本項目主要學習VVVF電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、VVVF電梯速度圖形運算原理、電梯拖動部分結(jié)構(gòu)與原理、變頻器的結(jié)構(gòu)和工作原理、變頻驅(qū)動電路故障檢修的步驟與方法。通過理論學習和任務(wù)訓練，可使學生掌握電梯變頻驅(qū)動電路故障診斷與維修的基礎(chǔ)知識和基本技能，使學生能夠按照規(guī)范完成檢修任務(wù)，為電梯安全運行打下良好的基礎(chǔ)。
知識目標
1)了解VVVF電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。
2)了解VVVF電梯速度圖形運算原理。
3)了解電梯拖動部分的結(jié)構(gòu)與原理。
4)掌握電梯變頻器的結(jié)構(gòu)和工作原理。
5)掌握電梯變頻驅(qū)動電路故障診斷與維修的步驟與方法。
能力目標
1)能夠正確分析電梯變頻驅(qū)動電路的故障現(xiàn)象及原因。
2)能夠診斷與維修常見電梯變頻驅(qū)動電路故障。
項目描述
電梯不能正常運行，經(jīng)分析，電梯的安全與門鎖電路、主控制電路、門機控制電路、制動電路、通信電路均正常，可將故障鎖定在變頻驅(qū)動電路上。本任務(wù)的目的是根據(jù)電梯變頻驅(qū)動原理圖分析查找故障原因及故障點，進行故障排除，恢復電梯正常運行，并填寫電梯維修記錄單，詳述故障排除過程。
項目分析
電梯變頻驅(qū)動電路是一個由安全繼電器、變頻器電路、運行接觸器、制動電阻器等組成的電路。電梯處于運行狀態(tài)時，運行接觸器得電吸合，電梯上行或下行。如果電梯沒有運行，若電梯電源電路、安全與門鎖電路、制動電路等均正常，應重點檢查變頻驅(qū)動電路部分的安全繼電器、運行接觸器、變頻器。出現(xiàn)故障時，應首先檢查運行接觸器是否能完成吸合動作，如果運行接觸器不能完成吸合，則應該按照變頻驅(qū)動電路控制原理圖進行詳細的檢查。
相關(guān)知識
一、VVVF電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
VVVF電梯信號控制系統(tǒng)主要由控制管理C-CPU、拖動D-CPU、串行傳送S-CPU和群控G-CPU等多個CPU組成，每個CPU分別負責各自的任務(wù)，既獨立又相互協(xié)作。圖2-60是VVVF電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中群控部分與電梯管理部分之間的信息傳遞采用光纖通信，VVVF電梯群控系統(tǒng)可管理4臺電梯。群控時，外召喚信號由群控部分接收和處理。
二、VVVF電梯速度圖形運算
VVVF電梯的速度曲線是由微機實時計算出來的。這部分工作由C-CPU來完成。C-CPU的控制部分每周期計算出當時的電梯運行速度指令數(shù)據(jù)，并傳送給拖動部分D-CPU,使其按照圖2-61所示的電梯速度曲線運行。
為了提高電梯運行的平穩(wěn)性和運行效率，必須對速度圖形進行精確運算。因此，將速度圖形劃分為8個狀態(tài)分別計算。這8個狀態(tài)分別為停機狀態(tài)(狀態(tài)1)、加加速運行狀態(tài)(狀態(tài)2)、勻加速運行狀態(tài)(狀態(tài)3)、加速圓角運行狀態(tài)(狀態(tài)4)、勻速運行狀態(tài)(狀態(tài)5)、減速圓角運行狀態(tài)(狀態(tài)6)、勻減速運行狀態(tài)(狀態(tài)7)和平層運行狀態(tài)(狀態(tài)8)。
三、拖動部分結(jié)構(gòu)原理
拖動部分采用電壓型電流控制變頻器，應用了矢量變換控制和脈寬調(diào)制技術(shù)。拖動部分電路結(jié)構(gòu)如圖2-62所示，它是由控制電路和主電路兩部分組成�？刂齐娐芬訢-CPU為核心，對主電路實施控制。主電路由整流電路、充電電路、再生電路和逆變電路等基本電路組成。
