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提高电梯运行舒适感的有效途径
艾默生网络能源有限公司刘宏鑫毛新建

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一、引言随着我国经济的迅速发展，电梯市场异常繁荣，年需求4万多台，成为全世界最为活跃的市场。由于我国电梯受日本产品的影响较大，人们对于电梯舒适感的要求越来越高。如何提高电梯运行的舒适感成为各个电梯厂家关注的一个重要问题。二、选用品质优良、稳定的曳引机电梯控制系统首先应该说是一个机械系统。电梯运行就是轿箱在导轨上的往复机械运动，由于其载人功能，对其可靠性、振动噪音和舒适感提出了较为苛刻的要求。电梯机械的可靠性由机械设计和材料的选型可以完全保证。轿箱在X、Y方向的机械振动完全靠导轨的安装和导靴的加工精度和质量来保证，而Z方向的机械振动与曳引机及其驱动电机、变频调速器息息相关。曳引机是电梯运行的驱动装置，其性能直接关系到电梯运行的舒适感。曳引机的机械间隙对电梯的影响主要体现在电梯在加减速过程中，在电机速率发生变化时，电动运行和发电运行状态将发生切换，造成电梯的振动，极大地影响了电梯的舒适感。在电梯S曲线加减速过程中，一般各有一两次明显失重或者超重感觉，并伴随曳引机发出异响。另外，对于一些改造的双速旧梯用曳引机，由于多次高低速切换的巨大冲击，造成连接套轴中的橡胶垫片严重磨损，也会造成上述现象。因此，电梯厂家必须对新选型的曳引机的间隙必须提出明确的要求，并在维保时定期检查连接轴的磨损情况。另外，曳引机内部齿轮或者涡轮涡杆的加工、安装精度差、动平衡调节不好，也会造成电梯在高速时产生振动和噪音。笔者曾经在某个厂家，发现电梯运行的垂直振动特别大，采用了一切办法均无效的情况下，怀疑为曳引机问题，厂家不相信，更换市场上所有品牌变频器，均无改善，更换曳引机，问题得到解决。结果问题是该曳引机生产厂家规模小，检测手段落后，生产的曳引机，一致性难以保证，给电梯厂造成重大直接和间接的损失。因此，曳引机的选择，不能贪图便宜，必须选择技术实力雄厚，检测手段齐全，质量保证体系健全的厂家。还有一点要强调的是，在同样梯速情况下，以选择曳引机减速比大的曳引机为好。因为减速比大，造成的倒溜现象就小，启动舒适感就容易调整。实践证明，同样梯速下，采用6极电机曳引机比采用4极电机的启动舒适感差。本质原因是6极电机比4极电机的启动转矩并没有大1.5倍以上。三、选用品质优良的驱动电机在保证曳引机质量的前提下，与曳引机配套的电机的性能也直接关系到电梯的起制动过程的性能，问题主要表现为启动舒适感的好坏。如果电机的启动转矩大，在电梯松闸的时刻产生的倒溜就会很小。目前，在许多变频器的手册中，有严重误导用户的说法。变频器可以达到200%甚至300%以上的启动转矩，实际上都是没有实际意义的。如果一个电机的设计启动转矩Mst 和最大转矩Mmax 小，变频器再好，也不会产生大的输出转矩，而且还容易产生速度的波动，造成振荡。根据异步电机的基本知识，电机的M-N曲线如图1（a）所示，图中A点为最初启动转矩点，B点为最大转矩点，C点为额定工作点。其中电机的启动转矩Mst 与电机的转差率s有关，转差大，初始启动转矩大，要提高转差，要求转子电阻Rr 大，转子电感小，图1（b）示出了转子电阻不同情况下的机械特性曲线。从图上还可以看出，随着转子电阻增大，最大转矩Mmax 未发生变化，但是其对应的最大转差Sm 增大，在同等负载下，转差也增大。这就是进口品牌电梯采用高转差电机的原因。可是目前许多进口品牌曳引机为了降低成本，均配备国产低转差电机，转差频率一般小于2.5Hz，其启动性能大打折扣。因此在选择曳引机品牌时，其配套电机的品牌和性能的选择也同等重要。（图片）图1 异步电机机械特性四、选用性能优良的变频器异步电机矢量控制是完全基于电机参数的矢量控制，因此电机参数必须能够进行自动学习。