电梯变频器的控制方式及其发展趋势展望

电梯变频器的控制方式及其发展趋势展望

康高峰 罗兵

昆明长水国际机场有限责任公司

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国建筑工程建设规模的不断扩大，也带动了电梯行业的发展，当前，随着变频器的应用越来越广泛，特别是一些生产线上的变频器一旦发生故障会导致整条线产出次品废品或者处于停工状态。故一些相关维护人员必须了解变频器各种故障的报出机制，才能有利于高效定位故障和解决故障，恢复生产，降低损失。

关键词：电梯变频器;控制方式;发展趋势

引言

典型的电梯用变频驱动器的拓扑如图1所示。由图1可以见到，逆变部分的功率模块S1～S6是变频器能够稳定输出正弦波的核心器件。功率模块在变频器成本中所占的比例较高，且一旦损坏，维修时往往要更换整个变频器，成本很高。因此，对于电梯变频器的控制尤为重要。

图1典型的电梯用逆变器拓扑结构

1变频器速度传感器故障诊断方法

硬件分析。在实际测定过程中，只需要对电压输出类型的速度传感器予以测定即可。目前较为常见的方式包括直接硬件测试，或者是在实际测试环境中结合脉冲分析完成故障处理，硬件法最大的优势就在于检测时效性较好，但是系统成本较高。图2为硬件诊断电路结构。

图2硬件诊断电路结构

（1）直接硬件测试。由图可知，在电压输出型速度传感器的输出接口位置，匹配对应的介入测定，利用R3，就能完成相应分析。例如，某型号编码器，在实际使用过程中上拉电阻为2kΩ，测定环境规定其直流供电电压参数为5V，获取的结果是R1和速度传感器形成共同作用，则A端口、B端口、Z端口的电压就能在规定的数值范围内。因为稳压二极管D1具备一定数值的击穿电压，因此，为了满足硬件诊断测试的应用要求，就要将A端口、B端口、Z端口的电压设定在击穿电压限制一下，任意一个端口出现断线，则对应端口的电压都会借助上拉电阻实现升高，超出稳压二极管击穿电压，此时借助输出端Fault输出低电平，则能更好地实现SSF的测定分析。与此同时，正常没有故障问题状态下的端口位置，得出其对应的电压参数不高，其产生的冲击力还不能对稳压管造成一定影响，对应的三极管无法在相应作用力下建立导通应用体系。值得一提的是，若是对电路检测过程予以分析，所处环境中高电平参数为节本输出参数，则能表示出速度传感器应用状态良好。（2）借助脉冲信号完成对应的分析工作，若是在常规运动状态下，增量式速度传感器完成三路脉冲信号的输出处理，则会直接获取正交编码脉冲数据信息，配合信号逻辑运算进行分析，若是将信号设定为时钟Clock，则能利用逻辑规则检测其故障问题，主要是因为故障后会造成编码脉冲的丢失，评估为故障。软件诊断法。传统的软件诊断法基于神经网络，配合小波变换处理方式，尽管能完成相应的诊断工作，但是因为相关逻辑节点的变换较为复杂就会增加计算量。因此，目前应用最为广泛的软件诊断法就是利用状态检测器对其进行诊断分析，评估转速参数的同时，在设备出现故障造成控制模式切换后完成测试。（2）若是速度传感器出现故障，经过对应的测定分析得知，观测器模型和电机模型之间不匹配，则可能存在电流参数不匹配的现象，其对应的残差信号上升趋势明显，需要借助残差E评估速度传感器的故障问题。综上所述，为了保证速度传感器故障评估和分析工作顺利落实，在系统不停机的状态下联动在线容错控制分析，能最便捷地完成故障分析和评估。

2基于智能网关和云平台的变频器远程控制系统设计

越来越多的企业利用智能网关等设备，将控制设备、现场设备接入云平台，一方面对设备的运行状态进行监控，及时发现各类故障异常，方便技术人员进行及时调试和维护，将不良影响最小化，另一方面能采集分析运行数据，优化设备运行，提高效益。

2.1云平台的选型

云平台技术依托于云计算技术，用户能够随时随地提供访问计算资源共享池。这些计算资源可以是接收数据存储的硬盘阵列，也可以是提供计算服务的服务器。这种服务响应速度非常快，资源占用异常的少。云计算有各种各样的案例给个人和公司使用，可以放心地将数据交给第三方托管。当前云计算的高效网络，低能耗计算和易用的存储设备，使得这种技术的广泛使用，已经如同硬件虚拟化，服务导向的架构，和自动化一样，大幅度提高了云计算的增长速度。应用程序可以使用各种形式，不管是客户端接口，还是Web浏览器，或是一个程序接口，都可以进行访问。

2.2云平台的应用开发

在制作云平台远程监控系统之前，需要将之前创建的产品和设备关联到阿里云物联网平台的应用开发界面的项目管理中。在项目管理的产品列表中点击关联物联网平台产品，在项目管理的设备列表中点击关联物联网平台设备。在物联网平台的IoTStudio应用开发中新建Web应用，之后再使用阿里云物联网平台应用开发提供的组件，绘制Web界面，并在Web中关联数据源。还可以在项目设置中开启账号管理，这样就可以用不同的账号查看不同的界面，从而实现老师和学生使用不同远程控制系统的登录界面，提高了学校师生的使用体验。

