２０１１年第１５期 总第１２７期 中国砚代孝 装备 ＩＳＣＮ１ＳＮ１１６＿７４２９—９１４４，３＿ｒ ８ 变频门机系统 罗恒年 广州市机电技师学院摘广东广州５１０３７０ 要：电梯门系统是整梯系统中动作最频繁的部件，其性能直接影响到整梯的性能，电梯门系统又是电梯的重要安全保 护装置，确保门系统安全、可靠的开闭非常必要。一直以来，电梯从业人员不断尝试各种先进的技术应用于门系统，以提 高门系统运行的稳定性。介绍一种新型的门机控制系统，即变频器控制的门机系统。 关键词：门机系统；变频器；机械系统；电气控制系统；控制方式 Ｔｈｅ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｒ ｆＬｕｏ Ｈｅｎｇｎｉａｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎ ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，５ １０３７０，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｏｐｅｒａｔｅｓ ｍｏｓｔ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓａｆｅｔｙ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｖａｔｏｒ，Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｈｅ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅ ｄｏｏｒ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒｔ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｙ ｔｏｆ ｈｅ ｄｏｏｒ ｏｐｅｒｔａｔｉｏｎ，ａｌｌ ｓｏｒｔｓ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｖｅ ｓｉｎｃｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｄｏｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ—ｔｈｅ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｖａｔｏｒ ｄｏｏｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｎｇｅｒ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅ 电梯是现代生活中不可缺少的工具之一，电梯的 每一次运行都要经过开门动作过程２次，关门动作过程２ 次，门机工作频繁，久而久之，容易造成门机的机械传动 部分动作不可靠或电气触点部分接触不良。若维修更 换不及时，电梯携带隐患运行，则很容易发生安全事故， 造成非正常停梯、无法正常运行、停驶后又突然运行 等故障，门机系统是电梯系统中维修量最多的部分。 电梯门系统起隔离轿厢与井道、层站与井道以及 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频 电源变换为另一频率的电能控制装置。现在使用的变 频器主要采用交一直一交方式（ＶＶＶＦ变频或矢量控制 变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源， 然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流 电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间 直流环节、逆变和控制４个部分组成。 交流变频调速的优异特性：调速平滑性好，效率 高；调速范围较大，精度高；启动电流低，对系统及电 供乘客和物品进出轿厢的作用，电梯门机系统除了能自 动开、关电梯门，还应具有自动调速的功能，以使开关 门柔和以及避免在开、关门终端时发生撞击。 网无冲击，节电效果明显；变频器体积小，便于安装、 调试，维修简便；易于实现过程自动化。变频器具有 完备的保护功能，主要有过电压、过电流、欠电压、过 １ 变频门机的调速控制原理 ｆ由三相交流异步电动机的转速公式ｎ一６０１一 ）可 、载、缺相、过热、负载短路等保护功能。变频器体积 小，便于安装在狭窄的工作环境。在条件比较恶劣的环 境下也能正常使用，低频力矩大，耗电少。 