【正文】 IGBT 組成。在每個(gè) IGBT 上，均反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流 二極管，以便感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載。由三相正弦波振蕩器輸出作為調(diào)制波的參考信號(hào)電壓RUU 、 RVU 、 RWU ,其信號(hào)頻率和波形幅度均在一定范圍內(nèi)可調(diào)。由三角波振蕩器輸出作為被調(diào)制的載波信號(hào) tU ,分別與各項(xiàng)參考電壓進(jìn)行比較。載波信號(hào) tU的頻率 ,高于參考電壓頻率。若三角波 tU ,只在 0 與最大幅值之間交變，則為單極式控制方式。若三角波 tU 正負(fù)交變波形，則為雙極式控制方式。 變頻器輸出的脈沖列所等效的正弦波（即輸出的基波）的電壓和頻率，取決于正弦調(diào)制波參考信號(hào)的幅值和頻率。也就是說，通過對(duì)正弦調(diào)制參考信號(hào)的電壓、頻率的協(xié)調(diào)平滑控制，就可對(duì)變頻電路實(shí)現(xiàn)電壓、頻率協(xié)調(diào)控制。 SPWM 變頻器的基本特點(diǎn)： （ 1）主電路結(jié)構(gòu)簡單，只有一個(gè)功率控制極，功率因數(shù)和效率都高。 （ 2）采用 SPWM 控制，輸出電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制同時(shí)在逆變器中完成，避免了大慣性直流 濾波環(huán)節(jié)對(duì)調(diào)壓響應(yīng)的影響，快速響應(yīng)性不僅有利于實(shí)時(shí)控制，還有利于開環(huán)應(yīng)用。 （ 3）采用雙極性、分段同步正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出具有完善對(duì)稱性的 SPWM電壓波形，基波分量大，提高了逆變器的利用率并有效的消除或抑制低次有害諧波，降低了噪聲，能在很寬的調(diào)頻范圍內(nèi)使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作，低速運(yùn)行性能好。 圖 SPWM 變頻器主回路原理圖 17 SPWM 逆變器的功率器件 常規(guī)的 SPWM 變頻器在中小功率范圍內(nèi)，多由 BJT 和 GTR 構(gòu)成，這種類型變頻器的主要缺點(diǎn)是開關(guān)頻率低（輸出波形諧波 含量大，噪聲大）；功率密度低（裝置體積、重量大）；開關(guān)損耗大，驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路復(fù)雜；可靠性低。本設(shè)計(jì)采用的絕緣柵極晶體管 IGBT 是一種 BIMOS 器件，它既具有 MOSFET 的高速開關(guān)和電壓驅(qū)動(dòng)特性，又具有 BJT 的低電壓飽和特性及較大電流處理能力，同時(shí)不存在二次擊穿。 IGBT 在中小功率 SPWM 變頻器中正在迅速取代 BJT 及GTR，作為主功率開關(guān)器件。 通用變頻器的選擇的概述 因?yàn)殡娞輰儆谖荒茇?fù)載，要求頻繁起停，并且隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動(dòng)機(jī)在四象限內(nèi)運(yùn)行。更重要的是要滿足乘客的舒適感和保證平層 精度 (即準(zhǔn)確停車 )。這些要求是變頻器在電梯上應(yīng)用的特殊之處。因此，變頻器必須閉環(huán)運(yùn)行 (帶 PG 反饋 )，還必須加制動(dòng)電阻。高速電梯 (2m/s 以上的速度 )一般都采用專用變頻器。而低速電梯采用低價(jià)格的通用變領(lǐng)器也可以滿足要求。 通用變頻器的選擇，包括變頻器類型選擇和容量選擇兩個(gè)方面。 變頻器類型的選擇 根據(jù)控制功能將通用變頻器分為三種類型。普通功能型 fU 控制變頻器；具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 fU 控制變頻器和矢量控制高性能型變頻器。 變頻器類型的選擇、要根據(jù)負(fù)載的要求來進(jìn)行 風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載， 2nTe? ，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，選擇普通功能型。 恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，例如擠壓機(jī)、攪拌機(jī)、傳送帶、廠內(nèi)運(yùn)輸電車、起重機(jī)的平移機(jī)構(gòu)、起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)和提升機(jī)等，采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速運(yùn)行，是比較理想的。因?yàn)檫@種變頻器低速轉(zhuǎn)矩大，靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕沖擊負(fù)載，具有挖土機(jī)特性。