交流变压变频调速电梯的技术探讨和研究

【摘要】随着社会经济的迅猛发展和城市化进程的加速，高层建筑、超高层建筑如雨后春笋般涌现，电梯自然成为城市高层和大型公共建筑中不可或缺的设备之一。高层建筑数量的增加对电梯的需求量也在逐渐增大，同时对电梯性能的要求也在不断提高。对于一部电梯而言，其性能主要取决于电动机转速的调控能力，这包括稳定停车、平稳启动和平滑加减速等，以满足大众对于舒适、快捷乘坐体验的需求。

【关键词】交流变压变频调速；电梯；技术；趋势

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.04.027

Discussion and Research on the Technology of AC Variable Voltage Variable Frequency Speed Regulating Elevator

YANG Wei， ZHAO Zhipeng， ZHAO Yun

（Binzhou Special Equipment Inspection and Research Institute， Binzhou 256600， China）

Abstract： With the rapid development of the social economy and the acceleration of urbanization， high-rise and super high-rise buildings have sprung up like mushrooms after rain， and elevators have naturally become an indispensable equipment in urban high-rise and large public buildings. With the increase in the number of high-rise buildings， the demand for elevators is gradually increasing， and the requirements for elevator performance are also constantly improving. For an elevator， its performance mainly depends on the ability to regulate the motor speed， including stable parking， smooth starting， and smooth acceleration and deceleration， to meet the public’s demand for a comfortable and fast riding experience.

Keywords： AC variable voltage variable frequency speed regulation； elevators； technology； trend

交流变压变频电梯控制系统（VVVF）是一种全新的电梯控制技术，于20世纪中后期得到广泛推广。交流电通过VVVF转换成直流电，并通过逆变器整定成符合各不同电压频率、等级的交流电，最终实现交流电动机转速的改变。交流变压变频调速电梯控制系统会依据收到的指令，采用计算机对交流电动机转数、电流及电压等的有效控制，以准确操作的方式保证电梯安全、稳定运行。目前，我国电梯大多采用可控硅调压调速或者交流双速控制，且大多在20世纪装设，该电梯是借助选层器、继电器实现变速逻辑[1]。在电梯长时间运行后，实现变速逻辑的部件很容易会由于磨损过度而接触不良。人为因素也会提升部件的磨损速度，如果电梯设备老化太过严重，会降低其运行效率，增加耗电量，甚至会引发困人、墩底、乱层以及冲顶等电梯故障[2]。尽管这类电梯控制系统存在一些缺陷，但其机械性能仍然保持在较好的水平。如果能够按照规定的标准加强维护和保养工作，将能够有效降低电梯出现故障的可能性。该研究主要就交流变压变频调速电梯的相关技术展开研究。

1交流变压变频调速电梯的技术分析

1.1直流电动机调速电梯

直流电动机调速电梯是一种利用直流电动机进行调速的电梯。这种电梯具有调速范围广、调速连续平滑、损耗小、经济指标高等优点。

直流电动机调速电梯的核心是直流电动机的调速控制。一般来说，直流电动机的调速可以通过改变电机的电压、电流、脉冲宽度等方式来实现。其中，电压调制和电流调制是最常用的调速方式。通过改变电机的电压或电流，可以调整电机的转速，从而实现电梯的调速。除了电压和电流调制，脉宽调制也是一种常用的调速方式。通过改变电机控制器输出的脉冲宽度，可以控制电机的转速，从而实现电梯的调速。脉宽调制具有响应速度快、控制精度高等优点，因此在直流电动机调速电梯中得到了广泛应用。此外，向量控制和磁场定向控制也是比较先进和精确的电梯调速方式。通过对电机的电压、电流和相位进行控制，可以实现电机的精确控制，从而实现电梯的调速。在直流电动机调速电梯中，一般采用晶闸管作为主要的控制元件。通过调节晶闸管的导通角，可以改变电机的电压，从而实现电梯的调速。这种控制方式具有响应速度快、控制精度高等优点，因此在直流电动机调速电梯中得到了广泛应用。

