一、引言
隨著我國經濟的迅速發展，電梯市場異常繁榮，年需求4萬多臺，成為全世界最為活躍的市場。由于我國電梯受日本產品的影響較大，人們對于電梯舒適感的要求越來越高。如何提高電梯運行的舒適感成為各個電梯廠家關注的一個重要問題。
二、選用品質優良、穩定的曳引機
電梯控制系統首先應該說是一個機械系統。電梯運行就是轎箱在導軌上的往復機械運動，由于其載人功能，對其可靠性、振動噪音和舒適感提出了較為苛刻的要求。電梯機械的可靠性由機械設計和材料的選型可以完全保證。轎箱在X、Y方向的機械振動完全靠導軌的安裝和導靴的加工精度和質量來保證，而Z方向的機械振動與曳引機及其驅動電機、變頻調速器息息相關。
曳引機是電梯運行的驅動裝置，其性能直接關系到電梯運行的舒適感。曳引機的機械間隙對電梯的影響主要體現在電梯在加減速過程中，在電機速率發生變化時，電動運行和發電運行狀態將發生切換，造成電梯的振動，極大地影響了電梯的舒適感。在電梯S曲線加減速過程中，一般各有一兩次明顯失重或者超重感覺，并伴隨曳引機發出異響。另外，對于一些改造的雙速舊梯用曳引機，由于多次高低速切換的巨大沖擊，造成連接套軸中的橡膠墊片嚴重磨損，也會造成上述現象。因此，電梯廠家必須對新選型的曳引機的間隙必須提出明確的要求，并在維保時定期檢查連接軸的磨損情況。
另外，曳引機內部齒輪或者渦輪渦桿的加工、安裝精度差、動平衡調節不好，也會造成電梯在高速時產生振動和噪音。筆者曾經在某個廠家，發現電梯運行的垂直振動特別大，采用了一切辦法均無效的情況下，懷疑為曳引機問題，廠家不相信，更換市場上所有品牌變頻器，均無改善，更換曳引機，問題得到解決。結果問題是該曳引機生產廠家規模小，檢測手段落后，生產的曳引機，一致性難以保證，給電梯廠造成重大直接和間接的損失。因此，曳引機的選擇，不能貪圖便宜，必須選擇技術實力雄厚，檢測手段齊全，質量保證體系健全的廠家。還有一點要強調的是，在同樣梯速情況下，以選擇曳引機減速比大的曳引機為好。因為減速比大，造成的倒溜現象就小，啟動舒適感就容易調整。實踐證明，同樣梯速下，采用6極電機曳引機比采用4極電機的啟動舒適感差。本質原因是6極電機比4極電機的啟動轉矩并沒有大1.5倍以上。
三、選用品質優良的驅動電機
在保證曳引機質量的前提下，與曳引機配套的電機的性能也直接關系到電梯的起制動過程的性能，問題主要表現為啟動舒適感的好壞。如果電機的啟動轉矩大，在電梯松閘的時刻產生的倒溜就會很小。目前，在許多變頻器的手冊中，有嚴重誤導用戶的說法。變頻器可以達到200%甚至300%以上的啟動轉矩，實際上都是沒有實際意義的。如果一個電機的設計啟動轉矩 和最大轉矩 小，變頻器再好，也不會產生大的輸出轉矩，而且還容易產生速度的波動，造成振蕩。
根據異步電機的基本知識，電機的M-N曲線如圖1（a）所示，圖中A點為最初啟動轉矩點，B點為最大轉矩點，C點為額定工作點。其中電機的啟動轉矩 與電機的轉差率s有關，轉差大，初始啟動轉矩大，要提高轉差，要求轉子電阻 大，轉子電感小，圖1（b）示出了轉子電阻不同情況下的機械特性曲線。從圖上還可以看出，隨著轉子電阻增大，最大轉矩 未發生變化，但是其對應的最大轉差 增大，在同等負載下，轉差也增大。這就是進口品牌電梯采用高轉差電機的原因。可是目前許多進口品牌曳引機為了降低成本，均配備國產低轉差電機，轉差頻率一般小于2.5Hz，其啟動性能大打折扣。因此在選擇曳引機品牌時，其配套電機的品牌和性能的選擇也同等重要。
