劉德超

摘 要：為了更好的實現(xiàn)電梯的調(diào)速控制，需要對電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化與處理，確保其能夠充分發(fā)揮作用，進(jìn)一步實現(xiàn)穩(wěn)定、舒適的運作需求。本文首先探索了電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的整體規(guī)劃，其次針對系統(tǒng)硬件設(shè)計中主回路、電流檢測電路、電壓檢測電路、隔離驅(qū)動電路以及保護(hù)電路等方面的設(shè)計進(jìn)行有針對性的分析。

關(guān)鍵詞：電梯;永磁同步電機(jī);調(diào)速控制系統(tǒng);硬件設(shè)計

引言：電梯在運行過程中實現(xiàn)了垂直交通運輸，電梯的轎廂需要從靜止加速到額定速度并逐漸減速到靜止的過程，期間要始終兼顧快速和舒適兩大要素，同時也要充分考慮到人們在電梯乘坐過程中生理領(lǐng)域?qū)﹄娞菁铀俣鹊某惺苄ЧＲ虼吮疚尼槍﹄娞萦来磐诫姍C(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行分析與研討有重要的社會應(yīng)用價值和實踐意義。

1 電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)整體規(guī)劃

在電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的整體設(shè)計中，主要應(yīng)用數(shù)字信號處理控制芯片（DSP控制芯片）TMS320LF2407A作為整體設(shè)計的控制核心，并采用轉(zhuǎn)子磁場定向控制形式進(jìn)行，具體的控制設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個調(diào)速控制系統(tǒng)主要分為主回路和控制電路兩大類，在功率主回路中主要涵蓋了交流電源、整流電路、濾波和智能功率模塊等部分，而在控制電路模塊中主要涵蓋了隔離驅(qū)動、電壓檢測、電流檢測、保護(hù)電路等多種類型的電路。

2 電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設(shè)計分析

2.1 主回路系統(tǒng)設(shè)計

在主回路系統(tǒng)中主要涵蓋了三相交流電源、整流電路、逆變電路等相關(guān)細(xì)節(jié)，其中在不可控整流方式中，因為其整體功率因數(shù)較高，因此可以有效減少對電網(wǎng)的干擾，當(dāng)三相交流電通過整流橋之后，能夠有效實現(xiàn)平滑的直流電，隨后可以增加功率開關(guān)，讓其經(jīng)過SVPWM控制電路的有效控制，進(jìn)一步實現(xiàn)三相交流電以更好的供給電梯永磁同步電機(jī)，確保能夠有效運轉(zhuǎn)。主回路系統(tǒng)中所表示的電容，其主要功能在于濾波，確保系統(tǒng)內(nèi)部直流電壓始終保持平穩(wěn)狀態(tài)，應(yīng)用電容也能有效緩解電梯永磁同步電機(jī)在運行過程中所產(chǎn)生的無功功率。當(dāng)系統(tǒng)中限流電阻發(fā)生作用時，能夠保障在系統(tǒng)上電初始期，如果缺少必要的限流措施，則整體回路電阻會更小，因此可以應(yīng)用電容實現(xiàn)較大的充電電流，但是這樣的電流難免會給三相整流橋造成一定的沖擊和損壞，并進(jìn)一步導(dǎo)致電源和電壓出現(xiàn)下降的問題。

在整個電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主回路發(fā)揮作用過程中，要保證電動機(jī)能夠快速實現(xiàn)運行狀態(tài)，并同步實現(xiàn)較好的自動化運行功能，但不容忽視的是在系統(tǒng)主回路中特別是整流部分，大多為不可控的整流。因此一旦電動機(jī)處于制動狀態(tài)則會導(dǎo)致電梯機(jī)械運行的機(jī)械能會轉(zhuǎn)化為電能，并同樣反饋給濾波電容，這樣的問題會造成電容出現(xiàn)泵升電壓，而電壓的不斷增大也會給主回路中相關(guān)電路和元器件造成嚴(yán)重的損壞和影響。

2.2 電流檢測系統(tǒng)設(shè)計

電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的電流檢測系統(tǒng)中，主要采用霍爾電流傳感器LT58-S7進(jìn)行設(shè)計和規(guī)劃，其工作電壓為±15V，一次側(cè)額定有效值電流為50A，二次側(cè)額定有效值電流為50mA，轉(zhuǎn)換率為1：1000。此種傳感器應(yīng)用效果更為明顯，且線性度相比于其他類型的傳感器更好，另具有低溫漂、寬頻帶的優(yōu)勢，對于電流過載能力方面表現(xiàn)良好且抗干擾，效果更強(qiáng)。在電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要檢測電動機(jī)三相電流，以更好的實現(xiàn)電梯坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，因此為了實現(xiàn)高效化控制，本設(shè)計系統(tǒng)中應(yīng)用兩個傳感器以更好的實現(xiàn)兩相電流檢測定子，其中一項需要有三相平衡關(guān)系進(jìn)行計算而得出。另外電流檢測系統(tǒng)中一旦檢測到電流信號，經(jīng)過了轉(zhuǎn)換電路則會將其轉(zhuǎn)變?yōu)?A3.3V的電壓信號，隨后將其輸入至端口之中，但是其轉(zhuǎn)換后以及轉(zhuǎn)換中的相應(yīng)數(shù)值則也會保存在寄存器中，更好的實現(xiàn)系統(tǒng)控制。

