日立YPVF电梯教学.docx
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日立YPVF电梯教学
第1课
V/F型电梯操作盘(Ammumciator)
II.1 V/F电梯直接将MTC装于主电路板INV-MPU之上,能进行数据观察、数据值之制定、故障之检测、电梯控制调整等多项工作
II.2 操作盘有下列功能:
a. 显示电梯情况(例:
位置、运行方向等)
b. 制定各项数据,对电梯进行调整及试验性运行
c. 各项有关电梯程序,例如在机房进行慢速运行、楼层高度测定等
d. 电梯内产生各项数据的检验及测定(特别是故障代号码)
II.3 为操作盘的安排而在操作盘下方另有六个七割管排成一横列作为显示器,这些七割管的右下角还有一小数点,在V/F电梯中这些小数点另有用途
以下各段将作进一步详细解释
II.4 正常的显示:
如将最左的一个七割管编号为1,然后躺方依次编为2,3,4,5,6,则1号七管用来显示电梯运行方向, 第2、第3号七割管用来显示电梯所在的楼层,设电梯在第23层,第4号七割管显示电脑情况不正常,而VTCD表示副电脑不正常,显示野间歇方式,每次持续1.5秒;第5、6号七割管显示‘故障码’,故障码以八个为一组,按八位元分配如下:
10~17、20~27、30~37、40~47、50~57、60~67、70~77、80~87,详细解释见后。
如有故障,只须根据所示数值从故障表即可获悉故障为何种类。
显示情况如所示,假设数值为62,从故障码可知是同步位置不正常的故障
II.5 操作方法:
首先根据我们的需求,选择一个适当的模式数,模式数从0开始至69,但其中有不少是空置的,例如8,17,25,33,44,49,58,69等。
根据图一,先按‘模式’键,然后根据实际需求将模式数打入(例如模式数为3,按‘3’键即可),接着按‘置入’键。
显示器方面反应:
当按下‘模式’键后,原来各项正常显示立即消失,当按下模式数时,模式数即在方出现然后向左移位,由于模式数只是一个两位数,响应由(5)、(6)两个七割管显示,但这只告诉使用者在输入模式数时有无按错,如使用者发现显示数与打入模式数相同,即可按‘置入’键,使电脑进入这项模式,此时模式数自动消失,而显示器将按照该项模式而作茧自缚出各项相应指示。
当一切操作完成后,必须将电脑离开模式回复正常控制。
故使用者必须再按一下‘模式’键,如前一切当时的显示立即消失,跟着使用者按‘重置’键,使电脑离开该模式,而正常显示亦立即恢复。
(有关各不同模式数的作用,可参看后面的模式数表)
II.6 不同模式数举例
1. 模式数3
此模式为在机房内进行低速运行,照上述,先进行下列程序:
按‘模式’、‘3’、‘置入’各键,然后依据所需进行升或降(如再按‘7’键电梯低速上升;如再按‘4’键电梯低速下降),如进行完毕,必须返回正常操作,可进行下列程序(按‘模式’、‘3’、‘重置’各键)
2. 人工方式进行楼层高度测量,模式数为11
在进行前先将轿厢以正常快速返回最低的一层,按‘模式’,‘3’,‘重置’各键;按‘起动’键,直至电梯起动后才松手。
将INV—FIO电路板上的DIP开关封盖小心揭开。
注意电梯是否以稳定低速继续上升(如上升至某一高度,电梯突然自动停止即表示测量不成功)如电梯平衡上升至最高层自动停止,则50B继电器将自动释放,此时应立即将DIP开关的第一位置(最左边,推向上,很快可以风到50B重新进入动作,此时却可将DIP开关的第一位置推下,并把封盖盖好。
到此地步,楼层高度测量已完成,可进行下列返回正常操作的程序:
按‘模式’,‘1’,‘1’,‘重置’各键。
3. 电梯运行时间显示,此处用模式数1
如前,按‘模式’,‘1’,‘置入’各键。
