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浅谈电梯曳引机的变频驱动与振动控制
作者: 张青山 2015-04-01 13:53:09 浏览:136
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  变频器主要用于交流电动机(异步电动机或同步电 动机)转速的调节,是公认的交流电动机最理想、最有 前途的调速方案。变频调速具有调速范围宽、调速精度 高、动态响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便、 成本低、节能显著等一系列优点。是企业技术改造和产 品更新换代的理想调速装置,近年来得到了快速发展和 广泛的应用。

  1曳引机变频驱动可有效地提高电梯性能

  电梯的舒适程度与运转速度,是人们比较关心的问 题。在电梯的起制动过程中,必须使电梯从速度为0平 滑地上升至固定速度或从最高固定速度平滑地降低至速 度为0,而将变频技术应用在电梯曳引机中能够满足以 上要求。变频器的输出在0 ~ 50Hz范围内平滑地变化, 这样通过变频器调节电梯的起动、运行、停止都是平滑 的,没有急起急停的不良影响。在电梯控制器件的控制 下,电梯运行过程中的速度采样与最佳速度曲线进行对 比,由变频器不断地对电动机的频率进行调整.从而使 电梯的舒适度与运转速度达到最佳状态。

  变频驱动时的起动转矩和最大转矩小于直接用工频 电源驱动时的转矩,电动机在工频电源供电时起动和加 速冲击很大,而当使用变频器供电时,这些冲击就要弱 _些。工频直接起动会产生_个大的起动电流。而当使 用变频器时,变频器的输出电压和频率是逐渐加到电动 机上的,所以电动机起动电流和冲击要小些。通常,电 动机产生的转矩要随频率的减小(速度降低)而减小。 使用磁通矢量控制的变频器,可改善电动机低速时转矩 的不足,于是开启了零伺服功能,甚至在低速区变频器 在设置频率接近0时,电动机也可输出足够的转矩。

  2变频驱动影响曳引机系统的扰动频率

  电动机传动系统的振动属自激振动,影响电动机干 扰频率的因素主要是电动机的转速、电动机的极数、减 速箱的转速、齿轮数。但是,电梯曳引机工作状况非常 特殊,电梯运行过程中不断地存在起动、制动、正反转, 负载变化大,工作时间短且起动频繁.在此过程中,电 梯曳引机的干扰频率是变化的。同时,电梯通过变频器 矢量控制改变电动机的频率和电压调整电动机的转速。 所以变频器的输出在0 ~ 50Hz范围内平滑地变化。

  在此情况下,以工频额定转速为依据来计算电动 机的扰动频率,只能描述曳引机运行过程中多层高速 运行时的工作状态下的特殊情况,电梯运行过程中的 速度曲线根据可多段速输入设定:返基站=30Hz、 爬行=1 ~ 5Hz、检修=12Hz、中速=42Hz、高速 =50Hz(各变频器的频率设定略有不同),更多的转速在 50Hz以下,而曳引机电动机转速反复在0 ~ 50Hz转速 过程中,曳引机系统扰动频率是在0Hz与工频扰动频率 之间呈现动态、游移的宽频状态,在此情况下必然会重 复出现隔振系统自振频率与曳引机系统扰动频率一致的 情形。

  3曳引机系统扰动频率中的机械振动

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  电梯曳引机工作时构成曳引机系统的主要机械振动 噪声源有:曳引机电动机的机械不平衡振动,电动机轴 承自然的振动与电动机构成部件的共振,润滑不良产生 振动噪声,曳引轮、导向轮牵引曳引绳的机械不平衡振 动,曳引轮轴承的轴方向振动,曳引机减速箱传动装置 运转振动噪声< 曳引机制动器及电梯轿厢刹车抱闸张吸 振动,轿厢及对重块与导轨摩擦振动噪声等。