速度圖形由C-CPU提供，運行過程中，C-CPU向D-CPU傳送。由于C-CPU是8位微機，而D-CPU是16位微機，兩者的工作時鐘和運算位數(shù)均不相同，無法直接傳送消息。為了使兩者能相互協(xié)調(diào)，且能及時、可靠地傳送信息，采用了以下兩個措施：一是在C-CPU和D-CPU之間采用8212專用通信接口進行連接，8212相當于一個信箱，當C-CPU將信息傳送給8212接口后，8212接口向D-CPU發(fā)出通知，D-CPU接到通知后，便從8212接口中讀取信息，讀完信息后，D-CPU向8212接口發(fā)出已讀完信息的通知，然后由8212接口向C-CPU發(fā)出可繼續(xù)傳送信息的信號，如此不斷進行信息傳送。二是D-CPU接收到來自C-CPU的8位數(shù)據(jù)信息后，先將此8位數(shù)據(jù)信息放大64倍，然后再進行16位運算。
四、變頻器的結(jié)構(gòu)
變頻器是一種靜止的頻率轉(zhuǎn)換器，是一種能將工頻(50Hz或60Hz)交流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電源的電氣設(shè)備。變頻器主要用于對電動機調(diào)速。
所謂VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency)電梯，都是利用調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速方法實現(xiàn)電梯速度控制的。根據(jù)電機學理論，交流電動機的轉(zhuǎn)速公式為
式中，s為轉(zhuǎn)差率；p為磁極數(shù)；f為頻率(Hz)。
因此，改變定子電源頻率可達到調(diào)速目的，但不能超過電動機額定頻率。對于恒轉(zhuǎn)矩負載電梯，調(diào)速時，電梯最大轉(zhuǎn)矩不變，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式和電壓公式，必須保持U/f為常數(shù)，即變頻器必須具備這兩種功能，簡稱VVVF變頻器。
變頻器主要由主電路、控制電路和保護電路組成。
1.主電路
主電路由整流器、濾波器和逆變器組成。由三相橋式整流電路將工頻AC 380V的三相交流電源(L1、L2、L3)整流成直流，經(jīng)濾波器電路濾波得到穩(wěn)恒的直流電源，再經(jīng)逆變器逆變成頻率和電壓可調(diào)的交流電源供給電動機(U、V、W)實現(xiàn)調(diào)速。
2.控制電路
控制電路是以CPU為核心的計算機控制系統(tǒng)。其主要工作是通過操縱驅(qū)動電路來控制主電路的逆變器輸出不同頻率和電壓的交流電源，以實現(xiàn)控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。同時，控制電路還管理著鍵盤和顯示器接口、外圍控制信號接口、頻率設(shè)定接口、通信接口、輸出控制接口、模擬輸出接口、保護電路接口等。控制電路和保護電路共同監(jiān)控變頻器各種工作狀態(tài)，當出現(xiàn)故障時，對變頻器及外圍設(shè)備進行相應的保護。
鍵盤和顯示器接口連接變頻器的操作面板，用以對變頻器進行參數(shù)設(shè)置，兼具面板基本操作、運行信息顯示、故障顯示等功能。外圍控制信號接口連接著一組外圍控制端子，當參數(shù)設(shè)置為外圍端子操作時，這組端子的開關(guān)(通斷)或高低電平就可以操縱變頻器輸出電動機的起動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等信號。頻率設(shè)定接口連接外圍頻率設(shè)定端子。當參數(shù)設(shè)置的頻率來源為外圍端子時，外圍頻率設(shè)定端子以模擬量(如DC4～20mA,DC1～5V)形式控制變頻器輸出電源的頻率，達到電動機調(diào)速的目的。