此时显示器即显示出电梯实际运行时间,以小时为单位,并且是常用的十进数,而显示器上的各小数点则保持熄灭。
4. 机房控制的门机械停止
此处实际不须模式,按‘门动作停止’键,此时门动作停止灯(即第6七割管右下角的小数点)应亮,如不再须此项控制,按‘重置’键即可恢复正常
5. 模式数2
照前,按‘模式’,‘2’,‘置入’各键,此时显示器将分为三个部分,左边两个七割管(即1及2)组成一个二位数字显示,而数字为十六进,表示为那一个计算器($0~74),第3,4两个七割管显示ZTCD(主电脑)的故障数据,而第5,6两个七割管则显示VTCD(副电脑)的故障数据。
这些显示数据内容广泛,如有足够资料可根据此等数据而了解该电梯在过去所发生的各项出错或不正常现象等。
目前我们只须知道如何消除这些数据(注意:
它们并不表示故障,但代表在过去某一时间电脑曾发生了出错,或轻微而能自行消失的故障时电脑所进行的一项故障记录)。
方法如下:
先看第1,2两个七割管,如已显示$74,表示各计算器并无故障或出错记录,此时以手按‘重置’健即可恢复正常显示,按时要保持直至显示正常才放手。
如有故障记录显示器会不变,例如第2号诸器内容并非00,则上述两个七割管将保持显示$02,如要继续观看其他计算器内容,便要按‘递增/递减’键。
如不先按‘转移’键则为递增,如先按‘转移’键再按‘递增/递减’键则作用为递减。
在此项观察中除非有必要再回头检查,否则可不必使用‘转移’键。
如每一个计算器都有记录(即内容不是00),则每次只递增1,但如接连有若干计算器都没有故障或出错记录,按‘递增/递减’键可以一次跳越多个计算器。
如此继续下去,即可将全部$74个计算器的内容读出及记下,到这时候就和上一段相同,以手按‘重置’键即可恢复政常显示,故障小数点亦不应再亮。
此处要注意的是因计算器数目多,全部清除需一定时间(在五秒之内),故必须保持按下‘重置’键约五秒才能清除完毕回复正常显示。
6. 电脑内数据的读取
在此情况下有两个模式数即22和23,其中22为主电脑,23为副电脑。
以主电脑为例,按‘模式’,2,2,‘置入’各键,此时显示器应无任何显示,如要读取某一位址(主电脑)数据,此时即可输入,例如1234(位址,十六进数):
按1,2,3,4,‘置入’各键,显示器开始时将位址逐一显示,但当使用者发现正确而按下‘置入’键时,显示即转为该位址内的数据。
‘位址/数据’键亦为一转换键,如上例,当数据显示后欲再显示其对应位址,只须按此‘位址/数据’键,即可重新将位址显示。
如将该键连续的按,则位址及对应数据将轮流显示,十分便利。
如要读对上一个位址的数据,只须在显示数据时进行下列程序:
按‘递增/递减’即可达到目的,如要读低一个位址的数据,要使用‘转移’键,程序如下:
(显示器正显示位址)按‘转移’,‘递增/递减’,即可知道低一个位址内含的数据。
‘转移’键按过后,最右的一个七割管小数点会发亮,表示转移键生效,如返回图一,当按0~7这八个键时输入者实际上为括号内的数字或字母,即8,9,A~F等,而非0~7。
在使用上没有那么方便,而且如果忘按‘转移’键输入便会错误。
如要取消‘转移’作用,只须将‘转移’键再按一次即可,最右的一个小数点亦同时熄灭。
7. 现场调整例
模式数虽然不少,但在工地使用的并不多,一般是负荷调整要使用,帮下而以此为例。
在速度达90,105米/分或以上时,轿厢下方一般装设有一个或两个(两个时用串接方式)负荷探测用的差动变压器,这负荷探测器的输出直接反映了轿厢内部的载重。
1) 零点调整及偏压调整:
差动变压器的输入电压检查及位置(指伸缩铁心)调整与一般旧式电梯或直流电梯相同,在此不再重复。
a. 使轿厢保持空载情况
