變頻器在電梯上的應(yīng)用
引言
電梯是一種垂直運(yùn)輸工具，它在運(yùn)行中不但具有動(dòng)能，而且具有勢能。它經(jīng)常處在正反轉(zhuǎn)，反復(fù)起制動(dòng)過程中。為滿足乘客的舒適感和平層精度，要求電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能和準(zhǔn)確停車性能。為滿足這些要求，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調(diào)速性能，并能節(jié)約大量電能。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的一種重要手段，以其可靠性和很強(qiáng)的抗干擾能力在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，DSP是一種高速專用微處理器，運(yùn)算功能強(qiáng)大，能實(shí)現(xiàn)高速率傳輸數(shù)據(jù)，具有實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，并集成了電動(dòng)機(jī)控制外圍部件，使設(shè)計(jì)者外加較少的硬件設(shè)備，就可以構(gòu)成最小目標(biāo)控制系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)費(fèi)用及產(chǎn)品成本。而且由于該系統(tǒng)的軟硬件均為模塊化的方式，預(yù)留接口和軟位資源豐富，因此使用非常靈活，可以在最短時(shí)間內(nèi)完成不同控制策略和不同控制對象的設(shè)計(jì)過程。因此，用DSP控制的變頻電梯將是一種高速控制，節(jié)約能源，同時(shí)又滿足電梯運(yùn)行要求的新型控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
該系統(tǒng)主要由主回路部分，檢測部分，控制電路三部分組成。主回路主要是把電網(wǎng)電壓經(jīng)過整流和逆變，送入交流電動(dòng)機(jī)，并通過控制電路控制逆變器開關(guān)元件的開斷，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。控制電路主要完成電力傳動(dòng)系統(tǒng)的指令形式，電流、速度和位置控制，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，故障診斷，檢測和顯示，電梯的控制邏輯管理、通信和群控等任務(wù)。
2.1 主回路
主回路又分為兩個(gè)部分。（1）整流與再生部分。這部分的功能有兩個(gè)。一是將電網(wǎng)三相正弦交流電壓整流成直流，向逆變部分提供直流電源；二是在減速制動(dòng)時(shí)，有效的控制傳動(dòng)系統(tǒng)的能量回饋給電網(wǎng)。整流器采用晶閘管可逆方式，起到了將負(fù)載端產(chǎn)生的再生功率送回電源的作用。（2）逆變器部分。逆變器部分是由IGBT模塊組成，其作為無源逆變器，向交流電動(dòng)機(jī)供電。
2.2 控制電路
控制電路的核心采用DSP芯片中的TMS320C24*系列，它是專門針對電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)中應(yīng)用TMS320C240芯片。C240含有操作速為 條指令/s的CPU，片內(nèi)含有16K字程序存儲(chǔ)器（ROM），544字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，雙十位A/D轉(zhuǎn)換器，它含有同步串行外設(shè)接口（SPI），異步串行通信接口(SCI)，備有四種掉電模式，采用基于仿真頭(JTAG)掃描的仿真技術(shù)；它提供的脈寬調(diào)制(PWM)及I/O接口可以用于驅(qū)動(dòng)各種類型的電機(jī)。它包含了3個(gè)起/停定時(shí)器和9個(gè)比較器，并輔以靈活的波形發(fā)生邏輯，可產(chǎn)生多達(dá)12路PWM輸出；它還支持對稱的和非對稱的PWM生成能力以及空間矢量PWM狀態(tài)裝置，以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)器件的優(yōu)化方案，它能以比較低的功耗延長使用使命，它還包括死區(qū)發(fā)生單元，從而有助于保護(hù)功率器件；此外，事件管理器集成了4個(gè)接收輸入端，其中2個(gè)可用于光電編碼器正脈沖的直接輸入。
DSP所特有的高速計(jì)算能力，可以用來增加采樣頻率，并且完成復(fù)雜的信號(hào)處理和控制算法，控制外圍設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制和調(diào)速。此外，由于必須使電梯從零速到最高速平滑的變化，變頻器的輸出頻率也應(yīng)從幾乎是零頻率開始到額定頻率為止平滑的變化。而DSP靈活的PWM發(fā)生，為電機(jī)控制帶來了許多便利，可產(chǎn)生高分辨率的PWM波形，可靈活實(shí)現(xiàn)PWM控制，這不僅減小電磁干擾和其他噪聲問題，而且能夠靈活的控制變頻器的輸出頻率。
