昆明市電梯作業(yè)人員培訓(xùn)：電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障診斷與維修
本項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)VVVF電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、VVVF電梯速度圖形運(yùn)算原理、電梯拖動(dòng)部分結(jié)構(gòu)與原理、變頻器的結(jié)構(gòu)和工作原理、變頻驅(qū)動(dòng)電路故障檢修的步驟與方法。通過理論學(xué)習(xí)和任務(wù)訓(xùn)練，可使學(xué)生掌握電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障診斷與維修的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，使學(xué)生能夠按照規(guī)范完成檢修任務(wù)，為電梯安全運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。
知識(shí)目標(biāo)
1)了解VVVF電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。
2)了解VVVF電梯速度圖形運(yùn)算原理。
3)了解電梯拖動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)與原理。
4)掌握電梯變頻器的結(jié)構(gòu)和工作原理。
5)掌握電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障診斷與維修的步驟與方法。
能力目標(biāo)
1)能夠正確分析電梯變頻驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路故障。
項(xiàng)目描述
電梯不能正常運(yùn)行，經(jīng)分析，電梯的安全與門鎖電路、主控制電路、門機(jī)控制電路、制動(dòng)電路、通信電路均正常，可將故障鎖定在變頻驅(qū)動(dòng)電路上。本任務(wù)的目的是根據(jù)電梯變頻驅(qū)動(dòng)原理圖分析查找故障原因及故障點(diǎn)，進(jìn)行故障排除，恢復(fù)電梯正常運(yùn)行，并填寫電梯維修記錄單，詳述故障排除過程。
項(xiàng)目分析
電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)由安全繼電器、變頻器電路、運(yùn)行接觸器、制動(dòng)電阻器等組成的電路。電梯處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行接觸器得電吸合，電梯上行或下行。如果電梯沒有運(yùn)行，若電梯電源電路、安全與門鎖電路、制動(dòng)電路等均正常，應(yīng)重點(diǎn)檢查變頻驅(qū)動(dòng)電路部分的安全繼電器、運(yùn)行接觸器、變頻器。出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)首先檢查運(yùn)行接觸器是否能完成吸合動(dòng)作，如果運(yùn)行接觸器不能完成吸合，則應(yīng)該按照變頻驅(qū)動(dòng)電路控制原理圖進(jìn)行詳細(xì)的檢查。
相關(guān)知識(shí)
一、VVVF電梯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
VVVF電梯信號(hào)控制系統(tǒng)主要由控制管理C-CPU、拖動(dòng)D-CPU、串行傳送S-CPU和群控G-CPU等多個(gè)CPU組成，每個(gè)CPU分別負(fù)責(zé)各自的任務(wù)，既獨(dú)立又相互協(xié)作。圖2-60是VVVF電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tái)電梯。群控時(shí)，外召喚信號(hào)由群控部分接收和處理。
二、VVVF電梯速度圖形運(yùn)算
VVVF電梯的速度曲線是由微機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)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(jì)算出當(dāng)時(shí)的電梯運(yùn)行速度指令數(shù)據(jù)，并傳送給拖動(dòng)部分D-CPU,使其按照?qǐng)D2-61所示的電梯速度曲線運(yùn)行。
為了提高電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和運(yùn)行效率，必須對(duì)速度圖形進(jìn)行精確運(yùn)算。因此，將速度圖形劃分為8個(gè)狀態(tài)分別計(jì)算。這8個(gè)狀態(tài)分別為停機(jī)狀態(tài)(狀態(tài)1)、加加速運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)2)、勻加速運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)3)、加速圓角運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)4)、勻速運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)5)、減速圓角運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)6)、勻減速運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)7)和平層運(yùn)行狀態(tài)(狀態(tài)8)。
三、拖動(dòng)部分結(jié)構(gòu)原理
拖動(dòng)部分采用電壓型電流控制變頻器，應(yīng)用了矢量變換控制和脈寬調(diào)制技術(shù)。拖動(dòng)部分電路結(jié)構(gòu)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(duì)主電路實(shí)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(yùn)行過程中，C-CPU向D-CPU傳送。由于C-CPU是8位微機(jī)，而D-CPU是16位微機(jī)，兩者的工作時(shí)鐘和運(yùn)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(diào)，且能及時(shí)、可靠地傳送信息，采用了以下兩個(gè)措施：一是在C-CPU和D-CPU之間采用8212專用通信接口進(jìn)行連接，8212相當(dāng)于一個(gè)信箱，當(dāng)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(hào)，如此不斷進(jìn)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(jìn)行16位運(yùn)算。
四、變頻器的結(jié)構(gòu)
變頻器是一種靜止的頻率轉(zhuǎn)換器，是一種能將工頻(50Hz或60Hz)交流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電源的電氣設(shè)備。變頻器主要用于對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。
所謂VVVF(Variable Voltage and Variable Frequency)電梯，都是利用調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)電梯速度控制的。根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為