通信接口可以連接上位控制計算機。當參數(shù)設(shè)置的操作為通信模式，或者頻率來源為通信模式時，上位機就可以遠程控制變頻器的運行和輸出頻率，實現(xiàn)計算機控制系統(tǒng)和變頻器的結(jié)合。輸出控制接口用以輸出變頻器必要的動作輸出信號，例如，通知控制主機變頻器故障、正常起動、加速、減速等。模擬輸出接口用于外接儀表，顯示變頻器運行的頻率等信息。
3.保護電路
保護電路接口主要擔負著變頻器工作的監(jiān)控和保護功能，包括工頻電源的斷相、電壓保護，輸出側(cè)的電動機過載、過電流保護、電動機短路、電壓保護等。
五、變頻器的工作原理
變頻器的核心任務(wù)是產(chǎn)生頻率和電壓可調(diào)的交流電源。頻率來源信號或數(shù)據(jù)的大小，決定了變頻器應輸出的電源頻率。變頻器的CPU接收到信號后發(fā)出相應頻率和幅值的三相正弦交流信號，稱為信號波。經(jīng)過調(diào)制控制電路調(diào)制，得到與三相交流頻率和幅值對應脈沖寬度的方波信號，控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的通斷，產(chǎn)生相應頻率和幅值的交流電源供給交流三相負載。從而實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速(VVVF)控制。
變頻器的頻率來源是在多段速模式下由派生出各段速的頻率設(shè)置，如加速時間、減速時間、加速圓角、減速圓角設(shè)置。各段速的頻率設(shè)置中，一般可設(shè)置幾個不同頻率決定電動機的幾種不同速度，如圖2-61所示的電梯勻速運行的多層高速、單層速度、檢修速度、爬行速度。加速時間是指從最低頻率到最高頻率所用的時間。減速時間是指從最高頻率減到最低頻率所用的時間；加加速、加速圓角、減速圓角時間是指從勻速到加速、加速到勻速的過渡時間，以達到調(diào)整電梯舒適度的目的。
在設(shè)置頻率來源為外部信號時，就需要設(shè)置外部信號的類型、信號范圍等，如電流、電壓、4～20mA、1～5V等。當頻率來源是通信模式時，還需要設(shè)置通信的數(shù)值范圍。
六、變頻驅(qū)動電路故障檢修的步驟與方法
在排除其他電路故障的情況下，根據(jù)變頻驅(qū)動電路工作原理圖(見圖2-63),在機房控制柜進行變頻驅(qū)動電路的檢測。
1)檢查安全繼電器是否正常吸合，送到變頻器輸入端R、S、T的電壓是否正常(正常380V,三相平衡),若不正常，則先檢查變頻器輸人端R、S、T往上的供電線路。
2)在電梯運行中，抱閘制動器吸合的瞬間，觀察運行接觸器是否吸合動作。
3)若運行接觸器沒有吸合動作，應先檢查運行接觸器的線圈及相關(guān)控制電路。
4)若運行接觸器已經(jīng)吸合動作，檢測現(xiàn)場接線盒接線端子U、V、W三相電壓是否正常。
項目準備
根據(jù)項目內(nèi)容及項目要求選用儀表、工具和器材。
項目實施
在出現(xiàn)的電梯故障中，除了安全與門鎖電路容易出現(xiàn)問題，變頻驅(qū)動電路也時常會出現(xiàn)一些故障，因此，為了提高電梯的安全性，除了嚴格執(zhí)行維保制度外，對設(shè)計安全的主要電氣元器件要縮短更換周期，增強檢查的力度，及時發(fā)現(xiàn)其暴露的問題和出現(xiàn)的故障隱患，以保證電梯的長久使用。下面以電梯運行接觸器已經(jīng)吸合，電梯不運行故障為例介紹電梯變頻驅(qū)動電路故障的檢修。
首先，檢查控制柜端子排U、V、W端子的電壓是否正常，若正常，到現(xiàn)場打開接線盒，檢查U、V、W端子的電壓是否正常，在排除制動器機械故障的情況下，根據(jù)變頻驅(qū)動原理圖和故障檢修流程圖進行逐步檢測。
項目考核
項目完成后，由指導教師對本項目的完成情況進行實操考核。
項目小結(jié)
本項目介紹了電梯變頻驅(qū)動電路的組成和工作原理，變頻驅(qū)動電路故障檢修的步驟和方法，電梯變頻驅(qū)動電路故障檢修實例的操作步驟。通過理論學習和實操練習，學生可掌握電梯變頻驅(qū)動電路故障檢修的基礎(chǔ)知識和基本技能。