該控制電路的算法采用矢量控制算法，把采集的電壓，電流信號(hào)和速度信號(hào)同時(shí)送入TMS320C240芯片中，在C240中經(jīng)過比較器和函數(shù)庫進(jìn)行矢量運(yùn)算，輸出控制信號(hào)。
2.3 驅(qū)動(dòng)電路
應(yīng)用日本富士電機(jī)的EXB系列驅(qū)動(dòng)器EXB840，作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器，這是專門用來驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)模塊。該模塊的特點(diǎn)是內(nèi)部裝有2500V的高隔離電壓的光耦合器，有過電流保護(hù)電路和過電流保護(hù)輸出信號(hào)端子，另外，可以單電源供電。由控制電路輸出的PWM控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊EXB840控制IGBT1-6的通斷，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2.4 檢測電路
電壓、電流檢測均用霍耳元件，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)隔離，而且交直流均可以檢測，精度較好，但需要外接電源，價(jià)格較高。電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測采用光電編碼器，這是一種位置檢測器。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)
1）基于DSP的變頻技術(shù)在電梯運(yùn)行過程中，能夠在規(guī)定時(shí)間周期內(nèi)采集數(shù)據(jù)，信息，發(fā)出控制信號(hào)，并且能在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)要求，以保證系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的工作。
2）電力傳動(dòng)效率高，節(jié)省電能，電梯屬于一種位勢負(fù)載，在運(yùn)行時(shí)具有動(dòng)能；因此，在制動(dòng)時(shí)，將其回饋電網(wǎng)具有很大意義。
3）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，占地面積大為減
電梯是一種垂直運(yùn)輸工具，它在運(yùn)行中不但具有動(dòng)能，而且具有勢能。它經(jīng)常處在正反轉(zhuǎn)，反復(fù)起制動(dòng)過程中。為滿足乘客的舒適感和平層精度，要求電動(dòng)機(jī)在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能和準(zhǔn)確停車性能。為滿足這些要求，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)是最合適的。變頻器不但可以提供良好的調(diào)速性能，并能節(jié)約大量電能。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的一種重要手段，以其可靠性和很強(qiáng)的抗干擾能力在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，DSP是一種高速專用微處理器，運(yùn)算功能強(qiáng)大，能實(shí)現(xiàn)高速率傳輸數(shù)據(jù)，具有實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，并集成了電動(dòng)機(jī)控制外圍部件，使設(shè)計(jì)者外加較少的硬件設(shè)備，就可以構(gòu)成最小目標(biāo)控制系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)費(fèi)用及產(chǎn)品成本。而且由于該系統(tǒng)的軟硬件均為模塊化的方式，預(yù)留接口和軟位資源豐富，因此使用非常靈活，可以在最短時(shí)間內(nèi)完成不同控制策略和不同控制對象的設(shè)計(jì)過程。因此，用DSP控制的變頻電梯將是一種高速控制，節(jié)約能源，同時(shí)又滿足電梯運(yùn)行要求的新型控制系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
該系統(tǒng)主要由主回路部分，檢測部分，控制電路三部分組成。主回路主要是把電網(wǎng)電壓經(jīng)過整流和逆變，送入交流電動(dòng)機(jī)，并通過控制電路控制逆變器開關(guān)元件的開斷，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。控制電路主要完成電力傳動(dòng)系統(tǒng)的指令形式，電流、速度和位置控制，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，故障診斷，檢測和顯示，電梯的控制邏輯管理、通信和群控等任務(wù)。
2.1 主回路
