【正文】 ? 幾個變換 ? ?？刂七^程中，轉(zhuǎn)矩的擾動通過速度的變化傳遞給電流環(huán)進行補償。電流環(huán)中給定電流分量與實際電流分量的差值經(jīng)過 PI調(diào)節(jié)器以后得到輸出的 d、 q軸電壓分量和，即得到了輸出的電壓空間矢量。采用最大轉(zhuǎn)矩控制方式時，勵磁電流給定分量為零，使轉(zhuǎn)矩電流分量達到最大。 ? 的控制策略：令，由式（ 412）可得永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩為： ? （ 413） ? 則電磁轉(zhuǎn)矩完全取決于的大小，實現(xiàn)了與直流電機相媲美的控制。在矢量控制中，為電機的轉(zhuǎn)矩電流，與直流電機類似，轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)矩大小成正比；稱為電機的勵磁電流，可以根據(jù)實際的控制要求設(shè)定。 ? 永磁同步電動機在 dq坐標系下電磁轉(zhuǎn)矩為： ? （ 412） ? 式中： 定子繞組 dq軸電流； ? dq軸磁鏈； ? 轉(zhuǎn)子永磁磁鏈； ? dq軸電感； ? 電磁轉(zhuǎn)矩； ? 極對數(shù)； ? 永磁同步電動機轉(zhuǎn)子磁鏈恒定不變，一般采用轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方法，轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制原理是將 dq軸坐標系放在同步旋轉(zhuǎn)磁場上，把靜止坐標系中各交流分量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流量，d軸與轉(zhuǎn)子磁場方向重合，轉(zhuǎn)子磁通 q軸分量為零。 ? 矢量控制原理 ? 矢量控制的基本思想是將交流電機電流矢量分解成兩個互相垂直、彼此獨立的產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，使得交流電機的轉(zhuǎn)矩控制和直流電動機相似。雙閉環(huán)系統(tǒng)中外環(huán)為速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。本系統(tǒng)采用進口高精度編碼器作為位置傳感器。永磁同步電機拖動系統(tǒng)采用矢量控制原理，實現(xiàn)了電流和速度的雙閉環(huán)控制，較好的實現(xiàn)了同步電機的低速控制，有良好的抗擾性能，滿足了無齒輪電梯電氣拖動系統(tǒng)的要求。 一、永磁同步電梯閉環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成 ? 電梯的電氣控制系統(tǒng)可分為通信、信號控制與拖動控制兩大部分。用其構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng)具有的優(yōu)點是：諧波噪音較小，電梯系統(tǒng)舒適感更好；與同容量的異步電機、直流電機相比，可以在低速下產(chǎn)生足夠大的轉(zhuǎn)矩；由于永磁同步電機轉(zhuǎn)子沒有損耗，所以效率更高。 ? 圖 451b 表示了對速度偏差的 PID調(diào)節(jié)過程： pr13中設(shè)置了比例系數(shù)， pr14中設(shè)置了積分時間常數(shù)， pr15中設(shè)置了微分時間常數(shù)，輸入的速度偏差通過它們進行速度環(huán)的 PID運算，輸出轉(zhuǎn)矩指令，該指令受 pr47中設(shè)置的轉(zhuǎn)矩上升速率的限制（使轉(zhuǎn)矩指令按設(shè)定的斜率上升），再經(jīng)過 pr0 pr07對電動狀態(tài)、制動狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩的限定，送到矢量控制的逆變器，逆變器根據(jù)電動機的各有關(guān)參數(shù)（ pr41的額定電流、 pr42的額定勵磁電流、 pr43的額定頻率、 pr44的額定轉(zhuǎn)差率和 pr45的脈寬調(diào)制頻率）及轉(zhuǎn)矩指令進行矢量控制的運算，并按運算的結(jié)果控制逆變頻率、電壓、電流，使電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩指令所要求的轉(zhuǎn)矩，進而保證轎廂按預(yù)定的速度曲線運行。