VVVF调速技术在电梯节能降耗改造中的应用
时间：2020-09-26 08:06:00 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
电梯是用电力拖动，服务于规定楼层的固定式的升降设备。VVVF调速—电动机的供电电源具有同时改变电压和频率的功能，能够同时调节频率和电压的调速方式，称为VVVF调速。
电梯按驱动方式主要分为两大类：1 曳引电动机由交流电动机驱动，2 曳引电动机由直流电动机驱动。现在只有交流三相异步电动机在电梯驱动中得到极广的应用。
上世纪电梯调速应用最多的是利用改变电动机的极对数来改变电动机的转速。现以上世纪在电梯业具有代表性的迅达电梯公司DYN-2控制系统为例，阐述它的调速原理。这种DYN-2的驱动系统是由一个4/6极特种交流电动机和一个与电动机同轴的涡流制动线圈所组成的。其制动减速的控制系统是由四块印刷电路板和一个涡流变压器TER所组成的。在这一系统中，用交流电动机的6极绕组“开环”启动，当电动机起动加速到650r/min时，经印刷电路板中的速度检测环节，自动接通电动机的4极绕组，同时断开6极绕组，这样电动机就进入了快速运行状态，同步转速1500r/min.。而当电梯发出制动减速命令时，通过接触器让电动机再转换成6极运行。与此同时涡流制动线圈经晶闸管整流器获得受控制的直流电流，在涡流制动线圈内产生一个制动力强迫电梯制动减速，并使得电梯在发出减速信号之后所具有的动能逐渐消耗在涡流制动线圈与转鼓轮之间，当动能按较理想的过程消耗完时，电梯停靠在该楼层平面处。
下面再说说VVVF的调速原理及过程
目前电梯上较普遍使用的VVVF调速系统，多为交—直—交电压源型变频装置，其基本原理是：通过整流器把三相交流电压变成直流电压，经大容量电容器平滑提升电压后，向大功率电子元件IPM（智能过滤模块）组成的逆变电路供电，在速度，电流，矢量指令的控制下，以脉宽调制（PWM）方式操控大功率逆变器件的导通与截止，从而将直流电转换成频率和电压可调的交流电，激励交流电动机平滑起步，平稳旋转，使电梯上下运行即安全可靠又平稳舒适。
现将电梯运行的几个重要参数，在交流双速与VVVF变频调速之间做如下比较：
一 能量消耗
1.交流双速：交流双速调速在能源消耗方面是比较大的。电动机先是6极起动达到一定速度后再4极运行，电动机在起动时的电流时相当大的，通常是额定运行电流的4—6倍，电梯是起动与停止非常频繁的设备，如此大的起动电流频繁出现，会产生很多热量，白白浪费电能。电梯做减速运行时，在与电动机同轴的涡流线圈中还要加入大电流的直流电进行减速直到电梯停止。
2.VVVF：变频调速能量消耗低。异步电动机的速度与供电频率有关，在起动运行期间，电动机电流随频率和速度的增加而增加，并以最小转差运行，对每种速度都可获得最佳效率，能够节约电能40%以上。因电动机产生的热量相当小，故在曳引机上不需要专用的通风降温系统，没有额外的能量消耗，这样也就节约了大量的电能。
二、曳引机结构
1.交流双速：曳引机结构复杂，体积庞大。交流双速的电动机内部有两组线圈绕组，内部结构复杂，加工装配工艺要求高，与电动机同轴的涡流线圈即增加了体积也增加了曳引机的重量，因交流双速曳引机在运行中会产生很大的热量，必须有专用的降温风机来保证电动机的正常温度。
2.VVVF：变频调速曳引机的结构由，三相异步电机，抱闸系统，减速箱，曳引轮等组成。结构简单，体积紧凑。因它不产生多余的热量，也就不设计专用降温的风机。
三、电路负载