主回路又分為兩個(gè)部分。（1）整流與再生部分。這部分的功能有兩個(gè)。一是將電網(wǎng)三相正弦交流電壓整流成直流，向逆變部分提供直流電源；二是在減速制動(dòng)時(shí)，有效的控制傳動(dòng)系統(tǒng)的能量回饋給電網(wǎng)。整流器采用晶閘管可逆方式，起到了將負(fù)載端產(chǎn)生的再生功率送回電源的作用。（2）逆變器部分。逆變器部分是由IGBT模塊組成，其作為無源逆變器，向交流電動(dòng)機(jī)供電。
2.2 控制電路
控制電路的核心采用DSP芯片中的TMS320C24*系列，它是專門針對電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)中應(yīng)用TMS320C240芯片。C240含有操作速為 條指令/s的CPU，片內(nèi)含有16K字程序存儲(chǔ)器（ROM），544字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，雙十位A/D轉(zhuǎn)換器，它含有同步串行外設(shè)接口（SPI），異步串行通信接口(SCI)，備有四種掉電模式，采用基于仿真頭(JTAG)掃描的仿真技術(shù)；它提供的脈寬調(diào)制(PWM)及I/O接口可以用于驅(qū)動(dòng)各種類型的電機(jī)。它包含了3個(gè)起/停定時(shí)器和9個(gè)比較器，并輔以靈活的波形發(fā)生邏輯，可產(chǎn)生多達(dá)12路PWM輸出；它還支持對稱的和非對稱的PWM生成能力以及空間矢量PWM狀態(tài)裝置，以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)器件的優(yōu)化方案，它能以比較低的功耗延長使用使命，它還包括死區(qū)發(fā)生單元，從而有助于保護(hù)功率器件；此外，事件管理器集成了4個(gè)接收輸入端，其中2個(gè)可用于光電編碼器正脈沖的直接輸入。
DSP所特有的高速計(jì)算能力，可以用來增加采樣頻率，并且完成復(fù)雜的信號(hào)處理和控制算法，控制外圍設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制和調(diào)速。此外，由于必須使電梯從零速到最高速平滑的變化，變頻器的輸出頻率也應(yīng)從幾乎是零頻率開始到額定頻率為止平滑的變化。而DSP靈活的PWM發(fā)生，為電機(jī)控制帶來了許多便利，可產(chǎn)生高分辨率的PWM波形，可靈活實(shí)現(xiàn)PWM控制，這不僅減小電磁干擾和其他噪聲問題，而且能夠靈活的控制變頻器的輸出頻率。
該控制電路的算法采用矢量控制算法，把采集的電壓，電流信號(hào)和速度信號(hào)同時(shí)送入TMS320C240芯片中，在C240中經(jīng)過比較器和函數(shù)庫進(jìn)行矢量運(yùn)算，輸出控制信號(hào)。
2.3 驅(qū)動(dòng)電路
應(yīng)用日本富士電機(jī)的EXB系列驅(qū)動(dòng)器EXB840，作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器，這是專門用來驅(qū)動(dòng)IGBT的驅(qū)動(dòng)模塊。該模塊的特點(diǎn)是內(nèi)部裝有2500V的高隔離電壓的光耦合器，有過電流保護(hù)電路和過電流保護(hù)輸出信號(hào)端子，另外，可以單電源供電。由控制電路輸出的PWM控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)模塊EXB840控制IGBT1-6的通斷，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
2.4 檢測電路
電壓、電流檢測均用霍耳元件，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)隔離，而且交直流均可以檢測，精度較好，但需要外接電源，價(jià)格較高。電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測采用光電編碼器，這是一種位置檢測器。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)
1）基于DSP的變頻技術(shù)在電梯運(yùn)行過程中，能夠在規(guī)定時(shí)間周期內(nèi)采集數(shù)據(jù)，信息，發(fā)出控制信號(hào)，并且能在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)要求，以保證系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的工作。
2）電力傳動(dòng)效率高，節(jié)省電能，電梯屬于一種位勢負(fù)載，在運(yùn)行時(shí)具有動(dòng)能；因此，在制動(dòng)時(shí)，將其回饋電網(wǎng)具有很大意義。
3）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，占地面積大為減
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
服務(wù)咨詢