該速度偏差向下送到比較器 c與 pr56設(shè)置的在速窗數(shù)值比較，如果超過在速窗數(shù)值，說明速度偏差超過正常范圍，轎廂速度沒能正確跟蹤速度曲線，比較器 c翻轉(zhuǎn)，將 b73置為 0，供報警用。 ? 圖 451是 VECTOR變頻器的閉環(huán)控制流程圖，其中圖 451a是速度給定與速度反饋相減產(chǎn)生速度偏差信號的電路流程，圖 451b是對速度偏差信號進行 PID運算控制及電機參數(shù)設(shè)定和運行數(shù)據(jù)、故障登記的流程圖。 ? VECTOR變頻器設(shè)有 100個數(shù)值（ Numerical）型參數(shù)和 100個位（ bit）型參數(shù)供使用者設(shè)置或查閱，分別見表 42和表 43。當計數(shù)器輸出減到零時，停止發(fā)計數(shù)脈沖，并向系統(tǒng)發(fā)出斷電抱閘停車信號，將計數(shù)器和 EPROM封鎖，準備下次運行。當輸出到第 329個速度值時，起動段速度曲線輸出完畢，此后不再送計數(shù)脈沖，輸出的模擬電壓保持第 329點對應(yīng)的數(shù)值不再改變，電梯以額定速度運行。圖 450是這種速度曲線發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖。閉環(huán)控制大致有三種做法：一是數(shù)字量內(nèi)部傳遞，這時速度曲線的產(chǎn)生與閉環(huán)控制由同一個 CPU完成，產(chǎn)生的速度給定值就直接與反饋的實際速度值相減并進行 PID（或其他控制算法）的控制運算，進而實施控制；二是數(shù)字量外部傳遞，這時速度曲線的產(chǎn)生與閉環(huán)控制分別由不同的 CPU完成，產(chǎn)生的速度給定值通過電路板上的數(shù)據(jù)線或外部的接線端子傳遞給閉環(huán)控制 CPU。離線計算法減少了在線計算的負擔，但要求增加存儲單元的存儲容量。在線計算要求速度閉環(huán)控制計算機有冗余的運算能力。 ? （一）電梯速度曲線的產(chǎn)生 ? 首先要計算速度曲線，一種是在線計算，另一種是離線計算。 ? 為了保證電梯運行的舒適性和平層的準確性，電梯應(yīng)按預(yù)定的速度曲線運行。該系統(tǒng)的功率因數(shù)幾乎為 1，減少了所要求的功率容量，諧波分量也可減至 5%以下。實際使用的逆變器能控制滿量程電機的轉(zhuǎn)矩脈動量，包括了 1HZ及 1HZ以下的頻率范圍，使電梯乘坐舒適，平層精度好，為減少電機的噪音，大功率變換器還須用高頻載波器控制。 ? 圖 448高速變頻調(diào)速電梯的拖動控制系統(tǒng) a）電壓型 b）電流型整流器 2—變頻器 3—電流檢測 4—電動機 5—曳引輪 6—速度檢測 7—轎廂 8—對重 9—PWM控制電路 10—主控微機（運行控制） 11—輔助微機（矢量控制） ? 五、 VVVF電梯的拖動控制系統(tǒng) ? 使用帶有矢量變換控制的變頻變壓控制系統(tǒng)，能使高速（甚至超高速）電梯充分滿足系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)要求。圖 448中簡單地畫出了速度控制的結(jié)構(gòu)框圖。為了提高矢量控制的精度，提高矢量變換的運算速度非常重要。 ? 四、高速變頻調(diào)速電梯的控制 ? 對變頻調(diào)速電梯的控制主要包括電梯的速度控制和信號控制。 ? 基極驅(qū)動電路的作用是將正弦波 PWM控制電路送來的脈沖列信號放大，再輸送至逆變器的大功率晶體管的基極，使其導(dǎo)通。 ? 當電梯減速時以及電梯在較重的負荷下（如空載上行或重載下行）運行時，電機將有再生電能返回逆變器，然后通過電阻將其消耗掉，這就是電阻耗能式再生電處理裝置。其 VVVF拖動控制部分由三個單元組成：第一單元是根據(jù)來自速度控制部分的轉(zhuǎn)矩指令信號，對應(yīng)該供給電動機的電流進行運算，產(chǎn)生出電流指令運算信號；第二單元是將經(jīng)數(shù)／模轉(zhuǎn)換后的電流指令和實際流向電動機的電流進行比較，從而控制主回路的 PWM控制器；第三單元是將來自 PWM控制部分的指令電流供給電動機的主回路控制部分。改變正弦調(diào)制波的角頻率 ω，就可以改變輸出等效正弦波的頻率，從而就可以實現(xiàn)變壓變頻。 ? 圖 446 PWM輸出波形 ? 由于 PWM的控制作用，在逆變器的輸出端得到一組幅值等于整流電路的輸出電壓 Ud 、寬度按正弦波規(guī)律變化的矩形脈沖列。