鉴于交流变频调速的优异特性、电梯门系统的工 ｐ知，改变电源频率呵实现三相交流异步电动机转速ｎ的 改变，即变频调速。 作状况及节约能源的需要，使变频门机成为目前电梯门 机的主流产品。将变频器应用在电梯门机控制系统，可 以很好地控制门电动机的旋转。实拍某型号变频门机 如图１所示。 收稿日期：２０１１－０４—２２稿件编号：ｌ１０４１２４ 作者简介：罗恒年，本科，讲师。 ２０１１年８月 ３５ ＩＳＳＮ１６７２．．１４３８ ＣＮ１１－．４９９ Ｔ 中国观代表－甫装备 ２０总第１１１年第１２７期 ５期 图１某型号变频门机 变频门机系统，其结构主要由变频器、三相交流异 步电动机及机械传动３大部分组成。 变频器是核心控制部件，变频器输出频率可调的交 流电用于控制三相交流异步电动机的运行，三相交流异 步电动机旋转后拖动机械传动系统运行，使门扇打开或 关闭。 ２变频门机的机械传动系统 变频门机轿门侧机械部分的结构简图如图２ 所示。 注：卜门上坎；２一电动机及支架；３－驱动轮；４－皮带 １；５－皮带２；６－门导轨；７一门挂轮；８－门挂板；９一轿门 门扇；１ ０一门滑块；ｌ１一轿门地坎；１ ２一开门极限开关； １ ３－关门极限开关；１４－皮带夹板；１ ５－速度开关１；１ ６－ 速度开关２。 图２变频门机轿门侧机械结构简图 变频器控制门电动机按预设的速度旋转，通过皮带 减速后带动驱动轮旋转，驱动轮带动皮带２运行，皮带夹 板带动轿门挂板沿着门导轨水平移动，并带动轿门门扇 打开或关闭。轿门上的“系合装置”使厅门上的钩子 锁打开，带动厅门门扇一起运动。 门上坎的开门极限开关和关门极限开关，用于检测 轿门是否运动到开门极限位置或关门极限位置，速度开 关用于检测门电动机的换速位置，发出控制信号，实现 开、关门过程的减速及停止。 ３变频门机的电气控制系统 对于不同厂家的电梯，变频门机控制系统的结构原 理是基本一样的，图３为变频门机控制系统的硬件结构 原理框图。 图３变频门机控制系统的硬件结构原理框图 在图３中，变频门机输入单相２２０伏交流电。通过处 理后分别给主控模块、驱动模块及辅助部分供电，主控 模块把各种信号综合处理后控制驱动模块工作，驱动模 块输出三相交变的交流电，控制电动机的运行。供电电 流传感器一般设有２个，接在两相电机线上，第三相电机 线的电流通过程序中的数算得到，编码器及其反馈 信号接口电路在编码器控制方式下需要，在速度开关控 制方式下不需要。 变频门机控制器（变频器）接线应该有严格的规定， 图４为某型号变频门机控制器的接线图。图中接线端 子名称和线号见表１。 簋 ０ ｆｌ ｌ ０ Ｂｌ ｚ ０＾ｌ ３ 冈 ・ Ｊ１ ０ｏ ｏＬ二＿ｊ Ｉｌ 『制 ｔ控１ｉｔ ・。 ： ——／：一 器 ３甚电量蛙１ 固Ｎ 砒 Ｉ ．－ ∞ 、 一 一＠ ： ＝二＝ — 阱 图４某型号变频门机控制器的接线图 变频门机接线时的注意事项： （１）将电源连接到输入端子（Ｌ，Ｎ）上，电动机连接到 输出端子（Ｕ，Ｖ ｗ）上。 ２０１１年８月 ２０１ １年第１５期 中国她代孝 装备 ＳＣＮ１ＳＮ１１６７２－１４３８ 总第１２７期 （２）电源和电动机的端子请使用带套筒的圆形压紧 式端子。 （３）为了适应ＣＥ标记的要求，变频器的电源输入端， 必须设置过电流、短路及漏电的保护设备。 表１ 接线端子名称和线号 端子名称 电缆线号（颜色１ 端子功能说明 Ｌ ／接地 褐色／蓝色／黄绿色 单相交流电源输入端子 Ｕ／Ｖ／Ｗ 电动机接线端子 ８ ｌ＃ 开关门输入公共端 １ ２＃ 开门指令常开输入 ２ ３＃ 关门指令常开输入 ３ 一一 开门极限常闭输入 ４ 一． 关门极限常闭输入 ６ 一一ｔ 开门换速常闭输入 ７ 一一十 关门换速常闭输入 Ｃ２～Ｃ３ ４＃ 到位输出公共端 Ｂ２ ５＃ 开门到位常闭输出 Ｂ３ ６＃ 关门到位常闭输出 Ｃｌ 故障输出公共端 Ｂ１ 备用 故障常闭输出 Ａ１ 故障常开输出 注：～ 为控制内部接线，不在６芯控制电缆线内 ４ 变频门机两种控制方式下的控制信号分析 变频门机的运动控制方式分为速度开关控制方式 和编码器控制方式２种。 当使用速度开关控制方式时，电动机转轴尾部不需 安装编码器，而是依据门上坎的速度开关来检测速度切 换点。这种控制方式，没有位置检测，也没有速度检测， 因此只能使用位置和速度开环控制，速度开关控制方式 下的控制信号构成如图５所示。 电梯整体。 控制系统 门 信 号 检 测 图５速度控制方式下的控制信号构成 当使用编码器控制方式时，电动机转轴尾部安装 有编码器，但门上坎不安装速度开关。这种控制方式， 通过编码器既能检测轿门的位置，又能检测轿门的运 行速度，因此可以使用位置和速度闭环控制，采用编码 器控制方式的控制信号构成如图６所示。 ２０１１年８月 －４９９４／＇！