1.2异步电动机转变磁极对数调速电梯

异步电动机转变磁极对数调速电梯是一种利用异步电动机改变磁极对数进行调速的电梯。这种电梯具有调速范围广、调速连续性好、调速响应速度快等优点。

异步电动机改变磁极对数调速是通过改变电机定子绕组的接法来实现的。通过改变定子绕组的接法，可以改变电机的磁极对数，从而改变电机的转速。这种调速方式可以实现较大范围的调速，通常可以达到100∶1以上，使得电梯在不同工况下的应用更加灵活。由于改变磁极对数可以实现连续的调速，因此可以达到较好的调速精度和稳定性。在实际应用中，能够满足对速度精度要求较高的系统。同时，由于改变磁极对数不需要改变电机的机械结构，因此这种调速方式具有结构简单、维护方便等优点。需要注意的是，绕线式异步电机是不能用改变磁极对数来调整的，这是由绕线式异步电机的转子结构决定的[3]。鼠笼式异步电机的转子每一根导条可以认为是一个磁极，也可以认为转子的磁极与定子磁极是相对应的。这是因为电机转子感应出的电动势可以通过端环任意连通。但绕线式异步电机的转子在制造时已经把磁极位置固定，且没有端环存在，感应出来的电动势也不是任意导通的。这时候，如果改变定子磁极，转子与定子之间的磁场无法相互耦合，或者会产生作用相反的力矩，致使电机无法运转。

1.3交流异步电动机转变电压调速电梯

交流异步电动机转变电压调速电梯是一种利用交流异步电动机改变电压进行调速的电梯。这种电梯具有调速范围广、调速连续平滑、损耗小、经济指标高等优点。

交流异步电动机的转速与电源电压之间存在一定的关系。当电源电压变化时，电机的转速也会相应地变化。因此，通过改变电源电压，可以改变电机的转速，从而实现电梯的调速。在交流异步电动机转变电压调速电梯中，通常采用交流变频器作为主要的控制设备。变频器可以根据电梯运行的需要，将电源电压改变为所需的电压值，从而控制电机的转速。变频器可以通过调整电源频率、相位等参数来达到精确控制的目的。除了改变电源电压，还可以通过改变电机的极数来进行调速。当电机的极数改变时，电机的同步转速也会发生变化，从而实现电梯的调速。但是，这种方法需要改变电机的机械结构，因此在实践中应用较少。

1.4交流变压变频调速电梯

交流变压变频调速电梯是一种采用交流电动机，并通过变压变频技术实现调速的电梯。

交流变压变频调速电梯可以在宽广的范围内调整电机的转速，实现精细的速度控制，从而适应不同的使用场景和需求[4]。与传统的电梯相比，交流变压变频调速电梯的调速过程更加连续和平滑，可以提供更好的乘坐舒适感。同时交流变压变频调速电梯采用了先进的变压变频技术，可以根据电梯的实际运行需求调整电机的电压和频率，避免了传统电梯常见的高功率和过载运行，从而降低了能耗。它还具有再生能量回馈功能，可以将制动过程中产生的电能反馈到电网中，实现能量的再利用。由于交流变压变频调速电梯采用了高性能的微机网络控制软件，设计了多重故障保护措施，排除了传统电梯存在的各种故障隐患，可充分保证电梯的安全、可靠运行。另外，交流变压变频调速电梯的电力拖动系统采用了矢量控制交流变频调速技术，配备了适应人体生理特征的速度运行曲线，提高了乘坐的舒适性。

2电梯变频器

2.1交-交电梯变频器

交-交电梯变频器是一种电梯控制系统中使用的变频器，也称作交流-交流电梯变频器。这种变频器的主要特点是能够实现电梯的高效、平稳和精确控制[5]。

交-交电梯变频器的工作原理是将输入的交流电源通过一系列复杂的电路和变换器转换为可调频率和可调电压的交流电源，以供给电梯电机使用。与传统的交流电机调速方式相比，交-交变频器具有更高的效率和更灵活的控制性能。

交-交电梯变频器可以实现宽广的调速范围，满足电梯在不同楼层和不同负载条件下的需求。通过调整变频器的输出频率和电压，可以精确控制电梯的运行速度，实现平稳的加速和减速[6]。交-交电梯变频器可以根据电梯的实际运行需求进行智能调节，避免能源的浪费。在电梯轻载或空载时，变频器可以降低电机的运行速度，从而减少能耗。同时，在电梯制动过程中，交-交电梯变频器可以实现能量回馈，将制动产生的电能回馈到电网中，进一步提高节能效果。同时，交-交电梯变频器采用了先进的控制技术和保护措施，具有较高的可靠性。它可以实时监测电梯的运行状态，并在出现故障时及时采取相应的保护措施，确保电梯的安全运行。