如果提高三角波的頻率，則 PWM的輸出脈沖系列的平均值更逼近于正弦波。當正弦波的幅值大于三角波幅值時，輸出正脈沖，可使逆變器中的功率開關(guān)管導(dǎo)通；當正弦波的幅值小于三角波幅值時，輸出負脈沖，可使功率開關(guān)管截止。 ? 正弦波 PWM的控制是利用等幅的三角波（稱為載波）與正弦波（稱為調(diào)制波）的相交點發(fā)出觸發(fā)脈沖給開關(guān)元件的，并經(jīng)基極驅(qū)動電路放大后送至變送器中。 ? 由于前述原因，目前電梯用 VVVF調(diào)速系統(tǒng)大多采用脈寬調(diào)制控制器 PWM。這樣在曳引電機的供電電源中存在諧波分量，使電機運行效率降低，矩形波供電的電機效率將比正弦波供電的效率下降 5～ 7％左右，功率因數(shù)下降 8％左右，而電流卻要增大 10倍左右。 ? 圖 445 交一直一交變頻器工作原理 ? 二、 PWM控制器 ? 由交一直一交變頻器工作原理可知，逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率不同的交流電壓。 ? 圖 444交一交變頻器工作原理 ? 交一直一交變頻器的工作原理如圖 445所示。 uc的頻率變化由“電子開關(guān)”的切換頻率所決定。經(jīng)適當?shù)摹半娮娱_關(guān)’按一定的頻率使 P組和N組輪流向負載 R供電，負載 R就可獲得變化了的輸出電壓 uc。 ? 圖 443 變頻器原理框圖 ? 交一交變頻器的工作原理如圖 444所示。 ? 一、變頻器 ? 變頻器可以分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩大類，其原理框圖如圖 443所示。即對電動機供電的變頻器要求有調(diào)壓和調(diào)頻兩種功能。這就要求定子繞組供電電壓也要作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。 變頻調(diào)速電梯的速度閉環(huán)控制 ? 變頻調(diào)速電梯的速度閉環(huán)控制 ? 根據(jù)電機學(xué)公式可知，交流異步電動機的轉(zhuǎn)速是施加于定子繞組上的交流電源頻率的函數(shù)，均勻且連續(xù)地改變定子繞組的供電頻率，可平滑地改變電機的同步轉(zhuǎn)速。這也是該系統(tǒng)的主要缺點。由于采用反接制動方式使電梯減速，因此對電梯系統(tǒng)的慣性矩要求不高，不象前述的渦流制動或能耗制動系統(tǒng)那樣，要求電梯有一定數(shù)量級的慣性矩（一般在電動機軸端加裝適當?shù)娘w輪），這樣使得機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、輕巧。但在制動減速時，將低速繞組接成與高速繞組相序相反的狀態(tài)，使之產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩亦即反接制動，與此同時，高速繞組的轉(zhuǎn)矩也在逐漸減弱，從而使電梯按距離制動并減速直接?？?。 ? 圖 442是一種反接制動的交調(diào)電梯的拖動控制系統(tǒng)原理框圖。電梯在減速時，把定子繞組中的兩相交叉改變其相序，使定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向仍未改變，即電機轉(zhuǎn)子逆磁場的旋轉(zhuǎn)方向運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生制動力矩，使轉(zhuǎn)速逐漸降低，此時電機以反相序運轉(zhuǎn)于第 Ⅱ 象限。但由于是開環(huán)起動的，因此起動的舒適感不是最理想，其額定速度也只能限制在 2m／ s以下。另外在制動減速時電機撤出電網(wǎng)，藉渦流制動器把系統(tǒng)所具有的動能消耗在渦流制動器轉(zhuǎn)子的發(fā)熱上。由于控制是通過控制渦流制動器內(nèi)的電流來實現(xiàn)的，故被控對象只是一個電流。 7mm之內(nèi)。隨著距離 S的減少，其制動強度也相應(yīng)減少，直到準確停車為止。 ? 圖 441 帶渦流制動器的交流調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖 ? 按距離制動減速的控制過程是：根據(jù)電梯不同的額定速度，有一個實現(xiàn)設(shè)定好的減速距離 S0，則電梯瞬時距樓層平面的距離 S應(yīng)為，而實際上需要的是速度量，即， a為設(shè)定的平均減速度值。 ? 