流传动中得到了及为广泛的应用；异步电机的调速可分为两大类，一类是在电机旋转磁场同步转速，恒定的情况下调节电机的电机转差率；另一类是调节电机的同步转速。异步电动机的调压调速、转子串电阻调速、滑差离合器调速、斩波调速等，都是在电机旋转磁场同步转速恒定的情况下调节电机的转差率来实现电机调速，这类调速方法简单，易于实现，但效率较低。变极调速和变频调速则是在保持邃本不变的情况下，调节电机的同步转速，来实现电机调速，这类调速方法属于高效率的调速方法，特别是变频调速是异步电动机高效调速方法的典型，它既能实现异步电动机的无级调速，又能根据负载的特性不同，通过适当调节电压与频率之间的关系，可使电机始终运行在高效率区，并保证良好的运行特性。另外异步电动机采用变频调速技术还能显著改善起动性能，大幅度降低电机的起动电流，增加起动转矩，同时还能加宽调速范围、提高力力矩性能指标等。可以说，变频调速是目前为止异步电动机最为理想的调速方法。2.变频器的结构变频器的类型有多种，按电能转换的情况可分为交流-交流变频器和交流-直流-交流变频器二种。其中，交流-直流-交流变频器是目前中小型异步电动机变频调速电源的主要形式。它不像交流-交流变频器那样直接将工频电源转变成所需频率的交流电源，而是把工频交流市电先经整流成直流，然后再通过逆变器把直流电转变成所需频率的交流电。交流-直流-交流变频调速系统按变频电源特性可分电压源型和电流源型两大类。电压源变频器其直流侧用电容滤波，内阻阻抗比较小，输出电压比较稳定，其特性和普通市电相类似，可用于化纤、冶金、起重等行业的传动系统调速；但这种变频器的输出电流可以突变，比较容易出现过电流，所以要有快速的保护系统。而电流源变频器的情况与电压源变频器的正好相反，由于它在直流回路中接有一个较大的电抗器，用电感滤波，它的内阻抗比较大，输出电流比较稳定，出现过电流的可能性比较小，这对于过载能力比较低的半导体器件来说是比较安全的，但是异步电动机在电流源变频器供电下运行稳定性比较差，通常需要采用闭环控制和动态校正，才能保证电机稳定运行；电流源变频器供电的最大优点在于它实现四象限运行比较方便，可以进行再生制动，一般认为它适用于中等以上容量的单台电动机调速。综合考虑液压电梯控制系统的特点，主要考虑的是低频力矩指标和四象限工作能力；在变频调速液压电梯速度控制中，采用电压源型交-直-交变频器。变频器主要由五部分组成：整流回路、逆变器、控制电路、制动组件和保护回路。3.变频调速的控制方式3.1V/F控制异步电动机的转速由电源频率和级数决定，所以改变频率可以控制电动机调速运行。但是频率的改变导致电动机内部阻抗也改变，因此单独改变频率将产生由弱励磁引起的转矩不足和由过励磁引起的磁饱和等现象，使电动机的功率因数和效率下降：V/F是一种开环控制方式，变频器在改变输出频率的同时，必须控制变频器的输出电压，即使V/F为常值。V/F控制系统结构简单，但是静、动态性能均不理想，尤其在低频时的特性较差，需要函数发生器适当提高定子电压来补偿磁通的减少；这种控制方式基本上不适合在液压电梯中应用。3.2转差频率控制转差频率控制方式是在V/F控制方式的基础上发展起来的，需要检测出电动机的转速，然后以电动机速度与转差频率的和来给定变频器输出频率。由于能够任意控制与转矩、电流有直接关系的转差频率，与V/F控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它具有速度控制器，利用速度反馈进行速度闭环控制可适用于自动控制系统。在V/F控制中，如果保持电动机气隙磁通一定，则电动机的转矩及电流由转差频率决定。如果增加控制电动机转差频率的功能，那么异步电动机产生的转矩就可以控制。转差频率是施加于电动机的交流电压频率与电动机速度（电气角频率）的差频率，在电动机上安装测速发电机（PG）等速度检测元件，就可以知道电动机的速度，此速度加上转差频率（与产生所要求的转矩相对应）就是变频器的输出频率。根据电动机产生的转矩大体与转差频率成比例的事实来控制电动机产生的转矩，就是转差频率控制的原理，这种控制方式具有较高的静动态性能。3.3矢量控制最早由德国于70年代提出的矢量控制方式与前面的V/F和转差频率控制方式完全不同，是交流调速控制技术发展的里程碑，完全变革了传统交流调速技术的思想；矢量控制型逆变器是目前高性能交流调速装置的发展方向，一般情况下分为有速度传感器型和无速度传感器型两大类。后者虽然在静态特性上已与前者相差无几，且可满足成本低及一般场合应用（如有些场合无法安装测速码盘时，只能采用无速度传感器型），但其动态特性目前还无法真正与速度闭环的有速度传感器型相媲美.矢量控制原理的特点是，认为异步电机与直流电机有相同的转矩产生机理，其分析回到磁场同与其相垂直的电流的积为转矩这一基本原理上，将供给异步电机的定子电流在理论上分成两部分：产生磁场的电流分量（磁场电流）和与磁场相垂直产生转矩的电流分量（转矩电流）此磁场电流、转矩电流与直流电机的磁场电流、转矩电流相当。在直流电机中，利用整流子和电刷在机械上使两者保持垂直关系，并且可以分别供电；在异步电机中，定子电流是在电动机内部利用电磁感应作用在电气上被分解为磁场电流和垂直的转矩电流。矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流，分别进行控制，同时将二者合成的定子电流供给电动机。矢量控制的特点：（1）矢量控制特性比其他控制特性优越，可实现与直流电机相同的控制特性；（2）矢量控制变频调速响应速度快，调速范围广，特别是低速段的调速性能优越，可满足频繁急加、减速度运转和连续四象限运转等场合；（3）可以进行转矩控制。在电机静止状态时，能控制产生静止转矩；（4）控制运算中一般需要使用电动机的参数，需要电动机的速度反馈，一般要求电动机为专用电动机。由于矢量控制方式完美的控制特性，可以很好地满足液压电梯的低频力矩指标、静动态性能。【参考文献】［１］王树.交流调速系统设计及应用.北京机械工业出版社，2005．［２］汝长青.基于DTC的ABB变频器在带式输送系统的应用[J].煤矿机械,2009,(02).