فناوری درایو آسانسور VVVF: چگونه فرکانس متغیر ولتاژ متغیر حمل و نقل عمودی را متحول کرد

2. الگوریتم های کنترل و عملکرد

2.1 کنترل اسکالر (V/f).

ساده‌ترین پیاده‌سازی VVVF از کنترل-حلقه V/f باز استفاده می‌کند، جایی که درایو بر اساس سیگنال مرجع سرعت، ولتاژ و فرکانس خاصی را بدون اندازه‌گیری سرعت یا جریان واقعی موتور فرمان می‌دهد. این رویکرد برای کاربردهای ساده مانند آسانسورهای باربری و آسانسورهای مسافری کم سرعت-مقرون به صرفه و کافی است. با این حال، نمی تواند سرعت دقیق را تحت شرایط بار متفاوت حفظ کند و گشتاور محدودی را در سرعت های پایین ارائه می دهد.

2.2 کنترل برداری (Field-کنترل گرا)

آسانسورهای مسافربری مدرن به طور جهانی از کنترل برداری استفاده می کنند که به عنوان کنترل میدانی{0}(FOC) نیز شناخته می شود. این الگوریتم، جریان‌های موتور سه فاز را به یک قاب مرجع چرخشی هم‌تراز با شار روتور تبدیل می‌کند و امکان کنترل مستقل گشتاور-تولید جریان و شار{4}}تولید جریان - مشابه آرمیچر جداگانه و کنترل میدان یک موتور DC را می‌دهد.

Vector control requires feedback of rotor position or flux angle, obtained either from an encoder mounted on the motor shaft (sensored vector control) or estimated from motor voltage and current measurements (sensorless vector control). High-speed elevators (>3 متر بر ثانیه) برای کنترل دقیق سرعت و موقعیت، همیشه از رمزگذارهایی با وضوح 1000-4096 پالس در هر دور استفاده می کنند.

مقایسه عملکرد:آسانسورهای کنترل‌شده برداری{0}}به دقت تنظیم سرعت %0.1 ± و دقت موقعیت در ±3 میلی‌متر در هنگام فرود دست می‌یابند - 10-برابر بهبودی نسبت به درایوهای V/f قدیمی‌تر و بهبود 50 برابری نسبت به سیستم‌های موتور دو سرعته.

2.3 کنترل مستقیم گشتاور (DTC)

یک استراتژی کنترل پیشرفته که در درایوهای آسانسور برتر استفاده می شود، DTC مستقیماً گشتاور و شار موتور را بدون حلقه های کنترل جریان متوسط ​​کنترل می کند. با مقایسه حالت های واقعی موتور با یک مدل ریاضی، کنترل کننده DTC وضعیت بهینه سوئیچینگ اینورتر را هر 25-40 میکروثانیه انتخاب می کند. این پاسخ گشتاور فوق العاده سریع را فراهم می کند (< 2 ms) and superior low-speed performance, making DTC ideal for high-rise elevators with heavy loads and critical leveling requirements.

3. پروفایل حرکت آسانسور

درایو VVVF یک پروفایل حرکتی از پیش تعریف شده را برای هر سفر اجرا می کند که توسط کنترل کننده آسانسور بر اساس فاصله سفر، سرعت نامی و پارامترهای راحتی محاسبه می شود. یک پروفایل معمولی شامل موارد زیر است:

مرحله شتاب:تند تند -رمپ محدود از 0 به سرعت نامی. حداکثر حرکت سریع معمولاً 0.5-2.0 متر بر ثانیه است که مقادیر بالاتر برای حمل بار و مقادیر پایین تر برای آسانسورهای مسافربری لوکس قابل قبول است.

مرحله سرعت ثابت:سفر ثابت با سرعت نامی برای اکثر مسافت سفر.

مرحله کاهش سرعت:متقارن نسبت به شتاب، ماشین را قبل از ورود به منطقه فرود به آرامی به سرعت خزش (معمولاً 0.1-0.3 متر بر ثانیه) می رساند.