否则，取得不了优越的性能。因此，首先必须选用能够进行电机参数自学习的变频器。其次，变频器必须具有零速150%以上的转矩输出，可以保证良好的启动和停车舒适感。另外，需要非常好的过载能力，110%的额定负载，必须连续运行，特别对于高层电梯，需要满载运行超过30S以上的，更要考虑这一点。一些国外厂家的变频器，100%额定负载，不能够连续运行60S，因此，在用于高层电梯控制的时候，均建议放大一档使用，给用户造成了不必要的经济损失。选定好变频器后，要做到比较好的舒适感，关键还要调试好变频器的性能及运行曲线。电梯在启动的时候，由于机械导靴有比较大的静摩擦力，可以通过调节启动速度和启动速度保持时间来消除。另外，一般变频器均有速度环PI参数调整功能，通过速度环PI参数调整，可以有效调整变频器的动态响应速度和稳速精度，可提高电梯的启动和稳态运行的舒适感。启动性能与低频PI参数有关，可以先将低频I设定为零或者比较大的值，不考虑平层精度情况下调节KP，增大KP，低频动态响应加快，启动转矩大，但是KP过大，容易引起振荡，启动和停车爬行的舒适感会变差。因此，必须增大KP到电梯在满载、空载情况下，不振荡为临界，然后可以逐步减小I参数，达到启动，爬行均满意的效果。高频PI参数调整原则是，保证启动加速和停车减速过程的超调最小，一般小于2%额定速度，又要保证稳速情况下的速度精度，一般不超过0.001m/s。先将高频I设定为零或者比较大的值，调节K，使参数小于电梯在高频稳态产生振荡的临界参数，然后逐步减小I，使得超调达到要求的指标。对于采用相同曳引机和机械的场合，可以在调好一台电梯情况下，通过键盘参数拷贝来实现复制。上述中，积分时间常数I的单位为时间单位S。特别提醒的是，目前市场上的绝大多数变频器PI参数采用独立的两个数来调整，没有实际物理量概念，此时的I越大，相当于时间常数越小。对于加减速过程中的舒适感，要通过S曲线调整来解决。一般是加速度和减速度在0.5~1m/s² 之间，开始段急加速和结束段急减速可以调整为0.25~0.5m/s³，结束段急加速和开始段急减速可以在0.5~0.9m/s³ 之间。S曲线的调整还与电梯的场所有关，对于医院、疗养院等对舒适感要求很高的场合，需要减小相应参数，对于办公写字搂等需要高效率的场合，可以适当增大相应参数。结束段急加速和开始段急减速的增大，有利于克服间隙造成的加减速过程的抖动。五、采用最佳控制时序最佳的控制时序如图2所示，变频器接收到运行命令后，先进入零速运行过程，延时T1，保证电机励磁达到稳态后打开报闸，同时变频器开始运行启动速度的启动速度保持时间T2后是高速、低速到零速，零速运行T3后，在保证惯性影响为零的情况下，关闭报闸，由于报闸抱紧需要一定时间，因此必须延迟T4后撤消运行命令。按照此时序，可以保证启动和停车均有理想的舒适感。在艾默生TD3100变频器中，T1由F7.00设定，T2由F3.01设定，T3由F7.01设定，T4由控制决定，如果控制器延迟时间不够，TD3100变频器将自动延长命令保持时间。（图片）图2 电梯控制理想的控制时序图六、其他 1、启动补偿对于1.75m/s以下的中低速电梯，由于运行速度较低，基本不需要启动补偿就可以达到比较满意的程度。对于1.75m/s以上的中高速电梯，如果启动舒适感要求比较高的场合，就必须添加称重装置，进行启动转矩的补偿。一般有两种称重装置，开关量检测和模拟量检测方式。对于开关量检测具有成本低，但只能够做到有级，一般安装4个开关，可以在空载和满载之间实现任意4点的准确补偿，但是由于是有级补偿，还不能够做到理想的程度。模拟量传感器可以实现无级补偿，但是存在的问题是模拟量传感器往往随着电梯的使用，其输出会发生偏移，造成补偿错误，效果有时会比不补偿还差，因此需要定期对补偿增益进行调整。