电梯中的电力电子技术内容

张益健

关键词：电梯；电力电子；电子技术

一、电力电子元件的发展

交流调速技术和自动控制理论的发展，迫切需要大功率的电力电子元件作基础，二者相互促进共同发展。电力电子元件的发展过程大致为：

50年代发明的普通晶闸管（SCR）是只控导通，不控关断的半控性元件，关断需附加强迫换流电路，控制线路复杂，效率低.体积大。70年代发明了门极可关断晶闸管〔GTO〕、大功率晶体管〔GTR〕，可用电流控制通断。随交流调速技术的发展。另一类用电场控制通断的可关断器件产生，最初出现的是功率场效应管〔MOSFET〕，是一种垂直导电型MoS场效应管，继而又出现绝缘栅晶体管（IGBT），近年又出现静电感应晶体管（SIT）静电感应晶闸管（SITH）。这些全控型场控器件安全工作区域大，驱动功率小。开关损耗小，将逐渐成为今后交流调速系统主电路开关器件。进入90年代。工业发达国家在研制第四代电力器件PIC，在单片上至少有一个功率器件和一个独立功能电路，使器件不但起功率转换的作用，且能传递信息，信号变换处理，实现设定目标的智能大功率器件，它可能预示电力电子技术的一次新的变革。

二、电气传动的发展方向

电气传动的发展方向主要是在交流传动上的发展，有如下趋势和概况：

1.磁场定向控制（矢量变换控制）。70年代西德提出，由日本实现并转入商品化。它使交流电机的调速性能赶上甚至超过直流传动。磁场定向控制受电动机参数变化影响较大，所以识别参数、补偿参数变化是改革系统品质的重要课题。目前为解决这个问题用了一些现代控制理论的手段，如状态观测、解拥、卡尔曼滤波和自适应等。交流变频变压调速电梯的电气传动就是应用这种方案，国内目前处于引进和试制阶段。

2.直接力矩控制。80年代初由西德提出，特点是系统简单；性能好，与磁场定向控制相比，省去了从定子坐标系统到旋转坐标系统的变化和反变化，大大简化了计算过程，目前处于进一步研究之中。

3·采用Throush一P翻洛逆变器的方案。线路简单，使用普通晶闸管`SCR），依靠自然换相工作。这个方案的特点是采用串级调速节能效果显著，应用面广，比较经济，但是也有功率因数较低的缺点。与其相比国内外大部分采用自关断器件（GTO）或强制关断方案，但其线路较复杂，容量受限，可靠性降低。本方案还有一个优点是减小了变压器及开关的容量。

4.交流伺服传动的容量越来越大，达到几十千瓦，在设计电机时，将控制所需位置传感器等和电机做在一起，成为典型的机电一体化产品，完善系统的统一性。目前国内已明确淘汰“小直流”电梯，即电气传动为交流电动机—直流发电机—直流牵引机耗能大的传动方案，而“大直流”电梯还在一些高速梯中应用，即晶闸管整流，直接控制直流电动机电枢电压调速的无齿轮高速梯。在交流调速梯中，采用微机或PC机控制，用晶闸管作交流定子调压/调速应用较多，这种交流变压（定子调压）调速方案在国外已不是发展重点，而vvvF（变频变压调速）采用矢量变换控制将成为交流调速梯高速梯的主要发展方向。

三、脉冲宽度调制（PWM）

有了大功率电子元件，明确了交流变频变压调速的方向，而实现交流变频调速的变频器将成为讨论的重点，而脉冲宽度调制（PWM）又是变频器中的重点，PWM不仅可使交流变频，还可以进行直流斩波、谐波吸收和无功补偿。PWM变频器主要有三种控制方法：

1.锯齿波比较法

2.通过模拟或数字技术实现的微机查表法；

3.自激振荡法微机查表法中较出名的是谐波消去法、其方法是根据要消去的谐波次数，事先算好一批开关角度存入EPROM中，实时控制时从表中查出相应的开关角度值去控制PWM逆压器的各开关元件。这种方法存在二个主要问题：（1）规定的谐波消去了，其它谐波被放大了；（2）存储空间要大。目前的研究是将事先算好的开关角度，按不同比例划分若干区域，对每一个区域的数值建立数学模型，这样在EPROM中存放的并不是大批开关角度，而仅是每个区域的第一个开关角度和该区域的数学模型，实时控制时从表中查出某区的第一个开关角度，利用数学模型运算产生开关角度去控制PWM变频器的各开关元件。这种方法需要高速CPU才能实现。变频器通常采用PWM间接变频器，由变换器，中间滤波器，逆变器组成，但是开关频率较低，这主要是受开关元件的限制，如GTO仅数百赫，GTR也仅数千赫，同时还使得滤波装置体积大，效率低。前几年仅用于开关电源的谐波型PWM变频器，开始应用于交流传动。这种变频器的中间滤波电路是高频谐振电路，并且变换器，逆变器中开关元件都被控制在电压或电流为零时动作，无开关损耗，频率和效率都高，同时滤波装置体积小，这是一种很有前景的变频器。

四、结束语

纵现电梯控制系统的发展，国内势态可喜，当前行业中以高频单片机或数字信号处理器为主的控制系统和变频系统已经发展起来，随着处理器速度的提升和电子工艺的提升，电力电子技术的进一步开发，无疑形势看好，前景是广阔的。

参考文献：

[1]王元文.机电一体化技术在电梯中的应用[J].中国设备工程.2018（02）.

[2]覃静.对物联网技术在电梯中的应用探究[J].建材与装饰.2017（27）.

[3]谭媛.无线传感网络在电梯中的应用研究[J].科技风.2017（08）.