b. 平层(选用中间层),在轿内按下STOP开关,使继电器50B释放
c. 将FIO电路板上的DIP开关最左边一个推上
d. 由操作盘按下列各键:
‘模式’,‘3’,‘4’,‘置入’(数据显示应为00)[在此情况下如知道地址,亦可使用下列方式MODE23SET8034SET]
e. 将DIP开关推下,STOP开关还原正常,50B动作。
f. 如起动时(上升或下降)没有冲前或逆行现象,则调整已告完成,但一般而言,上述两种情况很可能会出现,此时可再进行下列步骤
2) 上升:
A) 重复上面a、b、c各项
B) 按下列各键:
‘模式’,‘5’,‘1’,‘置入’则显示出上升偏压,数据应在$0000~$4000范围内
C) 如电梯起动时有冲前现象,可加大该数据,逆行时则相应减少该数据
D) 例如原来数据为$2080,现欲改为$1234,则按下列各键即可:
‘1’,‘2’,‘3’,‘4’,‘置入’(原来数据$2080已被取代)
E) 重复e项,如一切满意,调整即完成,否则须根据情况再重复调整至满意为止
3) 下降
此情况与上升基本相同,唯一不同是使用模式52而非模式51,此外,由于升、降在性质上也基本相反,故在上面的C)项中,冲前应减少数据,逆行则加大数据
4) 涡载调整
a. 使轿厢载重为100%
b. 平层(选用中间层),在轿内按下STOP开关,使继电器50B释放
c. 将FIO电路板上的DIP开关最左边一个推上
d. 由操作盘按下列各键:
‘模式’,‘3’,‘5’,‘置入’则显示数据应为$0064或极接近($0064为十进的100)如沿用模式23,应按下列各键:
‘模式’,‘2’,‘3’,‘置入’,‘5’,‘0’,‘1’,‘转移’,‘8’,‘转移’,‘置入’
e. 如数据无误,可还原正常,敌后进行试验,如起动时有明显震动,则须进行下列各项
5) 涡载时增益调整:
a. 按下列各键:
‘模式’,‘5’,‘5’,‘置入’此时显示数据(在$0000~00FF间,一般可能为D0)即为增益,如上升时有冲前,即减少数据,逆行则加大数据,下降时则为:
冲前增加,逆行减少
b. 反复进行调整,至涡前为止,一切复原
8. WD20的调整(速度如不超过60MPM,载重不超过1000KG,一般不配备差动变压器)
a) 使轿厢载重为20%,然后正确调整WD20
b) 根据下表及7中所提及的普遍程序进行调整
模式
900~1000KG
(30,45,60MPM)
450~750KG
(30,45,60MPM)
情况(负载)
45
$0900
$0000
超过20%上升
46
$1500
$1500
0~20%上升
47
$0000
$0000
超过20%下降
50
$2000
$2000
0~20%下降
9. 平层调整
首先要确定每一停泊楼层所对应的金属隔离片,必须位置固定准确,隔离片的中线与RM型位置探测器中线必须对正(此点可测量上、下两方由隔离片边缘至RM的距离昀为112.5毫米而确定)然后控制轿厢逐层停泊测量其平层误差,如有超过10毫米的情况出现即须调整
a) 如前,接STOP开关,使50B释放,推陈出新上DIP开关最左边的一个等
b) 按下列各键:
[模式],[5],[3],[置入]上升;[模式],[5],[4],[置入]下降,此时显示之数据应为$7B,一般每±1相当于±1毫米,故如上升时误差平均为+10毫米,则$7B—$A=$71。
故必须将7B改为71,然后重复测试。
如发现误差为负值,例如-6毫米,则$7B+$6=$81
II.7 注意事项
V/F型电梯在控制柜内加配了操作盘,及改用了EPROM,结果提供了一种方便,就是不必象YPM型那样要额外配务一具MTC才能与电脑沟通。
但运用MTC时,我们很清楚了解到MTC能力有限,它绝不可能影响到ROM那个范围。