四、選用性能優良的變頻器異步電機矢量控制是完全基于電機參數的矢量控制，因此電機參數必須能夠進行自動學習。否則，取得不了優越的性能。因此，首先必須選用能夠進行電機參數自學習的變頻器。其次，變頻器必須具有零速150%以上的轉矩輸出，可以保證良好的啟動和停車舒適感。另外，需要非常好的過載能力，110%的額定負載，必須連續運行，特別對于高層電梯，需要滿載運行超過30S以上的，更要考慮這一點。一些國外廠家的變頻器，100%額定負載，不能夠連續運行60S，因此，在用于高層電梯控制的時候，均建議放大一檔使用，給用戶造成了不必要的經濟損失。
選定好變頻器后，要做到比較好的舒適感，關鍵還要調試好變頻器的性能及運行曲線。電梯在啟動的時候，由于機械導靴有比較大的靜摩擦力，可以通過調節啟動速度和啟動速度保持時間來消除。另外，一般變頻器均有速度環PI參數調整功能，通過速度環PI參數調整，可以有效調整變頻器的動態響應速度和穩速精度，可提高電梯的啟動和穩態運行的舒適感。啟動性能與低頻PI參數有關，可以先將低頻I設定為零或者比較大的值，不考慮平層精度情況下調節KP，增大KP，低頻動態響應加快，啟動轉矩大，但是KP過大，容易引起振蕩，啟動和停車爬行的舒適感會變差。因此，必須增大KP到電梯在滿載、空載情況下，不振蕩為臨界，然后可以逐步減小I參數，達到啟動，爬行均滿意的效果。高頻PI參數調整原則是，保證啟動加速和停車減速過程的超調最小，一般小于2%額定速度，又要保證穩速情況下的速度精度，一般不超過0.001m/s。先將高頻I設定為零或者比較大的值，調節K，使參數小于電梯在高頻穩態產生振蕩的臨界參數，然后逐步減小I，使得超調達到要求的指標。對于采用相同曳引機和機械的場合，可以在調好一臺電梯情況下，通過鍵盤參數拷貝來實現復制。上述中，積分時間常數I的單位為時間單位S。特別提醒的是，目前市場上的絕大多數變頻器PI參數采用獨立的兩個數來調整，沒有實際物理量概念，此時的I越大，相當于時間常數越小。
對于加減速過程中的舒適感，要通過S曲線調整來解決。一般是加速度和減速度在0.5~1 之間，開始段急加速和結束段急減速可以調整為0.25~0.5 ，結束段急加速和開始段急減速可以在0.5~0.9 之間。S曲線的調整還與電梯的場所有關，對于醫院、療養院等對舒適感要求很高的場合，需要減小相應參數，對于辦公寫字摟等需要高效率的場合，可以適當增大相應參數。結束段急加速和開始段急減速的增大，有利于克服間隙造成的加減速過程的抖動。
五、采用最佳控制時序最佳的控制時序如圖2所示，變頻器接收到運行命令后，先進入零速運行過程，延時T1，保證電機勵磁達到穩態后打開報閘，同時變頻器開始運行啟動速度的啟動速度保持時間T2后是高速、低速到零速，零速運行T3后，在保證慣性影響為零的情況下，關閉報閘，由于報閘抱緊需要一定時間，因此必須延遲T4后撤消運行命令。按照此時序，可以保證啟動和停車均有理想的舒適感。在艾默生TD3100變頻器中，T1由F7.00設定，T2由F3.01設定，T3由F7.01設定，T4由控制決定，如果控制器延遲時間不夠，TD3100變頻器將自動延長命令保持時間。
六、其他1、啟動補償對于1.75m/s以下的中低速電梯，由于運行速度較低，基本不需要啟動補償就可以達到比較滿意的程度。對于1.75m/s以上的中高速電梯，如果啟動舒適感要求比較高的場合，就必須添加稱重裝置，進行啟動轉矩的補償。一般有兩種稱重裝置，開關量檢測和模擬量檢測方式。對于開關量檢測具有成本低，但只能夠做到有級，一般安裝4個開關，可以在空載和滿載之間實現任意4點的準確補償，但是由于是有級補償，還不能夠做到理想的程度。模擬量傳感器可以實現無級補償，但是存在的問題是模擬量傳感器往往隨著電梯的使用，其輸出會發生偏移，造成補償錯誤，效果有時會比不補償還差，因此需要定期對補償增益進行調整。艾默生TD3100電梯專用變頻器啟動轉矩補償原理如圖所示