圖 441是一種利用渦流制動器控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。由于此時渦流制動器轉(zhuǎn)子仍以電動機的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并切割定子產(chǎn)生的磁力線，這樣在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生一個與定子磁場相關(guān)的渦流電流，而這個渦流電流所產(chǎn)生的磁力線與定子的磁力線相互作用，產(chǎn)生一個與其轉(zhuǎn)向相反的渦流制動轉(zhuǎn)矩。因而它具有可調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的特性。定子繞組通過直流電流勵磁。 ? 圖 440 能耗制動調(diào)速電梯主拖動控制系統(tǒng)原理框圖 ? 二、渦流制動器調(diào)速系統(tǒng) ? 渦流制動器通常由電樞和定子兩部分組成。 ? 圖 440是一種能耗制動調(diào)速電梯主拖動控制系統(tǒng)的原理框圖。 ? 圖 439 能耗制動特性曲線 ? 由于能耗制動力矩是由電機本身產(chǎn)生的，因此對起動加速、穩(wěn)速運行和制動減速實現(xiàn)全閉環(huán)的控制不但可能而且是方便的。這種狀態(tài)下的機械特性曲線是在第 Ⅱ 象限中通過坐標原點向外延伸的曲線（見圖 439）。當轉(zhuǎn)子由于慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，其導(dǎo)體切割磁力線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電勢及轉(zhuǎn)子電流，這一感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場對定子磁場而言是靜止的。 ? 一、能耗制動型 ? 這種系統(tǒng)采用可控硅調(diào)壓調(diào)速再加直流能耗制動組成。 10mm之內(nèi)。 ? 圖 438 電梯各階段的運行控制 ? 從圖中可以看出，不管何種控制形式的交流調(diào)速系統(tǒng)，其制動過程總是要加以控制的，電梯的減速制動是電梯運行控制中的一個重要環(huán)節(jié)，就其制動過程的控制而言，其制動的方式有能耗制動、渦流制動器制動和反接制動等。因此隨著電力電子器件和控制技術(shù)的發(fā)展，對交流電梯中的交流感應(yīng)電動機采用速度反饋的閉環(huán)控制，在電梯的運行中不斷檢查其運行速度是否符合理想的速度曲線要求，并用晶閘管裝置（可控硅）取代起、制動用電阻、電抗器，從而控制起、制動電流，以達到起、制動舒適以及運行平穩(wěn)的目的。 ? 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，大規(guī)模集成元件的誕生以及晶閘管變流元器件反向耐壓的提高，這種拖動控制系統(tǒng)將完全取代發(fā)電機 電動機直流拖動控制系統(tǒng)。正反向晶閘管變流裝置分別把電源變壓器三相的正半波或三相的負半波換成直流電，正向或反向加于直流電機的電樞端，使電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。于是，電梯便跟隨速度指令信號運行。兩組晶閘管可以配合進行相位控制，或處于整流或處于逆變狀態(tài)。 ? 圖 436是一變流裝置直接供電的直流高速電梯速度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖。因此在大功率晶閘管變流裝置的技術(shù)及其元件質(zhì)量得到極大提高的今天，將完全有可能用晶閘管變流裝置取代發(fā)電機組直接向直流電動機供電。另外在電流調(diào)節(jié)器的同相輸入端還加進了轎廂的預(yù)負載信號，該信號可由稱量裝置檢測得到，并把重量信號轉(zhuǎn)換成電信號，以反映轎廂內(nèi)的重量，使主回路產(chǎn)生一個預(yù)負載力矩，避免抱閘打開瞬間而產(chǎn)生溜車。與圖 434所示的快速梯相比較，增加了電流調(diào)節(jié)器、電流檢測、預(yù)負載信號和電平檢測等環(huán)節(jié)，從閉環(huán)控制系統(tǒng)的角度看，實際上是增加了一個內(nèi)環(huán)，形成了雙環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)是