1.交流双速：由于交流双速曳引机的电动机为交流双速异步电动机，6极起动4极运行。这在控制上结构复杂，需要多个接触器来实现相应控制以及相互间的保护。大电流的频繁出现，造成供电电网电压波动，影响其他用电设备，电梯供电线缆的线径也要大，否则会造成很大的压降，而且会发热。所以它的供电负载是比较大的。
2.VVVF：电梯在起动加速阶段，所需起动电流小于2.5倍的额定电流，且起动电流峰值时间很短，起动电流大幅度减少。故功耗和供电线缆直径可减小很多，在整个供电电网和控制柜中不会出现大电流。不会造成电网电压波动，提高了供电负荷系数。
四、控制柜
1.交流双速：曳引电动机的4/6极运行，需要的控制元件很多，而且大电流的控制都是通过接触器实现的，大电流要求接触器触点容量也大，自然接触器体积增大，主控制回路需要五只大容量接触器来完成任务。控制柜内结构不仅复杂，而且体积很大。
2.VVVF：控制柜内没有大电流流动，主控制回路有一只接触器就能完成任务。并且接触器体积也不大，接触器触点的闭合与打开都是在没有电流的情况下完成的，不会产生电弧。控制柜内变频器与PLC的完美组合，电气元件不多，很精练。因此，控制柜体积不大，并且内部结构简单。
五、可靠性，使用寿命
1.交流双速：主控制回路大量使用接触器，而且是工作在大电流状态下，接触器的可靠性不高，进口接触器的使用寿命有30万次，国产的接触器使用寿命只有10万次左右。
2.VVVF：具有先进的半导体变频器把交流电变成直流电，再把直流电逆变成电压幅度和频率可变的交流电，由于电子元件工作可靠，工艺先进，经久耐用，在系统中电动机转速的调节不会增加电动机的发热，而且还能减小电动机的应力，使电梯运行性能非常可靠，延长了使用寿命。
六、电梯运行舒适性
1.交流双速：电梯在起车加速与减速停车时，运行舒适较差。因为电梯运行曲线显阶梯状，电动机在整个运行过程中只有两种运行速度，因此，电梯起车和加速、减速阶段，人体会感到不适。
2.VVVF：在整个过程中，其驱动系统具有良好的调节性能，故乘客乘坐电梯的舒适感极好。电梯运行时跟随最佳给定的速度曲线运行的，变频器的调整精度可调整到0.5HZ。因此，其运行特征可调至完全适应人体感受。
七、平层精度
1.交流双速：交流双速电梯的平层精度受电梯的承载重量影响。承载重量越重平层精度越差，电梯的停靠时在电梯不矢电的情况下在与电动机同轴的涡流线圈中加入直流电流，直至电梯停车。这两种因素的存在就影响了电梯平层精度。电梯的最佳平层精度只能控制在正负7毫米之间。
2.VVVF：平层精度高。采用现代传感技术和数字软件控制，在VVVF控制系统中，其直接停靠由PLC，变频器，曲线卡三个方面组成。曲线卡在接受到起动信号时，给变频器一条运行曲线，输出运行信号，电梯开始运行，在收到换速信号时，给变频器调节装置一条减速曲线，当到达停车位置时，曲线卡撤销运行信号，电梯即直接停靠楼层平面，完成一次运行。故使电梯在每个都能准确平层，平层精度可调整到正负2毫米，便于乘客进出。平层精度不受载重量的影响。
八、运行平稳度及噪音
1.交流双速：交流电动机的双速运行，影响了电梯的运行平稳度。噪音方面，电梯的起车，停靠，电动机部分会产生很大的交流声，由于降温风机的运转也带来了很大的噪音，另外，控制柜内接触器的频繁动作也是造成噪音的一个因素。
2.VVVF：运行平稳且无噪音。在轿厢内，机房及邻近区域内确保噪音小，因为其系统中采用了高时钟频率，始终产生一个不失真的正弦波供电电流，电动机不会出现转矩脉动，因此，消除了震动和噪音。