3变频器过载

变频器过载是变频器使用中偶尔会报出的故障之一。不同厂家或系列的变频器对变频器过载故障的报出机制可能不一样，大致可分为以下两种：一种是热积累计算方法，根据变频器的整体设计，软件通过电流等要素计算一定周期内变频器的热积累值，与设计阈值进行比较，如果超过就会报出变频器过载故障封管停机。另一种是反时限法，即根据变频器设计的过载曲线，软件中计算出多大电流能够过载多长时间，然后通过计时，达到计时时间后就会报出变频器过载故障封管停机。一般来说，我们可以从以下几个方面进行变频器过载故障的排查与解决：（1）检查负载的工作/间隙周期是否符合过载曲线，可适当调整或减轻负载电流使其过载工作持续时间不要超过过载曲线。（2）检查电机功率是否超出变频器负载范围，若负载确实较大，建议选择较大功率的变频器。1.5电机堵转电机堵转也是变频器偶尔会报出的故障之一。电机堵转的定义通俗来说就是变频器自身目标是让电机运行到一定的速度，然后出了很大的力，电机却无法正常运行起来，而是一直运行在堵转范围。电机堵转故障的报出一般需要同时满足以下几个条件：（1）转矩电流反馈值大于设置的电机堵转阈值且持续时间超过设置的堵转时间；（2）在此期间，实际速度小于设置的电机堵转频率；（3）变频器不是VF控制方式，因为VF控制方式没有反馈速度，故无法知道电机是否正常运行。一般来说，我们可以从以下几个方面进行电机堵转故障的排查与解决：（1）检查电机是否真的因为外力原因导致速度运行不起来，有的话，排除相关外力因素。（2）按照现场需求调整堵转频率和堵转电流阈值参数的值。（3）检查电机或负载功率是否与变频器不匹配，导致变频器带不动电机，若是，则选择合适功率的变频器。

4电梯变频器功率模块寿命设计

功率模块在应用中可以分为两种通用的失效机理:(1)突发失效，即自发的，不可预知的失效。(2)渐变失效，即可预测的失效，随着时间的推移慢慢产生.电梯每天的工作状态是上千次在运行状态和停止状态之间交替变换。运行时，功率模块自身发热升温；停止时，功率模块冷却至室温。即，功率模块每天在进行上千次的功率循环。因此，功率循环次数是决定电梯中功率模块长周期寿命的主要因素。变频器的功率模块设计基准宜设定为20年设计寿命、1000万次满载功率循环(满载启动)。目前行业内不少电梯专用变频器设计基准偏低(5～10年设计寿命、150～300万次满载功率循环)，业主和物业容易面临整机生命周期中2～3次更换高价值的变频器组件，且后期部件难以采购的困扰。以额定载重量1050kg、额定速度1.75m/s的电梯而言，应选择100A功率模块；如选择较小一档的75A功率模块，虽然对于单次运行无影响，但对长期使用寿命有着巨大影响。偏低设计基准的变频器，虽然短时间内降低了客户成本，但从电梯全生命周期来看，总成本无疑是大幅上升的。厂商在产品设计时，以及客户在选择产品时，宜考虑全生命周期的总成本。

5过压故障

过压故障也是变频器使用中最常见的故障之一。为了更好的保护变频器，一般来说，变频器对过压故障是实行的多级保护。根据过压的严重程序，一般可分为：硬件过压和软件过压。一般来说，硬件过压点高于软件过压点，且硬件封锁的反应速度快于软件。硬件过压的报出机制一般如下：使用硬件比较电路，当检测到母线电压大于硬件过压点时，硬件电路会封锁PWM波的输出，同时将故障信号传送至控制芯片的管脚上，软件通过中断的方式对该信号进行响应，立即封管停机。软件过压的报出机制一般如下：软件采样到母线电压值后，与软件过压点进行比较，如果大于软件过压点，则报出软件过压故障，封管停机。一般来说，我们可以从以下几个方面进行过压故障的排查与解决：（1）如果工况中确实对电网回馈能量较大，检查是否加装了制动单元和制动电阻，或者选型是否合适。（2）如果工况中对电网回馈能量较小，可以考虑延长减速时间来降低对电网的能量回馈，或者调节速度环及电流环PI参数以优化变频器的控制性能。（3）如果工况中对电网回馈能量较小但是有瞬时的冲击（如突卸重载等），并且对停机时间位置没有严格要求，可使能过压失速功能。因为该功能可能引起变频器长时间无法停机，故需要谨慎使用，某些停机位置要求高的场合绝对不可使用。（4）如果工况中对电网回馈能量很小，建议可以检测一下三相输入电压是否过高。（5）检查是否存在外力拖动电机运行，若有，消除此外力。

6变频器控制的发展趋势展望

首先是变频控制数字化。以前，变频器的控制方式属于模拟化控制，不管是处理数据量还是处理速度均比较低。现在，随着数据化变频器的不断发展，数字化的可控制量和控制方式远远高于模拟量的控制，也就是说用数字处理器可以实现更加复杂的逻辑运算，而且用时将大大缩短，其数字化进程将是未来一个方向。其次是远程绿色控制。依靠计算机网络系统可对危险场所适用的变频器进行网络远程控制。保护环境、可持续发展的战略理念对变频器的发展提出了新的课题，减少辐射和噪声，降低变频器对其他设备的干扰，提高变频器的可靠性、安全性等这些问题，都促使我们设计更加绿色的变频器。

结语

总之，在变频器故障评估方面，要充分结合实际应用环境和应用状态，选取适宜的分析方案和技术操作流程，以便于提升故障识别的合理性和可靠性，尽量减少停电造成的负面影响，为变频器综合应用质量的全面进步奠定基础。

参考文献

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