2、減振器和鋼絲繩的合理選用許多電梯廠家，對于減振器選用非常隨意。實際上減振器對于提高電梯的舒適感有非常重要的作用。減振器一般有曳引機底座的橡膠減振墊、轎箱底部的減振彈簧或橡膠減振墊、轎箱頂部的鋼絲繩減振器三種。曳引機底座的減振墊質量和減振效果千差萬別，它直接影響到電梯的舒適感，特別是當電梯上行到頂層2至4層啟動、停車時，問題將表現的異常突出。轎箱底部的減振器的質量將直接關系到電梯穩態運行的平穩性，如果彈性系數大，特性太硬，將起不到減振作用，會產生高頻振動，人體會感覺到麻腳的感覺，嚴重時，將造成轎箱的高頻振動，產生比較大的噪音。反之，將產生低頻振蕩，造成人體的下沉感。因此必須合理選用。鋼絲繩的減振作用與轎箱底部的減振器作用相同，必須根據樓層高度，選用彈性系數合理的鋼絲繩，在保證滿載情況下，伸縮量符合要求的情況下，達到良好的減振效果。另外在高層電梯上，由于鋼絲繩較長，松緊程度一致性差時，容易造成高速運行時鋼絲繩的擺動，互相撞擊造成轎箱的振動。一個有效的方法就是在鋼絲繩末端添加鋼絲繩減振器，對于鋼絲繩的振動波產生有效的吸收，防止反射而形成差拍現象。
3、編碼器的合理選用編碼器是電梯變頻器閉環的必要器件，其合理選用對電梯的安全、可靠運行產生重大影響。從安裝方式上，軸套式更加可靠，但價格相對連軸式稍貴。目前許多采用連軸式編碼器廠家，由于標準連軸器在同軸度不好的情況下，很容易折斷，可靠性非常差，就自己采用非常簡單的連接方式，給電梯的運行帶來安全隱患。從接線方式上講，有推挽輸出的和開路集電極輸出的，建議在編碼器連線超過5m以上時建議選用開路集電極編碼器，以提高抗干擾能力。
編碼器的每轉脈沖數一般在300以上就可以保證變頻器的正常運行，建議在成本許可的情況下，最好將編碼器每轉脈沖數提高到1000到2000，可以大大提高電梯的啟動舒適感。原因是每轉脈沖數越大，啟動溜車就容易實現快速檢測，從而達到轉矩的快速調整，減小溜車。
4、控制系統的合理接地電梯控制系統中，接地是一個影響可靠性的關鍵問題。由于我國供電的不規范，大多數場合是三相四線制，而非三相五線制，接地問題變得更加突出。在安裝調試時首先必須保證控制柜、曳引機及轎箱可靠接地或零，然后是編碼器接地。但是要強調的是，目前市場上編碼器的規范性較差，有些編碼器自身的抗干擾能力差，設計廠家將編碼器引線的屏蔽層與編碼器外殼連接，這是非常嚴重的錯誤。如果用戶將編碼器屏蔽層與變頻器的地相接時，由于兩端接地，變頻器與電機之間存在電位差，容易產生干擾，輕者造成電梯的低頻抖動和隨機的過流保護，重者當調試現場曳引機沒有接地或者接地不良時，電機的漏電將造成變頻器接口板的嚴重損壞。因此，建議選用屏蔽層與外殼不連接的編碼器，實施遠端一點接地，可以大大提高系統的可靠性。
5、制動電阻的合理選取制動電阻是用于消耗電梯在發電過程中產生的回饋電能，電阻阻值的選取參考變頻器說明書有關內容以100%制動轉矩選取，但是電阻功率大小直接關系到體積和價格，許多廠家不知道如何選取，同等功率的變頻器電阻全部是一樣的。這是存在嚴重隱患的。因為電阻的功率與樓層的高度是有關的，一個6層樓和一個30層大樓，所用變頻器可能均是15KW，但是變頻器發電連續運行的時間相差5倍，其功率也需要相差5倍，才可以保證可靠性，延長電阻的壽命。因此電阻的功率應該先按照連續制動計算，然后根據不同樓層高度相應地調整功率。
七、結論本文針對曳引機、電機、變頻器及運行調試等內容，從電氣和機械兩個方面，提出了一些提高電梯啟動、加速、穩態和減速停車運行過程中舒適感的有效對策，對于電梯廠家、曳引機制造廠家及電梯改造、維護廠家均有一定的參考價值。