從目前看，這種變領(lǐng)器的性能價(jià)格比還是相當(dāng)今人滿意的。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，如果采用通用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，則應(yīng)考慮低 速下的強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻。新設(shè)備投產(chǎn)，可以考慮專為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)的加強(qiáng)了絕緣等級(jí)并考慮了低速強(qiáng)迫通風(fēng)的變頻專用電動(dòng)機(jī)。 軋鋼、造紙、塑料薄膜加工線這一類對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械，原來多采用直流傳動(dòng)方式。目前，矢量控制型變頻器已經(jīng)通用化，加之異步電動(dòng)機(jī)具有堅(jiān)固耐用、不用維護(hù)、價(jià)格便宜等一些優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于要求高精度、快響應(yīng)的生產(chǎn)機(jī)械，采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的方案。 在本次設(shè)計(jì)中，我們選用安川變頻器來拖動(dòng)電梯運(yùn)行。它是一種矢量控制型變頻器，可以滿足動(dòng)態(tài)性能要求較高電梯的運(yùn)行環(huán)境。 變頻器容量的選擇 電梯 是垂直運(yùn)輸工具，屬于位能負(fù)載。其拖動(dòng)構(gòu)原理如圖 37 所示。動(dòng)力 來自電動(dòng)機(jī)，一般選 11kw 或 15kw 的異步電動(dòng)機(jī)。曳引機(jī)的作用有三點(diǎn)；其是 18 調(diào)速，其二是驅(qū)動(dòng)曳引鋼絲繩，其三是在電梯停車時(shí)實(shí)施制動(dòng)。為了加大載重能力。鋼絲繩的一端是轎廂，另一端加裝了對(duì)重裝置，對(duì)重的重量隨電梯載重量的大小而變化。這種拖動(dòng)機(jī)構(gòu)可使電梯的載重能力大為提高，在電梯空載上行或重載下行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載最小，甚至是處在發(fā)電狀態(tài)；而電梯在重載上行和空載下行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載最大，是處在拖動(dòng)狀態(tài)，這就要求電動(dòng)機(jī)在四象限內(nèi)運(yùn)行。為滿足乘客的舒適感和平 層精度，要求電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能和準(zhǔn)確停車性能。為滿足這些要求，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調(diào)速性能，并能節(jié)約大量電能，這是目前電梯大量采用變頻控制的主要原因。 綜上所述，我們選擇安川變頻器 616G5 通用變頻器。容量選擇方法如下：可選1:1 配置，即電動(dòng)機(jī)容量和變頻容量相等。最好是采用大一個(gè)數(shù)量級(jí)選配，如11kw 電動(dòng)機(jī)選 15kw 的變頻器， 15kw 電動(dòng)機(jī)選 18kW 的變頻器。 安川 616G5 通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng) 通用變頻器安 川 616G5 技術(shù)持性 安川 616G5 通用變頻器可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出，它有四種技術(shù)特性： (1)可直接控制交流異步電動(dòng)機(jī)的電流，使電動(dòng)機(jī)保持較高的輸出轉(zhuǎn)矩。 (2)VS616G5 適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合，在低速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)并且極其精確的運(yùn)行。 (3)它的自動(dòng)調(diào)整功能可使各種電動(dòng)機(jī)達(dá)到高性能的控制。 (4)VS616G 5 將 fU 控制、矢量控制、閉環(huán) fU 控制、閉環(huán)矢量控制的四種控制方式融為一體，其中閉環(huán)矢 量控制是最適合電梯控制要求的。 變頻器的配置及容量選擇 VS— 616G5 變頻器用在電梯調(diào)速系統(tǒng)中，必須配 PG 卡及旋轉(zhuǎn)編碼器，以供電動(dòng)機(jī)測(cè)速及反饋。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出 A、 B 兩相脈沖，當(dāng) A 相脈沖超前 B 相脈沖 90186。時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng) A 相脈沖滯后于 B 相脈沖 90186。