تراز کردن:رویکرد دقیق با سرعت کم-برای تراز کردن کف خودرو با آستانه فرود در عرض 5± میلی متر.

درایو VVVF سیگنال مرجع سرعت را از کنترل‌کننده آسانسور دریافت می‌کند (معمولاً از طریق آنالوگ 0-10V، ±10V، یا ارتباط دیجیتال CANopen/Ethernet) و از الگوریتم کنترل برداری خود استفاده می‌کند تا موتور این مرجع را تا حد امکان ردیابی کند. درایوهای مدرن به دنبال خطاهای کمتر از 0.5٪ در سرعت ثابت و کمتر از 2٪ در هنگام شتاب به سرعت می رسند.

4. فن آوری درایو احیا کننده

4.1 اصل بازیابی انرژی

در یک درایو VVVF معمولی (غیر-بازسازنده)، هنگامی که آسانسور با یک کابین سبک پایین می‌آید یا با یک کابین سنگین بالا می‌رود، موتور به عنوان یک ژنراتور عمل می‌کند و انرژی الکتریکی تولید می‌کند. بدون بازسازی، این انرژی به صورت گرما در مقاومت های ترمز متصل به باس DC تلف می شود. یک درایو معمولی غیر{3}}بازسازنده ممکن است 20 تا 40 درصد از کل انرژی مصرفی خود را به عنوان گرمای مقاومت هدر دهد.

درایوهای احیاکننده یکسو کننده دیود را با یک قسمت جلویی فعال IGBT جایگزین می کنند که می تواند انرژی را به صورت دو طرفه انتقال دهد. هنگامی که موتور برق تولید می کند، مبدل احیا کننده با برق اصلی هماهنگ می شود و انرژی را به شبکه برق ساختمان برمی گرداند. بهبود بهره وری قابل توجه است:

4.2 مزایای Active Front End (AFE).

فراتر از بازیابی انرژی، درایوهای احیا کننده AFE مزایای بیشتری را ارائه می دهند:

کاهش هارمونیک:درایوهای AFE جریان تقریباً سینوسی با اعوجاج هارمونیک کل (THD) کمتر از 5٪ در مقایسه با 80-120٪ THD از یکسو کننده های دیود می گیرند. این امر نیاز به فیلترهای هارمونیک خارجی را از بین می برد و از تداخل با سیستم های الکتریکی ساختمان جلوگیری می کند.

ضریب توان واحد:AFE زاویه فاز بین ولتاژ و جریان را کنترل می کند و ضریب توان را در تمام شرایط کاری نزدیک به 1.0 حفظ می کند. این امر هزینه های تقاضای برق را کاهش می دهد و جریمه های توان راکتیو را حذف می کند.

کاهش سرمایش اتاق ماشین:حذف مقاومت های ترمز منبع گرمای قابل توجهی را حذف می کند و نیازهای HVAC را برای اتاق ماشین 30-50٪ کاهش می دهد.

5. انتخاب و اندازه درایو

انتخاب درایو VVVF صحیح برای کاربرد آسانسور نیازمند تطبیق ظرفیت درایو با الزامات موتور و در نظر گرفتن قابلیت اضافه بار، شرایط محیطی و ویژگی‌های کنترلی است.

5.1 رتبه بندی قدرت

قدرت نامی درایو باید برابر یا بیشتر از توان نامی موتور باشد. با این حال، برنامه های آسانسور به قابلیت اضافه بار بالا برای شتاب نیاز دارند. درایو باید 150-200% جریان نامی را به مدت 10 تا 60 ثانیه در طول شتاب گیری از یک استارت ایستاده ارائه دهد. اکثر درایوهای مخصوص آسانسور به طور استاندارد با 150 درصد اضافه بار برای 60 ثانیه رتبه بندی می شوند.