式中，s為轉(zhuǎn)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(dá)到調(diào)速目的，但不能超過電動(dòng)機(jī)額定頻率。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載電梯，調(diào)速時(shí)，電梯最大轉(zhuǎn)矩不變，根據(jù)轉(zhuǎn)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(hù)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(jīng)濾波器電路濾波得到穩(wěn)恒的直流電源，再經(jīng)逆變器逆變成頻率和電壓可調(diào)的交流電源供給電動(dòng)機(jī)(U、V、W)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
2.控制電路
控制電路是以CPU為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其主要工作是通過操縱驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。同時(shí)，控制電路還管理著鍵盤和顯示器接口、外圍控制信號(hào)接口、頻率設(shè)定接口、通信接口、輸出控制接口、模擬輸出接口、保護(hù)電路接口等�？刂齐娐泛捅Ｗo(hù)電路共同監(jiān)控變頻器各種工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)變頻器及外圍設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。
鍵盤和顯示器接口連接變頻器的操作面板，用以對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，兼具面板基本操作、運(yùn)行信息顯示、故障顯示等功能。外圍控制信號(hào)接口連接著一組外圍控制端子，當(dāng)參數(shù)設(shè)置為外圍端子操作時(shí)，這組端子的開關(guān)(通斷)或高低電平就可以操縱變頻器輸出電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等信號(hào)。頻率設(shè)定接口連接外圍頻率設(shè)定端子。當(dāng)參數(shù)設(shè)置的頻率來源為外圍端子時(shí)，外圍頻率設(shè)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(dá)到電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的。
通信接口可以連接上位控制計(jì)算機(jī)。當(dāng)參數(shù)設(shè)置的操作為通信模式，或者頻率來源為通信模式時(shí)，上位機(jī)就可以遠(yuǎn)程控制變頻器的運(yùn)行和輸出頻率，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和變頻器的結(jié)合。輸出控制接口用以輸出變頻器必要的動(dòng)作輸出信號(hào)，例如，通知控制主機(jī)變頻器故障、正常起動(dòng)、加速、減速等。模擬輸出接口用于外接儀表，顯示變頻器運(yùn)行的頻率等信息。
3.保護(hù)電路
保護(hù)電路接口主要擔(dān)負(fù)著變頻器工作的監(jiān)控和保護(hù)功能，包括工頻電源的斷相、電壓保護(hù)，輸出側(cè)的電動(dòng)機(jī)過載、過電流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)短路、電壓保護(hù)等。
五、變頻器的工作原理
變頻器的核心任務(wù)是產(chǎn)生頻率和電壓可調(diào)的交流電源。頻率來源信號(hào)或數(shù)據(jù)的大小，決定了變頻器應(yīng)輸出的電源頻率。變頻器的CPU接收到信號(hào)后發(fā)出相應(yīng)頻率和幅值的三相正弦交流信號(hào)，稱為信號(hào)波。經(jīng)過調(diào)制控制電路調(diào)制，得到與三相交流頻率和幅值對(duì)應(yīng)脈沖寬度的方波信號(hào)，控制絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的通斷，產(chǎn)生相應(yīng)頻率和幅值的交流電源供給交流三相負(fù)載。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)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(shè)置，如加速時(shí)間、減速時(shí)間、加速圓角、減速圓角設(shè)置。各段速的頻率設(shè)置中，一般可設(shè)置幾個(gè)不同頻率決定電動(dòng)機(jī)的幾種不同速度，如圖2-61所示的電梯勻速運(yùn)行的多層高速、單層速度、檢修速度、爬行速度。加速時(shí)間是指從最低頻率到最高頻率所用的時(shí)間。減速時(shí)間是指從最高頻率減到最低頻率所用的時(shí)間；加加速、加速圓角、減速圓角時(shí)間是指從勻速到加速、加速到勻速的過渡時(shí)間，以達(dá)到調(diào)整電梯舒適度的目的。
在設(shè)置頻率來源為外部信號(hào)時(shí)，就需要設(shè)置外部信號(hào)的類型、信號(hào)范圍等，如電流、電壓、4～20mA、1～5V等。當(dāng)頻率來源是通信模式時(shí)，還需要設(shè)置通信的數(shù)值范圍。
六、變頻驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路工作原理圖(見圖2-63),在機(jī)房控制柜進(jìn)行變頻驅(qū)動(dòng)電路的檢測(cè)。
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(yùn)行中，抱閘制動(dòng)器吸合的瞬間，觀察運(yùn)行接觸器是否吸合動(dòng)作。
3)若運(yùn)行接觸器沒有吸合動(dòng)作，應(yīng)先檢查運(yùn)行接觸器的線圈及相關(guān)控制電路。
4)若運(yùn)行接觸器已經(jīng)吸合動(dòng)作，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)接線盒接線端子U、V、W三相電壓是否正常。
項(xiàng)目準(zhǔn)備
根據(jù)項(xiàng)目內(nèi)容及項(xiàng)目要求選用儀表、工具和器材。
項(xiàng)目實(shí)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(qū)動(dòng)電路也時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，因此，為了提高電梯的安全性，除了嚴(yán)格執(zhí)行維保制度外，對(duì)設(shè)計(jì)安全的主要電氣元器件要縮短更換周期，增強(qiáng)檢查的力度，及時(shí)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(yùn)行接觸器已經(jīng)吸合，電梯不運(yùn)行故障為例介紹電梯變頻驅(qū)動(dòng)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(chǎng)打開接線盒，檢查U、V、W端子的電壓是否正常，在排除制動(dòng)器機(jī)械故障的情況下，根據(jù)變頻驅(qū)動(dòng)原理圖和故障檢修流程圖進(jìn)行逐步檢測(cè)。
項(xiàng)目考核
項(xiàng)目完成后，由指導(dǎo)教師對(duì)本項(xiàng)目的完成情況進(jìn)行實(shí)操考核。
項(xiàng)目小結(jié)
本項(xiàng)目介紹了電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路的組成和工作原理，變頻驅(qū)動(dòng)電路故障檢修的步驟和方法，電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障檢修實(shí)例的操作步驟。通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)操練習(xí)，學(xué)生可掌握電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障檢修的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。