九、结论：用变频调速技术来改造以前的电梯调速控制系统，从而使电梯曳引机电动机功率由原来的22.5KW下降到12.5KW，仅这一项节省电能40%以上，而且改用变频调速后，能克服以上诸多缺点。电梯运行即安全又节能，人体乘坐电梯的舒适度达到最大限度的提高。在保证电梯运行的可靠性和安全性的基础上，也延长了电梯的使用寿命。 西山煤电集团公用事业总公司 杜传海
电梯按驱动方式主要分为两大类：1 曳引电动机由交流电动机驱动，2 曳引电动机由直流电动机驱动。现在只有交流三相异步电动机在电梯驱动中得到极广的应用。
上世纪电梯调速应用最多的是利用改变电动机的极对数来改变电动机的转速。现以上世纪在电梯业具有代表性的迅达电梯公司DYN-2控制系统为例，阐述它的调速原理。这种DYN-2的驱动系统是由一个4/6极特种交流电动机和一个与电动机同轴的涡流制动线圈所组成的。其制动减速的控制系统是由四块印刷电路板和一个涡流变压器TER所组成的。在这一系统中，用交流电动机的6极绕组“开环”启动，当电动机起动加速到650r/min时，经印刷电路板中的速度检测环节，自动接通电动机的4极绕组，同时断开6极绕组，这样电动机就进入了快速运行状态，同步转速1500r/min.。而当电梯发出制动减速命令时，通过接触器让电动机再转换成6极运行。与此同时涡流制动线圈经晶闸管整流器获得受控制的直流电流，在涡流制动线圈内产生一个制动力强迫电梯制动减速，并使得电梯在发出减速信号之后所具有的动能逐渐消耗在涡流制动线圈与转鼓轮之间，当动能按较理想的过程消耗完时，电梯停靠在该楼层平面处。
下面再说说VVVF的调速原理及过程
目前电梯上较普遍使用的VVVF调速系统，多为交—直—交电压源型变频装置，其基本原理是：通过整流器把三相交流电压变成直流电压，经大容量电容器平滑提升电压后，向大功率电子元件IPM（智能过滤模块）组成的逆变电路供电，在速度，电流，矢量指令的控制下，以脉宽调制（PWM）方式操控大功率逆变器件的导通与截止，从而将直流电转换成频率和电压可调的交流电，激励交流电动机平滑起步，平稳旋转，使电梯上下运行即安全可靠又平稳舒适。
现将电梯运行的几个重要参数，在交流双速与VVVF变频调速之间做如下比较：
一 能量消耗
1.交流双速：交流双速调速在能源消耗方面是比较大的。电动机先是6极起动达到一定速度后再4极运行，电动机在起动时的电流时相当大的，通常是额定运行电流的4—6倍，电梯是起动与停止非常频繁的设备，如此大的起动电流频繁出现，会产生很多热量，白白浪费电能。电梯做减速运行时，在与电动机同轴的涡流线圈中还要加入大电流的直流电进行减速直到电梯停止。
2.VVVF：变频调速能量消耗低。异步电动机的速度与供电频率有关，在起动运行期间，电动机电流随频率和速度的增加而增加，并以最小转差运行，对每种速度都可获得最佳效率，能够节约电能40%以上。因电动机产生的热量相当小，故在曳引机上不需要专用的通风降温系统，没有额外的能量消耗，这样也就节约了大量的电能。
二、曳引机结构
1.交流双速：曳引机结构复杂，体积庞大。交流双速的电动机内部有两组线圈绕组，内部结构复杂，加工装配工艺要求高，与电动机同轴的涡流线圈即增加了体积也增加了曳引机的重量，因交流双速曳引机在运行中会产生很大的热量，必须有专用的降温风机来保证电动机的正常温度。
2.VVVF：变频调速曳引机的结构由，三相异步电机，抱闸系统，减速箱，曳引轮等组成。结构简单，体积紧凑。因它不产生多余的热量，也就不设计专用降温的风机。
三、电路负载
1.交流双速：由于交流双速曳引机的电动机为交流双速异步电动机，6极起动4极运行。这在控制上结构复杂，需要多个接触器来实现相应控制以及相互间的保护。大电流的频繁出现，造成供电电网电压波动，影响其他用电设备，电梯供电线缆的线径也要大，否则会造成很大的压降，而且会发热。所以它的供电负载是比较大的。