在DIP开关的第一个,推上之后如果不用要立刻还原,另一方面由于EPROM的特性,操作盘可以直接改变ROM内的数据,稍一不慎就可以破坏了程序逻辑的执行(此时LED类将闪动不定或熄灭),使整个系统立即陷于停顿,虽然这样并不代表任何破坏,但因缺乏整体软件的资料,程序如一旦受阻碍而不能顺利执行,结果电梯亦不能运行。
基于上述原因,除非有必要,否则不应随便触及ROM范围内的地址,尤其是副电脑的部分。
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III. V/F系统概论
III.1 历史背景
继电梯的发展及一般性对马达的控制发展来看,在70年代以前是对直流马达有利的,因为直流马达的转矩T与电枢电流I成正比,改变I即可改变T,因而改变马达的转速,。
若对三相感应马达而言,由于定了电流与椟矩间不是正比,而且因为有其他不利因素,使感应马达在电梯方面得不到什么地位,长久以来都局限于低速(一般为60MPM)应用的范围。
但在过去数十年当中,曾有不少研究者看透了用变频方法控制感应马达可使其脱胎换骨,顺而探索及研制一套实用的高功率变频系统,可惜不少尝试都宣告失败,直至70年代微电脑蓬勃发展,再加上高功率半导体的制作成功,才使这多后来的梦想(将三相感应马达如直流马达一样控制)终于实现。
III.2 YPM控制和V/F控制的基本差异
这两个系统都使用交流感应电动机,也采用微电脑及大功率半导体管作控制,但在YPM系统中,马达仍是直接连结住三相电源(具有固定频率50Hz),因此我们只能对马达作局部控制。
在一定程度内马达本身的特性仍是决定马达最后运转情况的一项重要因素。
在V/F系统中三相电源只提供马达所需电力,在理论上我们可以说V/F系统能对马达作100%的控制,因为这系统光将三相电源整流变成一个直流电源,然后再用逆变的方式去产生另一个三相电源,但这个三相电源的特性是它的电流是一点一滴的计算出来的,就因为这样我们说它可以差不多对马达作完全的控制。
图一是V/F系统主电路的简化图,推动马达的是六枚晶体管,在图中它们的基极(亦即控制极)看来没有接线但实际是有线和PWM控制电路连系在一起的,不过没有绘出。
在后面我们还有更详细的图。
图一V/F主电路简化图
III.3 V/F系统里的几个基本关系
下面我们列举一些基本符号,然后再列出一些基本式子,让读者参考。
这些符号及式子这里将不加解释,有兴趣的读者可自行参看有关书籍及资料
n:
电动机转数(r、p、m);p:
电动机极数;T:
电动机转矩(N—m);f:
频率(Hz);V:
电动机定子电压(v);I:
电动机定子电流(A);S:
滑率,或转差率;B:
磁通密度(W/m);P:
功率(KW);K1,K2,K3,K4,K5,K6:
常数
(1)n=120f/p(1-S);
(2)B=K1V/f;(3)T=K2V/fI;(4)p=K4Tn;(5)P≌K5Tf=K5K2VI=K6VI
读者们请注意2)、3)两式,从3)式如要T与I成正比(和直流马达一样),则V/f必须为一个常数,而经2)式,如V/f为一常数,则马达内的磁场亦保持不变,这是V/F名称的由来,也是这种控制的基本
III.4 三相感应电动机
这一类型马达由于结构坚固简单、保养工作轻,故一直以来在工业界大量应用,其特征为a)起动电流大;b)转速虽固定,但因负载变化影响而漂移;c)最大扭力(按:
此即上面所提的转矩T,T并非力,但由于转矩这名称较难明白,故以扭力代替,读者们要注意,扭力并非力,但包含了力的成份)与负载无关;d)基于设计关系,功率固数最高值一般在满载情况下出现。
由于a)、b)、c)、d)皆不利于电梯应用,故在过去电梯系统中如使用这种马达,在速度方面即受限制。