艾默生TD3100电梯专用变频器启动转矩补偿原理如图所示：（图片）图3 艾默生TD3100电梯专用变频器启动转矩补偿原理 2、减振器和钢丝绳的合理选用许多电梯厂家，对于减振器选用非常随意。实际上减振器对于提高电梯的舒适感有非常重要的作用。减振器一般有曳引机底座的橡胶减振垫、轿箱底部的减振弹簧或橡胶减振垫、轿箱顶部的钢丝绳减振器三种。曳引机底座的减振垫质量和减振效果千差万别，它直接影响到电梯的舒适感，特别是当电梯上行到顶层2至4层启动、停车时，问题将表现的异常突出。轿箱底部的减振器的质量将直接关系到电梯稳态运行的平稳性，如果弹性系数大，特性太硬，将起不到减振作用，会产生高频振动，人体会感觉到麻脚的感觉，严重时，将造成轿箱的高频振动，产生比较大的噪音。反之，将产生低频振荡，造成人体的下沉感。因此必须合理选用。钢丝绳的减振作用与轿箱底部的减振器作用相同，必须根据楼层高度，选用弹性系数合理的钢丝绳，在保证满载情况下，伸缩量符合要求的情况下，达到良好的减振效果。另外在高层电梯上，由于钢丝绳较长，松紧程度一致性差时，容易造成高速运行时钢丝绳的摆动，互相撞击造成轿箱的振动。一个有效的方法就是在钢丝绳末端添加钢丝绳减振器，对于钢丝绳的振动波产生有效的吸收，防止反射而形成差拍现象。 3、编码器的合理选用编码器是电梯变频器闭环的必要器件，其合理选用对电梯的安全、可靠运行产生重大影响。从安装方式上，轴套式更加可靠，但价格相对连轴式稍贵。目前许多采用连轴式编码器厂家，由于标准连轴器在同轴度不好的情况下，很容易折断，可靠性非常差，就自己采用非常简单的连接方式，给电梯的运行带来安全隐患。从接线方式上讲，有推挽输出的和开路集电极输出的，建议在编码器连线超过5m以上时建议选用开路集电极编码器，以提高抗干扰能力。编码器的每转脉冲数一般在300以上就可以保证变频器的正常运行，建议在成本许可的情况下，最好将编码器每转脉冲数提高到1000到2000，可以大大提高电梯的启动舒适感。原因是每转脉冲数越大，启动溜车就容易实现快速检测，从而达到转矩的快速调整，减小溜车。 4、控制系统的合理接地电梯控制系统中，接地是一个影响可靠性的关键问题。由于我国供电的不规范，大多数场合是三相四线制，而非三相五线制，接地问题变得更加突出。在安装调试时首先必须保证控制柜、曳引机及轿箱可靠接地或零，然后是编码器接地。但是要强调的是，目前市场上编码器的规范性较差，有些编码器自身的抗干扰能力差，设计厂家将编码器引线的屏蔽层与编码器外壳连接，这是非常严重的错误。如果用户将编码器屏蔽层与变频器的地相接时，由于两端接地，变频器与电机之间存在电位差，容易产生干扰，轻者造成电梯的低频抖动和随机的过流保护，重者当调试现场曳引机没有接地或者接地不良时，电机的漏电将造成变频器接口板的严重损坏。因此，建议选用屏蔽层与外壳不连接的编码器，实施远端一点接地，可以大大提高系统的可靠性。 5、制动电阻的合理选取制动电阻是用于消耗电梯在发电过程中产生的回馈电能，电阻阻值的选取参考变频器说明书有关内容以100%制动转矩选取，但是电阻功率大小直接关系到体积和价格，许多厂家不知道如何选取，同等功率的变频器电阻全部是一样的。这是存在严重隐患的。因为电阻的功率与楼层的高度是有关的，一个6层楼和一个30层大楼，所用变频器可能均是15KW，但是变频器发电连续运行的时间相差5倍，其功率也需要相差5倍，才可以保证可靠性，延长电阻的寿命。因此电阻的功率应该先按照连续制动计算，然后根据不同楼层高度相应地调整功率。七、结论本文针对曳引机、电机、变频器及运行调试等内容，从电气和机械两个方面，提出了一些提高电梯启动、加速、稳态和减速停车运行过程中舒适感的有效对策，对于电梯厂家、曳引机制造厂家及电梯改造、维护厂家均有一定的参考价值。 10/19/2007

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