2.VVVF：电梯在起动加速阶段，所需起动电流小于2.5倍的额定电流，且起动电流峰值时间很短，起动电流大幅度减少。故功耗和供电线缆直径可减小很多，在整个供电电网和控制柜中不会出现大电流。不会造成电网电压波动，提高了供电负荷系数。
四、控制柜
1.交流双速：曳引电动机的4/6极运行，需要的控制元件很多，而且大电流的控制都是通过接触器实现的，大电流要求接触器触点容量也大，自然接触器体积增大，主控制回路需要五只大容量接触器来完成任务。控制柜内结构不仅复杂，而且体积很大。
2.VVVF：控制柜内没有大电流流动，主控制回路有一只接触器就能完成任务。并且接触器体积也不大，接触器触点的闭合与打开都是在没有电流的情况下完成的，不会产生电弧。控制柜内变频器与PLC的完美组合，电气元件不多，很精练。因此，控制柜体积不大，并且内部结构简单。
五、可靠性，使用寿命
1.交流双速：主控制回路大量使用接触器，而且是工作在大电流状态下，接触器的可靠性不高，进口接触器的使用寿命有30万次，国产的接触器使用寿命只有10万次左右。
2.VVVF：具有先进的半导体变频器把交流电变成直流电，再把直流电逆变成电压幅度和频率可变的交流电，由于电子元件工作可靠，工艺先进，经久耐用，在系统中电动机转速的调节不会增加电动机的发热，而且还能减小电动机的应力，使电梯运行性能非常可靠，延长了使用寿命。
六、电梯运行舒适性
1.交流双速：电梯在起车加速与减速停车时，运行舒适较差。因为电梯运行曲线显阶梯状，电动机在整个运行过程中只有两种运行速度，因此，电梯起车和加速、减速阶段，人体会感到不适。
2.VVVF：在整个过程中，其驱动系统具有良好的调节性能，故乘客乘坐电梯的舒适感极好。电梯运行时跟随最佳给定的速度曲线运行的，变频器的调整精度可调整到0.5HZ。因此，其运行特征可调至完全适应人体感受。
七、平层精度
1.交流双速：交流双速电梯的平层精度受电梯的承载重量影响。承载重量越重平层精度越差，电梯的停靠时在电梯不矢电的情况下在与电动机同轴的涡流线圈中加入直流电流，直至电梯停车。这两种因素的存在就影响了电梯平层精度。电梯的最佳平层精度只能控制在正负7毫米之间。
2.VVVF：平层精度高。采用现代传感技术和数字软件控制，在VVVF控制系统中，其直接停靠由PLC，变频器，曲线卡三个方面组成。曲线卡在接受到起动信号时，给变频器一条运行曲线，输出运行信号，电梯开始运行，在收到换速信号时，给变频器调节装置一条减速曲线，当到达停车位置时，曲线卡撤销运行信号，电梯即直接停靠楼层平面，完成一次运行。故使电梯在每个都能准确平层，平层精度可调整到正负2毫米，便于乘客进出。平层精度不受载重量的影响。
八、运行平稳度及噪音
1.交流双速：交流电动机的双速运行，影响了电梯的运行平稳度。噪音方面，电梯的起车，停靠，电动机部分会产生很大的交流声，由于降温风机的运转也带来了很大的噪音，另外，控制柜内接触器的频繁动作也是造成噪音的一个因素。
2.VVVF：运行平稳且无噪音。在轿厢内，机房及邻近区域内确保噪音小，因为其系统中采用了高时钟频率，始终产生一个不失真的正弦波供电电流，电动机不会出现转矩脉动，因此，消除了震动和噪音。
九、结论：用变频调速技术来改造以前的电梯调速控制系统，从而使电梯曳引机电动机功率由原来的22.5KW下降到12.5KW，仅这一项节省电能40%以上，而且改用变频调速后，能克服以上诸多缺点。电梯运行即安全又节能，人体乘坐电梯的舒适度达到最大限度的提高。在保证电梯运行的可靠性和安全性的基础上，也延长了电梯的使用寿命。 西山煤电集团公用事业总公司 杜传海