幸而上述的各项特性都在一个情况下产生:
即交流电源频率为固定(如香港的50Hz),如果根本上避开了这个条件再配合一些有利因素,就可得到与a)、b)、c)、d)完全不同的特性。
感应马达的转子基本上是一个短路金属体,只有定子才是线组,定子与转子间虽无电的直接联系却有磁的联系,因此和一具变压器非常接近。
事实上有些人就称感应马达为“旋转变压器”。
变压器应用时次级绝不能发生短路,同时我们需要的是电流。
在感应马达中次级的转子永远处于短路状态,而我们需要的不是它的短路电流而是它所发生的扭力。
从上面的简单说明,读者可以明白基于扭力的产生,经电源输入的电能就“路过”马达而重新表现为一种机械能,能量只是过路客,不会积聚在马达内。
强大的扭力可带动沉重的物体作出需要的运动。
但如马达因故障或外在因素影响而不能起动,则经电源流入的巨量电能因不断积聚在马达内,可在极短时间内将马达摧毁。
感应马达的研究和开发已达到空前未有的地步,下面我们介绍人一个最简单的模型给读者,这模型当然不够准确,但一般已足够使我们了解V/F控制的基本。
R1:
定子线组内阻
X1:
定子线组的感抗
R2:
转子内阻
S:
转差率
X2:
转子本身感抗
I1:
定子电流
Im:
磁化电流
It:
扭力电流
图二V/F系统感应马达的基本模型
III.5 从基本理论分析,我们知道当定子有电流时有下列一连串情况发生:
见下列图三
图三定子电流旋转磁场转子电流扭力马达旋转(机械能输出)
(电能输入)
转子磁场
目前V/F系统的分析是假定定子电流分为两部分,一部分与转子磁场平行,一部分与转子磁场垂直,如再继过数学上的变换(经定子侧变换至转子侧),则上述两个电流,前者就是转子磁场的磁化电流,后者就是扭力电流。
由于图三中的定子电流是以定子侧为准,故不可能直接利用,但经过变换后由于转子才是取后的一环,故上述两电流有直接应用价值,产生磁场的一个一般以Im表示,而旌扭力的则以It直接相加获得,而须如图四所示,用向量加法。
因此遂构成了所谓向量控制。
图四中的要点如下:
1) Im与It保持垂直(I1=It+Im)图四向量控制
2) 由于变化的磁场能引起许多特性的变化,故有必要将其维持不变。
因此在进行向量控制之前,先要处理各项能引致Im改变的因素,使其维持不变
3) θ角(tan-1It/Im)虽是向量控制的副产品,但在整个马达电流合成诸过程中,θ是一个很重要的量(见(6)式)
4) 在Im保持不变情况下,感应电动机的控制(见前面2,3两式)和直流电动机并无分别
III.6 图五和图一基本相同但较为清楚
图六为对同一交流马达进行试验时,在不同电源频率下所表现的扭力与转速关系。
n0为最高频率(50Hz)时的同步转速。
图六的重要特点是特性曲线基本功上固定,但随电源频率的变化而在转速轴上移动。
由于同步转速随频率而变,故即使在加速、减速阶段,转差率S仍可保持极低值,而在此情况下,马达的损耗、效率及功率固数都在最佳状态。
图五V/F主电路另一简化图图六扭力—转速特性曲线
III.7 前面已提及,在V/F系统中,交流马达的电流是一点一滴的计算出来的
图七就是概括地表示出这个情况。
和YPM等系统一样,V/F具有一个简单的速度指令(在后面讨论),由于这指令的存在,我们首先可算出在每一时刻的转速,以r*表示,另一方面马达起动后,其转速亦可藉RE(旋转编码器)传来的记号计出,以r表示,两者之差r*—r,或,如按照图六的曲线进行比例积分,即可得到一个对应的T,加上原有的扭力指令,即可得到一个新的扭力指令。
此外,通过一个基本计算,即成为转差频率s,而s与r合并,即可得到一个新频率,此频率以1表示,变即输入交流马达的电流频率。
由扭力指令可转换成为图四中的It,再与Im配合,按[It+Im]计算,即可得出当时马达定子电流(每相一个)的绝对值I1。