時(shí)，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù) A、 B 脈沖的頻率 (或周期 )測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 旋轉(zhuǎn)編碼器將此 19 脈沖輸出給 PG 卡， PG 卡再將此反饋信號(hào)送給 616G5 內(nèi)部，以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。 A、 B 二相脈沖波形如圖 38 所示。 VS— 616G5 用在電梯調(diào)運(yùn)系統(tǒng)中，還必須配置制動(dòng)電阻。當(dāng)電梯減速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能。這時(shí)，同步轉(zhuǎn)速下降， 交－直－交變頻器的直流部分電壓升高，制動(dòng)電阻的作用就是消耗回饋電能。 (1)基本配置如下： 1)616G5 變頻器。 2)PG 卡。 3)600 脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器 (一般選 OMRON 公司的產(chǎn)品 ) 4)制動(dòng)電阻。 (2)容量選擇方法如下：可選 1:1 配置，即電動(dòng)機(jī)容量和變頻容量相等。最好是采用大一個(gè)數(shù)量級(jí)選配，即 11kw 電動(dòng)機(jī)選 15kw 的變頻器， 15kw 電動(dòng)機(jī)選18kW 的變頻器。 電梯變頻器調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成 變頻器控制的電梯系統(tǒng)中，變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由PLC、單片機(jī)或微電腦來完成的。單片機(jī)負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起停等信號(hào)，同時(shí)變頻器也將本身的工作狀態(tài)信號(hào)送給單片機(jī)，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。變頻器又要通過與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和另配置的 PG 卡．完成速度檢測(cè)及反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)成如圖 3－ 9 所示。 安川 616G5 通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng)電路原理 20 系統(tǒng)電路原理 電梯的一次完整的運(yùn)行過程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過程。 當(dāng)正轉(zhuǎn) (或反轉(zhuǎn) )及高速信號(hào)有效時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始從 0Hz 到 50Hz 開始起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間在 3s 左右，然后維持 50Hz 的速度一直運(yùn)行，完成起動(dòng)及運(yùn)行段的工作。當(dāng)應(yīng)該換速的時(shí)候 (由單片機(jī)計(jì)算得到換速點(diǎn) )，單片機(jī)撤消高速信號(hào)，同時(shí)輸出爬行信號(hào)。此時(shí)爬行的輸出頻率為 6Hz(也可用 4Hz)。從 50Hz 到 6Hz 的減速過程在 3s 之內(nèi)完成。當(dāng)達(dá)到 6Hz 的速度后，就以此速度爬行，當(dāng)平層信號(hào)到來時(shí)，單片機(jī)撤掉 (正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) )信號(hào)及爬行信號(hào)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)從 6Hz 減速到0Hz。正常情況下，在整個(gè)的起動(dòng)、運(yùn)行及減速爬行段內(nèi)，變頻器的零速輸出點(diǎn)及異常輸出點(diǎn)一直是閉合的，減至 0Hz 之后，零速輸出點(diǎn)斷開，通過機(jī)械抱閘使其停站。這就是完整的一個(gè)運(yùn)行過程。其電路如附圖 A－ 1 所示。 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，應(yīng)使爬行段盡可能的短，并要求在各種負(fù)裁下都大于零為標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整減速起始點(diǎn)。電梯的運(yùn)行曲線如圖 310 所示。 如果配置運(yùn)行曲線輸入板，則將此板的模擬輸出量送給變頻器的頻率指令模擬量輸入端口，這樣整個(gè)運(yùn)行速度就完全以曲 線板的輸出為理想曲線，自適應(yīng)調(diào)速運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是無爬行段，電梯可直接?？?。 