昆明市電梯作業(yè)人員培訓：電梯變頻驅動電路故障診斷與維修
本項目主要學習VVVF電梯控制系統(tǒng)結構、VVVF電梯速度圖形運算原理、電梯拖動部分結構與原理、變頻器的結構和工作原理、變頻驅動電路故障檢修的步驟與方法。通過理論學習和任務訓練，可使學生掌握電梯變頻驅動電路故障診斷與維修的基礎知識和基本技能，使學生能夠按照規(guī)范完成檢修任務，為電梯安全運行打下良好的基礎。
知識目標
1)了解VVVF電梯控制系統(tǒng)的結構組成。
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構與原理。
4)掌握電梯變頻器的結構和工作原理。
5)掌握電梯變頻驅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動電路故障。
項目描述
電梯不能正常運行，經分析，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動電路上。本任務的目的是根據(jù)電梯變頻驅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，則應該按照變頻驅動電路控制原理圖進行詳細的檢查。
相關知識
一、VVVF電梯控制系統(tǒng)的結構
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，既獨立又相互協(xié)作。圖2-60是VVVF電梯控制系統(tǒng)結構示意圖，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、拖動部分結構原理
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制技術。拖動部分電路結構如圖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，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、變頻器的結構
變頻器是一種靜止的頻率轉換器，是一種能將工頻(50Hz或60Hz)交流電源轉換成頻率和電壓可調的交流電源的電氣設備。變頻器主要用于對電動機調速。
所謂VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency)電梯，都是利用調頻調壓調速方法實現(xiàn)電梯速度控制的。根據(jù)電機學理論，交流電動機的轉速公式為
式中，s為轉差率；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速目的，但不能超過電動機額定頻率。對于恒轉矩負載電梯，調速時，電梯最大轉矩不變，根據(jù)轉矩公式和電壓公式，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，經濾波器電路濾波得到穩(wěn)恒的直流電源，再經逆變器逆變成頻率和電壓可調的交流電源供給電動機(U、V、W)實現(xiàn)調速。
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)設置為外圍端子操作時，這組端子的開關(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、反轉等信號。頻率設定接口連接外圍頻率設定端子。當參數(shù)設置的頻率來源為外圍端子時，外圍頻率設定端子以模擬量(如DC4～20mA,DC1～5V)形式控制變頻器輸出電源的頻率，達到電動機調速的目的。
通信接口可以連接上位控制計算機。當參數(shù)設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
變頻器的核心任務是產生頻率和電壓可調的交流電源。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。經過調制控制電路調制，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)調壓調速(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置，如加速時間、減速時間、加速圓角、減速圓角設置。各段速的頻率設置中，一般可設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，以達到調整電梯舒適度的目的。
在設置頻率來源為外部信號時，就需要設置外部信號的類型、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，還需要設置通信的數(shù)值范圍。
六、變頻驅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)變頻驅動電路工作原理圖(見圖2-63),在機房控制柜進行變頻驅動電路的檢測。
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控制電路。
4)若運行接觸器已經吸合動作，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吸合，電梯不運行故障為例介紹電梯變頻驅動電路故障的檢修。
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
本項目介紹了電梯變頻驅動電路的組成和工作原理，變頻驅動電路故障檢修的步驟和方法，電梯變頻驅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動電路故障檢修的基礎知識和基本技能。