交-交电梯变频器是一种具有优异性能的电梯控制设备，可以提高电梯的运行效率、乘坐舒适性和节能效果。随着技术的不断发展，这种变频器的性能和功能还将不断提高，为人们的生活和工作带来更多的便利和舒适。

2.2交-直-交电梯变频器

交-直-交电梯变频器是一种广泛应用于电梯控制系统中的变频器，其工作原理是将输入的交流电源通过整流器转换为直流电源，然后再通过逆变器将直流电源转换为可调频率和可调电压的交流电源，以供给电梯电机使用[7]。

交-直-交电梯变频器可以实现宽广的调速范围，满足电梯在不同楼层和不同负载条件下的需求。通过调整变频器的输出频率和电压，可以精确控制电梯的运行速度，实现平稳的加速和减速。交-直-交电梯变频器还可以根据电梯的实际运行需求进行智能调节，使电梯电机运行在最佳状态，从而提高电梯的运行效率。它还可以通过能量回馈技术，将制动过程中产生的电能回馈到电网中，实现能量的再利用，降低能耗。

另外，交-直-交电梯变频器具有快速的响应速度和高的控制精度，可以实现电梯的快速启动、平稳运行和准确停车。通过优化控制算法和参数设置，可以进一步提高电梯的动态性能，减少运行时的冲击和振动，实现电梯的平稳启动和停止，减少乘客的不适感。同时，它还可以通过降低电梯运行时的噪声和振动，提高乘坐舒适性。

交-直-交电梯变频器的应用领域广泛，不仅适用于高层建筑、办公楼、购物中心等场所的电梯控制，还可以用于地铁、机场、火车站等公共交通设施的电梯和自动扶梯控制系统中。

3交流变压变频调速电梯发展趋势

电梯是高层建筑的一种垂直运载工具，其需求量也随着高层建筑的增多而逐渐增大，电梯性能也随之提升。对于一部电梯来说，其性能主要由电动机转速调控决定。对于交流变压变频调速电梯来说，其特点与发展趋势为：1）智能化。随着人工智能、物联网等技术的不断发展，电梯的智能化程度越来越高。未来电梯将更加智能化，能够实现远程监控、故障诊断、预测维护等功能，提高电梯的运行效率和安全性。2）节能环保化。随着环保意识的提高，电梯的节能环保性能越来越受到重视。未来电梯将更加注重节能环保设计，采用高效节能的电机和控制系统，减少能源消耗和环境污染。3）舒适性。电梯作为人们日常生活中的重要交通工具，其舒适性越来越受到关注。未来电梯将更加注重舒适性设计，采用先进的减震、降噪技术，提高乘坐舒适性。4）安全性。电梯的安全性是人们最关心的问题之一。未来电梯将更加注重安全性设计，采用先进的防坠落、防夹等功能，提高电梯的安全性能。

【参考文献】

[1]易何云，季荣斌.LEHY-MRL系列微机网络控制交流变压变频调速无机房乘客电梯的研制[J].装备机械，2013（3）：24-29.

[2]陈德祥，王林.交流变压变频调速电梯配电设计探讨[J].建筑电气，2019，38（3）：57-60.

[3]佚名.微机网络控制曳引驱动变压变频调速电梯[J].上海节能，2023（9）：1385-1386.

[4]苏玉霞，牧仁.变频变压调速技术在电梯改造中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013（9）：210.

[5]微机网络控制PM驱动变压变频调速电梯[J].上海节能，2021（10）：1175-1176.

[6]贺剑锋.浅谈变频变压调速技术在电梯改造中的应用[J].华东科技（学术版），2016（6）：19.

[7]张静.变频变压调速技术在电梯改造中的应用[J].魅力中国，2017（41）：280.

【作者简介】

杨伟，男，1988年出生，工程师，学士，研究方向为机电类特种设备检验。

赵志鹏，男，1983年出生，工程师，学士，研究方向为机电类特种设备检验。

赵云，男，1984年出生，工程师，学士，研究方向为机电类特种设备检验。

（编辑：刘一童）