  由于电梯曳引机通过变频器改变电动机的频率和电压,调整电动机的转速而改变了曳引机系统的扰动频率, 也对扰动频率的构成强度产生较大影响。在低频变速段 由于系统低转速地、平滑地变化,机械振动的扰动频率 降低的同时系统机械不平衡振动强度也相应减缓,机械 振动对系统振动的贡献率也随之减少。所以,随着曳引 机转速的降低,曳引机系统的机械振动噪声也随之降低。

  4曳引机系统扰动频率中的电磁振动

  为保证在低频段的电动机能有效驱动,通过矢量控 制变频器解决了动态时基本保持磁通不变,以保持 电动机的有效转矩。而在电梯运行过程中不断存在起动、 制动、正负负载状态的变化,瞬时转矩脉动及电磁噪声 也随之产生不同的影响。

  2.2 在正负载OHz起动的加速阶段,电动机的转矩 使用在由电梯所设定的最大加速度动能及维持电动机正 负载所需的转速动能,在此过程中,加速度动能由电动 机的转矩到0.转速动能由0到电动机的转矩。变频器 的输出频率在0 ~ 50Hz范围内平滑地变化。

  2.3 在正负载匀速高速阶段,电动机的转矩为工频 转矩,变频器稳定的输出是50Hz。电动机的转矩均使 用在转速动能。

  2.4 在正负载由工频转矩制动的减速阶段,变频器的 输出在50 ~ OHz范围内平滑地变化。电动机正负载转 速所需动能也平滑地减少。

  2.5 而负负载的起动加速阶段、匀速阶段、减速阶段 均可能无需电动机的转矩动能,可逆向充电。

  根据曳引机变频驱动系统中的瞬时转矩脉动,电磁 噪声大小随磁场强弱、负载电流大小以及转速高低而变。 在以上4种状态中,第1、2阶段中的曳引机变频驱动 系统中的瞬时转矩脉动及电磁噪声较大,而第3、4阶 段中因没有做功,负载瞬时转矩脉动及电磁噪声较小。

  5控制隔振系统自振频率点的共振 5.1采用一定的阻尼以限制共振区附近的振动

  根据电梯曳引机扰动频率的特点,为了避免系统共 振,设计电梯曳引机的隔振系统时就必须考虑采用一定 的阻尼以限制共振点的振动。不仅是为了满足电梯在起 动、制动和停机过程中通过共振区的需要,而且对保证 电梯曳引机平稳正常运转也是必要的。所以,电梯曳引 机的隔振系统应复合选用,可以使用具有隔振和阻尼功 能的阻尼弹簧减振器,也可以使用钢弹簧隔振器与阻尼器并联。

  5.2隔振系统两种不同的自振频率

  使用两种不同的自振频率/和/2的阻尼弹簧减振器, 隔振系统形成两种不同的自振频率。虽然曳引机系统的 扰动频率随着曳引机速度变化反复在OHz到工频状态下 扰动频率变动,但是在某一瞬间曳引机系统的扰动频率 是惟一的,它不可能同时通过两个隔振系统的自振频率, 从而有效地控制了共振现象。

  5.3屏蔽隔振系统自振频率

  根据变频器的技术特点,可以与电梯安装单位配合, 在变频器调试过程中,在保证控制精度的前提下,尽量 减少脉冲转矩成份,调试确认隔振系统的自振频率,利 用变频器的频率屏蔽功能,使电梯曳引机系统扰动频率 排除在隔振系统的自振频率的运行范围外,可避免系统 共振的影响。

  6结语

  电梯曳引机运行对住户的噪声影响主要是振动的固 体声传播。而随着变频器驱动电梯曳引机变频驱动对扰 动频率的影响,导致不断通过电梯曳引机隔振系统的自 振频率产生共振。同时,曳引机在低频低速运行状态, 其机械振动的不平衡振动强度也相应降低,虽然瞬时转 矩脉动、电磁噪声大小随着运行状态的不同而变化,但 是其对曳引机系统的扰动频率强度影响较小。采取一定 的阻尼以限制共振区附近的振动,隔振系统两种不同的 自振频率以及屏蔽隔振系统自振频率等措施,可控制隔 振系统在共振区附近的异常振动。

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