＂ 电 １２Ｖ 梯 ， 门 ０Ｙ 机 编码嚣 控 相信号 制 系 里相信号 统 图６编码器控制方式下的控制信号构成 ５变频门机的开、关门速度变化曲线分析 实测某型号变频门机（速度开关控制方式）在运行 过程中，各时间段变频器输出频率值所作的速度变化 曲线，横轴表示时间，纵轴表示变频器的输出频率，输 出频率的大小反映门机的运动速度。 ５．１关门速度变化曲线 关门速度变化曲线如图７所示。 ¨ 爰ｆ ～ Ｉ０ ４ ｉ图７关门速度变化曲线 关门过程频率变化过程为：开门到达保持频率 （１．５Ｈｚ）一关门频率ｌ（１．５Ｈｚ）一关门频率２（３Ｈｚ）－＊关门 频率３（１７Ｈｚ）一关门频率４（１６Ｈｚ）￣关门频率５（１５Ｈｚ）－－＂ 关门频率６（２Ｈｚ）一关门到达保持频率（１．５Ｈｚ）。 从图中可看出，减速行程段（２～２．５ｓ）比加速行程段 （Ｏ～２ｓ）要长０．５ｓ，这是门机关门运动时的工况和安全特 性所要求的。 ５．２开门速度变化曲线 开门速度变化曲线如图８所示。 蟒豪＿ 一 ＾ １ ｝ 一 ＋ ‘ ：＾ ＿？ｊ ４ ‘ｊ 对 图８开门速度变化曲线 开门过程频率变化过程为：关门到达保持频率 ３７ ＩＳＳＮ１６７２．１４３８ ＣＮ１１－４９９４ｆ１＂ ．ｔ，ａｉ观戒教育装各 ２０总第１１ １年第１２７期 ５期 （１．５Ｈｚ）一开门频率ｌ（３Ｈｚ）￣开门频率２（４Ｈｚ）一开门频 率３（１７Ｈｚ）一开门频率４（１６Ｈｚ）－－＇－Ｊ］：门频率５（１５Ｈｚ）－－开 门频率６（２Ｈｚ）开门到达保持频率（１．５Ｈｚ）。 从图中可看出，加速行程段（０～３ｓ）比减速行程段 （３－－￣４．５ｓ）要长１．５ｓ，这是门机开门运动时的工况和提高 效率所要求的。 结合以上关门及开门的速度变化曲线，变频器的参 数设置见表２。 表２ 变频器参数设置表 参数号 参数名称 设定值 备注 Ｄ１４ 关门到达保持频率 １．５ Ｄｌ５ 开门频率ｌ ３ Ｄｌ６ 开门频率２ ４ Ｄ１７ 开门频率３ １７ Ｄｌ８ 开门频率４ １６ 虚拟 Ｄ１９ 开门频率５ １５ 虚拟 Ｄ２Ｏ 开门频率６ ２ Ｄ２ｌ 开门到达保持频率 １．５ Ｄ２２ 关门频率１ １．５ Ｄ２３ 关门频率２ ３ Ｄ２４ 关门频率３ １７ Ｄ２５ 关门频率４ ｌ６ 虚拟 Ｄ２６ 关门频率５ ｌ５ 虚拟 Ｄ２６ 关门频率６ ２ ＰＯ５ 力矩提升 ｌ８ Ｄ４０ 开时保持电流 Ｏ．５ Ｄｌ４ｌ 关时保持电流 Ｏ．４ ６变频门机的调试 ￣Ｐａｎａｓｏｎｉｃ专用门机变频器为例（如图９所示）。 图９ Ｐａｎａｓｏｎｉｃ专用门机变频器面板 ｆ１）接线检查。 验证编码器接线；验证４个限位端子的接线；插 紧各接插件。 （２）电动机的正、反转确认。 条件：设定频率（Ｆ ｌ式下）为３ Ｈｚ左右，Ｐ０９－－０。 步骤：同时按▲键和ＲｕＮ键，确认开动作； 同时按Ｖ键和ＲＵＮ键，确认关动作。 注：若电动机不动作，适当增大Ｐ０５（力矩提 升）值。 若电机运转方向不正确，交换变频器输出任意两 相的接线。 ｆ３１调整开门保持力。将电梯运行至平层位置，轿 门系合装置（ｆＯ刀）带上厅门，变频器面板上按键使门开 至任意非闭合位置，若门机能保持不动表示开门保持力 符合要求，否则调整Ｄ２１和Ｄ４０使之满足要求。 （４）获取门宽数据。采用编码器控制方式时，将电 梯门从关门到位状态运行至开门到位状态，观察并记录 编码器旋转的圈数。计算如下： ’ 门的总脉冲数＝编码器旋转的圈数×４×编码器脉 冲数 （５）设定开、关门最高速度。 （６）门机运行曲线调试。 （７）试运行及异常现象调整。 （８）运行控制设定的确认（见表３ 。 袁３ （９）频率控制设定的确认（见表４）。 表４ Ｐ０９设定值 控制方式 Ｏ 手动（在Ｆｒ模式下设定频率、 １ 编码器方式 ２ 编码器方式的循环运行 ３ 编码器方式的门窗自学习 ４ ４个位置开关方式 ５ ４．Ｊｉ￣付詈开关方式的循环运行 ６ 通信 ７结束语 交流变频调速的方法是交流异步电动机最有发展 前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性 能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器不断出现，这 一技术会得到更为广泛、普遍的应用。 随着变频技术的快速发展，变频门机以其可靠的 性能、快捷的控制方式和超长的使用寿命，逐步替代 了原来的直流门机，大大降低了门机的成本。电梯数 量每年以２０％的比例递增，随着变频门机的大量使用， 对保证电梯安全稳定运行、节约能源、减少电梯故障 率等方面必将起到巨大的作用。 参考文献 【１］ 叶安丽．电梯控制技术［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００７ ［２】 劳动和社会保障部教材办公室．电机与变压器【Ｍ】．北京：中国 劳动社会保障出版社，２００１ ［３１ 冯垛生，张淼．变频器的应用与维护［Ｍ】．广东：华南理工大学 出版社．２００５ ２０１１年８月