2.3 電壓檢測系統(tǒng)設(shè)計

本電路系統(tǒng)設(shè)計中主要采用霍爾電壓傳感器LV28-P作為電壓檢測系統(tǒng)的核心，主要應(yīng)用零磁平衡式的工作原理進(jìn)行操作和運轉(zhuǎn)，電壓傳感器LV28-P的測量范圍更加廣泛且線性度表現(xiàn)更好。電壓傳感器LV28-P一次側(cè)額定電流和二次側(cè)額定電流分別為10mA、25mA，傳感器的供電電源電壓主要為±15V，且測量范圍為10V～500V。電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的電壓檢測部分電路中檢測電阻分別為R1和R2，二者能夠在具體運轉(zhuǎn)過程中，根據(jù)所檢測的電路電壓情況進(jìn)行有效設(shè)定，也能不斷提升檢測電阻的精度和測量電壓的精度。此外，在該系統(tǒng)輸出端口處增加二極管，也同樣起到電流檢測和限幅的作用，避免電壓輸出量過大而損壞數(shù)字信號處理控制芯片，造成不必要的損失，增加系統(tǒng)設(shè)備的運行維護(hù)成本。

2.4 隔離驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)隔離驅(qū)動系統(tǒng)電路主要采用專用驅(qū)動模塊，模塊內(nèi)部需要具備較強(qiáng)的邏輯短路保護(hù)功能，且具備延時保護(hù)的特點。在應(yīng)用專用驅(qū)動模塊時，需要進(jìn)行雙電源的驅(qū)動作用，確保IGBT能夠?qū)崿F(xiàn)可靠通斷效果，此類專用驅(qū)動模塊的驅(qū)動功率更大，能夠驅(qū)動的IGBT模塊范圍更加廣泛，例如600A/600V和400A/1200V等等。電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的隔離驅(qū)動系統(tǒng)電路設(shè)置，首先需要保證信號接收端與專用驅(qū)動模塊進(jìn)行有效連接，當(dāng)信號接收端出現(xiàn)正電平時，驅(qū)動模塊內(nèi)部的二極管截止;只有當(dāng)信號接收端出現(xiàn)負(fù)電平狀態(tài)，專用驅(qū)動模塊內(nèi)部的光隔離器才會有效導(dǎo)通。另外當(dāng)出現(xiàn)IGBT的故障和問題時，應(yīng)用隔離驅(qū)動系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)電路過流時的軟關(guān)斷，避免IGBT受到電流和電壓的影響，出現(xiàn)損壞問題。

2.5 保護(hù)電路系統(tǒng)設(shè)計

在整個電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，避免系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需要應(yīng)用多重保護(hù)電路，以進(jìn)一步滿足電路運行過程中的安全性和穩(wěn)定性需求。大多數(shù)情況下，需要配備有功率開關(guān)器械的短路保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)、過電壓保護(hù)等多個系統(tǒng)，與此同時各個保護(hù)系統(tǒng)中的保護(hù)信號同樣需要輸送至TMS320LF2407A控制芯片之中，而控制芯片則可以根據(jù)不同的保護(hù)信號檢測系統(tǒng)運行過程中的故障狀態(tài)。其中，針對需要立即反饋的短路信號和保護(hù)信號，需要通過保護(hù)電路進(jìn)行有效控制，實現(xiàn)即時關(guān)斷功率開關(guān)器件的作用。

總結(jié)：總而言之，電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與規(guī)劃對于當(dāng)前電梯運行控制至關(guān)重要。因此本文從系統(tǒng)整體規(guī)劃入手，結(jié)合主回路、電流檢測、電壓檢測、隔離驅(qū)動、保護(hù)電路等多個系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行有針對性的研究與探討，希望能夠有效實現(xiàn)電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與規(guī)劃，進(jìn)一步實現(xiàn)節(jié)能和高效控制的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]季秉偉.電梯永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)硬件設(shè)計[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2020（03）：21-24.

[2]燕羅成. 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動機(jī)理及抑制算法研究[D].重慶大學(xué)，2019.

[3]王翔. 基于超級電容的電梯節(jié)能技術(shù)研究[D].廈門理工學(xué)院，2019.