按tan-1(It/Im)即可得到当时电流所应具的相角θ。
本来根据正弦波的一般表示式:
(6)i=I1Sin(1t+θ),一切经已就绪,可以进行计算马达定子电流。
但由于1不断改变,θ及I1亦变,故这项计算必须以高速及循环计算方式进行,由于1与时间t结合,而t是随时间而独立变化,故须使用贮存电路及t。
t的选择当然越短越好,但由于电脑的速度始终是有限,同时更重要的是来自RE的r讯号,虽然准确度已比YPM的AC—PG高很好,但仍是有限,故t的选择亦不必太小,从PWM方面的考虑,由于采用了一个频率为3000Hz(实际上为2950Hz)的三角波,而3000Hz在时间上相当于300微秒,故t的适当选择可在30微秒范围内。
(实际上t=32微秒,因而2=25)。
当每一循环计算中,I1及1t+θ确定后即可进一步送传一个正弦函数发生器(为一集成电路),该发生器的输出仍为数字式讯号,要再经过一个D/A电路始能获得如(6)式的正弦波讯号。
由于要尽量减省电脑的工作量,副电脑68000实际上只计算一个相电流(即iu),由于iv与iu有一个相角关系(120,或2/3π),故后正弦函数发生器的输出端,透过另一个独立D/A,渗入这个固定相角关系,即可获得另一个相电流iv。
由于最后一个相电流iw亦与iu、iv间有固定相角关系,当产生iu、及iv后,即可用一般电路(不必数字化电路)去产生iw。
最后一步当然是把这三个相电流讯号送往PWM电号去加工。
III.8 前面图七已概括表示出V/F机的副电脑是如何一点一滴将电流讯号波形加以合成
但D/A电路的功率很低,不能直接用来推动大功率晶体管。
此外,基于输出功率水平高(一般在8~22KW之间),晶体管不可能如一般电器(如收音机、通讯机等)般在偏压情况下工作。
因为如果这样,晶体管本身消耗固然大,影响整体效率,同时也虽造出一只晶体管,一方面能输出大功率,另一方面也能只受很大的内部损耗而不致损坏。
因此,最佳方式是放弃线性放大模式(虽然这是好的)而将晶体置放饱和及截止的工作状态下,使晶体管成为一只受控制的高速开关。
从这一点出发,我们便要在电流讯号及晶体管间,插进一个特殊动级,一般称为PWM电路,或脉冲宽度调制电路
III.9 在脉冲情况下,调制方式有许多
经过试验及比较后目前以脉冲宽度调制为最佳,除了加用滤波器可得回极近似的正弦电流外,它能在低频率时(即起动及将停止时)仍可免除杂乱讯号的干扰(因其脉冲高度固定不变),使马达能平滑运转及变速,同时高频声亦保持在一个低水平。
在PWM中,首先要选择一个适当的载波频率。
载波原是电子通讯中的术语,例如指某一台发射频率为若干兆赫(MHz),此若干兆赫即指所谓载波所具有的频率。
在V/F系统中,由于频率改变范围小,而且很低,一般经0Hz至50Hz,故载波频率不须太高,目前的频率是3KHz(亦有资料作2.95KHz),下面就假定它是三千赫。
这三千赫的载波,一般是三角波(注意:
三角波不是锯齿波,二者分别很大),由于其频率固定,而且较最高电流讯号的频率50Hz高了60倍,故用它来进行斩波时,准确度很高。
图八可大约显示出这种特殊调制所产生的合成波。
但图八(c)中的波形是每一相与中性点间的波形。
如果要相与相间的波形,须先象(c)图那样,得到三个波形,分别是U,V,W相对中性点的波形,然后再将任何两个波形相减,即可得到最后相与相间的波形,如图九所示(按作为示意,本身并不准确)。
在此波形中,才能克份显示出脉冲宽度随正弦波所生的变化。
上述的各项程序,都在一块名ACR(自动电流调节)的电路板上进行。
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