5.2 ولتاژ ورودی و فازها

درایوهای صنعتی استاندارد VVVF ورودی AC سه-380-480 ولتی را می‌پذیرند. برای مکان‌هایی که فقط{4}}تغذیه تک فاز دارند، درایوهای ورودی تک فاز تخصصی تا حداکثر 3.7 کیلو وات در دسترس هستند. برای آسانسورهای بسیار بزرگ (محموله سنگین،-سرعت بالا)، درایوهای ولتاژ متوسط ​​(690 ولت یا بالاتر) ممکن است برای کاهش اندازه جریان و کابل مشخص شود.

5.3 محوطه و رتبه بندی زیست محیطی

دمای محیط اتاق ماشین معمولاً از 5 درجه تا 40 درجه متغیر است. درایوها باید بیش از 40 درجه کاهش یافته یا دارای تهویه اجباری باشند. برای نصب در فضای باز یا بدون قید و شرط، درایوهایی را با محدوده دمای عملیاتی -10 درجه تا +50 درجه مشخص کنید. محیط های گرد و غباری نیاز به IP54 یا درجه بندی محفظه بالاتر دارند.

6. تعمیر و نگهداری و تشخیص

6.1 نگهداری پیشگیرانه

درایوهای VVVF در مقایسه با سیستم های کنترل الکترومکانیکی به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارند، اما چندین مورد باید سالانه بررسی شوند:

خازن های باس DC:ظرفیت خازن را اندازه بگیرید و با مقدار پلاک مقایسه کنید. از دست دادن ظرفیت بیش از 20% نشان دهنده نیاز به جایگزینی است (عمر معمولی: 8-12 سال).

سیستم خنک کننده:پره های هیت سینک و فن های خنک کننده را تمیز کنید. عمر یاتاقان فن معمولاً 5-7 سال است. فعالانه جایگزین کنید

اتصالات:پیچ‌های ترمینال برق را{0}}بررسی کنید و تغییر رنگ ناشی از گرمای بیش از حد را بررسی کنید.

پشتیبان گیری از پارامتر:دانلود و بایگانی پارامترهای درایو. پشتیبان‌گیری را در فضای ابری یا مکان امن برای بازیابی فاجعه ذخیره کنید.

6.2 داخلی-در تشخیص

درایوهای مدرن VVVF آسانسور دارای قابلیت های تشخیصی جامع هستند:

نظارت بر زمان واقعی جریان، ولتاژ، گشتاور و دما موتور

ثبت سابقه سفر با مهرهای زمانی و شرایط عملیاتی در خطا

پایش سلامت IGBT (روندهای ولتاژ اشباع Vce)

تأیید بازخورد رمزگذار

نظارت بر مدار ترمز

بسیاری از درایوها اکنون اتصال اینترنت اشیا را ارائه می‌کنند و داده‌های عملیاتی را در پلتفرم‌های ابری آپلود می‌کنند، جایی که الگوریتم‌های هوش مصنوعی روندها را تحلیل می‌کنند و خرابی‌ها را قبل از وقوع پیش‌بینی می‌کنند. پذیرندگان اولیه 30 تا 50 درصد کاهش در زمان توقف برنامه ریزی نشده را با استفاده از تعمیر و نگهداری پیش بینی بر اساس تجزیه و تحلیل داده های درایو گزارش می کنند.

7. روندهای آینده

تکامل درایوهای آسانسور VVVF در چندین مسیر ادامه دارد. کاربید سیلیکون (SiC) IGBT ها و ماسفت ها فرکانس های سوئیچینگ بالای 50 کیلوهرتز را امکان پذیر می کنند، نویز موتور را کاهش می دهند و امکان طراحی فیلتر فشرده تر را فراهم می کنند. الگوریتم‌های کنترل مبتنی بر هوش مصنوعی که الگوهای ترافیکی ساختمانی را یاد می‌گیرند و ارسال را در زمان واقعی{4}}بهینه می‌کنند، در حال ورود به عرصه تجاری هستند. و یکپارچه‌سازی ریزشبکه DC - که در آن آسانسورها مستقیماً به ساختمان-مقیاس ذخیره‌سازی باتری بدون تلفات تبدیل متناوب AC متصل می‌شوند- نوید گام دیگری را-تغییر کارایی برای ساختمان‌های خالص{10}}صفر می‌دهد.