VS－ 616G5 參數(shù)設(shè)置 A1－ 00＝ 0 操作器表示的語種為英語。 A1－ 01＝ 4 可以讀取設(shè)定全部的參數(shù)；在變頻器的各個(gè)參數(shù)調(diào)試完畢后，應(yīng)將此參數(shù)設(shè)置為 0，即不可變更以設(shè)定了的參數(shù)。 A1－ 02＝ 3 使用 PG 速度控制卡的矢量控制。 A1－ 03＝ 0 不進(jìn)行初始化，僅回到初始化顯示。 A1－ 04＝ 0； A1－ 05＝ 0 調(diào)試過程中應(yīng)設(shè)為不禁止參數(shù)的輸入，調(diào)試完 畢后，可以輸入相應(yīng)的數(shù)字，禁 止別人擅自更改參數(shù)。 B1－ 01＝ 0 即從數(shù)字式操作器中輸入頻率指令的值。 B1－ 02＝ 1 從制御回路端子輸入運(yùn)行指令。 B1－ 03＝ 0 減速度停止。 B1－ 04＝ 0 電機(jī)允許反轉(zhuǎn)。 21 B1－ 05＝ 2 輸入頻率指令低于最低輸出頻率（ E1－ 09）時(shí)按 E1－ 09 設(shè)定的頻率運(yùn)行。 B1－ 06＝ 1 程序輸入時(shí)，每隔 5ms 讀 2 次。 C1－ 01＝ 3s 加速時(shí)間 3s C1－ 02＝ 3s 減速時(shí)間 3s C2－ 01＝ 加速開始時(shí)的 S 曲線特性時(shí)間 C2－ 02＝ 加速完成時(shí)的 S 曲線特性時(shí)間 C2－ 03＝ 減速開始時(shí)的 S 曲線特性時(shí)間 C2－ 04＝ 減速完成時(shí)的 S 曲線特性時(shí)間 C5－ 01＝ 5 速度環(huán)比例，舒適感不好時(shí)在 5～ 40 間調(diào)整 C5－ 02＝ 1s 速度環(huán)積分，舒適感不好時(shí)在 — 5s 間調(diào)整 H1－ 03＝ 3 多段速指令 1 H1－ 04＝ 4 多段速指令 2 H1－ 05＝ 5 多段速指令 3 D1－ 02＝ 50Hz 快車速度 Dl－ 03＝ 6Hz 爬行速度 D1－ 09＝ 10Hz 慢車速度 E1－ 01＝ 380V 輸入電源電壓 C1— 04＝ 50Hz 最高輸出頻率 E1— 05＝ 380V 最大電壓輸出 E2— 01＝ 電動(dòng)機(jī)額定電流 (按電動(dòng)機(jī)銘牌輸入 ) E2— 04＝ 6 電極極數(shù) (按電動(dòng)機(jī)銘牌輸入 ) H2— 01＝ 37 變頻器輸出端子 9－ 10 為運(yùn)轉(zhuǎn)中 H3— 05＝ 1F 選 Dl— 02 不選繩子 16 輸入 L3— 04＝ 0 失速防止無效 L6— 01＝ 4 過轉(zhuǎn)矩檢出動(dòng)作選擇 L6— 03＝ 10s 過轉(zhuǎn)矩檢出時(shí)間 1 L6— 04＝ 4 過轉(zhuǎn)矩檢出動(dòng)作選擇 2 L6— 05＝ 200 過轉(zhuǎn)矩檢出標(biāo)準(zhǔn) 2 L6— 06＝ 2s 過轉(zhuǎn)矩檢 出時(shí)間 2 L8— 01＝ 1 制動(dòng)電阻過熱 L8— 05＝ 1 輸入缺相 L8— 07＝ 1 輸出缺相 F1— 01＝ 600PG 脈沖數(shù) F1— 05＝ 1/0 編碼器方向錯(cuò)時(shí)更改 其他參數(shù)按變頻器出廠時(shí)的設(shè)定值。 電梯門機(jī)控制系統(tǒng) 電梯自動(dòng)門的拖動(dòng)部分由電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)控制線路構(gòu)成，控制電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)節(jié)開關(guān)門的速度。 22 電梯門可采用交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，本次設(shè)計(jì)中采用直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂袉?dòng)力矩大、調(diào)速性能好等特點(diǎn)，并采用它勵(lì)方式。 拖動(dòng)線路如圖 3－ 11 所示結(jié)構(gòu)。圖中 KMJ 為 開門繼電器觸點(diǎn)； GMJ 是關(guān)門繼電器觸點(diǎn)， OMQ 是電動(dòng)機(jī) DM 的勵(lì)磁繞組。 電梯邏輯控制的硬件設(shè)計(jì) 在第 2 章中我們提到，本次設(shè)計(jì)的電梯運(yùn)行的邏輯控制部分，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電梯的分布式控制。在本次設(shè)計(jì)中，以 16 樓層建筑中兩臺(tái)并聯(lián)客用電梯為例。由第 2 章的綜述，設(shè)計(jì)中需要 16 個(gè)層站控制器， 2 個(gè)轎廂控制器， 2 個(gè)主控制器和 1 個(gè)群控制器。采用 RS485 使它們連接起來，連接方式如圖 2－ 2 所示。 單片機(jī)的概述 在眾多的單片機(jī)中，我選擇了 ATMEL 公司的 AT89C52 單片機(jī)，因?yàn)樗鼉?nèi)含flash 存儲(chǔ)器，避免了程序出錯(cuò)時(shí)，無 法修改程序而使