一、施工升降機介紹

施工升降機又叫施工電梯，如圖1，是用吊籠載人、載物沿導軌做上下運輸、具有多重安全保護功能的施工機械，是現代高層施工中與大型塔機相配合的必不可少的重要施工設備。施工升降機在高層、超高層建筑施工中擔任了極其重要的任務，對于保證工期與安全，降低施工成本，減輕勞動強度起著不可替代的作用，同時也是建筑隊伍裝備水準的重要標志。施工升降機在工地上通常是配合塔吊使用。       

施工升降機的種類很多，按運行方式分有：無對重和有對重兩種；按控制方式分為手動控制式和自動控制式。按照速度可以分為三種：0~40m/min的低速梯、 0~63m/min的中速梯及0~96m/min的高速梯。一般的施工升降機載重量在1-3噸，運行速度為1-63m/min。

施工升降機的驅動裝置一般采用三電機驅動，安裝在吊籠頂部，通過小齒輪與導軌架上齒條嚙合，驅動吊籠上、下運行。驅動裝置由電動機、聯軸器、減速機、小齒輪及驅動架組成。如圖2：

           圖1 施工升降機                                                圖2 施工升降機驅動裝置

二、傳統的施工升降梯存在的問題分析

施工升降機作為一般高層建筑的垂直運輸設備已被廣泛應用，我國生產的品種多樣，但其存在的問題卻基本相同。

（1）啟制動電流沖擊大，電氣元件損傷嚴重。普通施工電梯的起動都是采取直接起動或星三角降壓起動，電流沖擊非常大，對電網、電機和電氣元件造成嚴重的破壞。

（2）啟動剎車時機械振動大，機械損傷嚴重，且存在安全隱患。普通施工電梯的剎車是採用機械抱閘強制制動，升降機突然從高速降為零速的時候，由于慣性的作用，不但對結構和機構造成損壞，而且升降機里面的物料容易跌落，特別是有些升降梯還有乘人，也存在著一定的安全隱患。

（3）平層系統落后，工作效率低。普通施工電梯減速到平層時無爬行過程，由運行速度直接向零速減速，有的選平層是由司機靠目測手動控制實現的，效率低，經常要上、下點動幾次才能準確停層。既降低了效率又增大了拖動與控制系統的疲勞度，縮短了壽命，同時也會造成里面的物料無法搬運，浪費了時間，影響了工作效率。

變頻調速是近二十年來興起的一門新技術，它是通過改變電源頻率來實現速度的調節，因其具有調速平穩、瞬態穩定性高、節能等特性越來越被人們所重視，變頻調速與上位機系統配合，構成高效率、高性能的控制系統已被廣泛使用。傳統施工升降機存在的諸多問題，使得變頻系統在此領域的應用成為必然的趨勢，在變頻控制系統的逐步推廣中，取得了良好的效果，獲得了用戶的好評。

三、WIN-VCA變頻器在升降機上的應用

微能公司與廣西某機械設備有限公司合作，對施工升降機進行配套變頻系統，取得了良好的使用效果。由于現場使用的施工升降機型號不一，電機功率也不一樣，本文僅以驅動裝置電機為3×15KW為例說明。

（1）電氣控制原理

升降機變頻調速系統由以下部分：盤式制動三相異步電動機，變頻調速器，變頻器制動單元和制動電阻，聯動臺，電氣保護裝置等構成。其控制過程是：操作聯動臺上的速度轉換開關，選定速度擋，然后輸出信號給變頻器，改變頻率值，最終達到調速的目的。系統的電氣控制主回路原理示意如圖3所示。

圖3 系統電氣原理示意圖

升降機正常工作時，主電路空氣開關QF1，QF2閉合，按下操作臺上變頻器電源按鈕，變頻器上電；需要上升或下降時，按下上行或下行按鈕，變頻器輸出頻率到達抱閘松開頻率時KM2吸合，抱閘松開，升降機動作。施工升降機的安全是控制電路設計的重點，在控制電路中加入了吊籠上各門限位開關，上下限位，以及超載、超速、防墜等安全保護措施，同時在升降機工作中變頻器出現故障時，故障繼電器動作，使上升、下降及抱閘繼電器斷電，變頻器停機，抱閘鎖緊。在故障沒有排除的情況下，即使按下上升或下降按鈕，升降機也無法動作。可通過PLC與外圍電氣設計，保障系統的安全工作。

（2）變頻器、制動單元及制動電阻選型

現場使用的升降機為3電機驅動，單臺電機功率為15 KW，額定電壓為380V。施工升降機屬于恒轉矩負載，帶機械抱閘控制，要求變頻器的低頻轉矩大，根據現場情況及WINNER公司多年的經驗，選定變頻器型號為WIN-VCA-075T4。

施工升降電梯在下行時驅動電機處于發電狀態，故需配置制動單元和制動電阻。一般來說，升降機的制動頻度Kf按40%算，并留有一定的余量。波紋制動電阻按如下公式選擇：

U_D²/700P＞R_B＞U_D/I_N

P_B＞＝P*K_f

式中R_B為制動電阻阻值，P_B為制動電阻功率，U_D為制動時直流母線電壓，一般取700V，P為電機功率，I_N為所選制動單元額定電流，K_f為負載制動頻度。由上式可知，制動電阻阻值的選擇是一個范圍，實際上，電阻阻值越小，制動力矩越大，電機的再生能量越容易被消耗。根據現場的實際情況，選擇制動電阻為10Ω/25KW，制動單元選擇WIN-9U-RDB/70A/380V。變頻器、制動單元及制動電阻選型配置如表1所示。

表1 施工升降機變頻系統設備配置表

（3）變頻器主要參數設置

變頻器主要參數設置如表2。

頻率指令選擇

表2 變頻器參數設置

四、變頻系統的優勢

使用變頻控制系統驅動的施工升降機，徹底解決了啟制動的弊端，提高了電網的功率因數和系統效率，降低了設備的檢修維護成本，增強了升降機使用安全性。使用變頻調速系統后，將會帶來以下好處。

（1）真正實現了施工升降機系統的軟啟動和軟制動

系統可以調整變頻器的啟停加減速時間，實現平滑啟動和平滑減速，啟制動無沖擊，不會對系統造成機械損傷。

（2）有利于延長升降機的使用壽命，降低維護頻率及成本

采用變頻調節后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，更無電氣元件的大電流沖擊，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期可加長，檢修費用下降，設備運行壽命延長。

（3）網側功率因數提高

原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.81左右，實際運行功率因數遠低于0.7。采用變頻調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備的運行費用。

（4）增加電氣保護

 與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、過載、過壓、欠壓、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。

（5）提高自動化控制

作為自動化的底層設備，變頻器配置485通訊協議，可方便實現遠程集中監控，便于檢測設備運行狀況。

（6）節約電能

施工升降機在使用變頻調速系統后，能提高升降梯電機的運行效率，降低機械設備損耗，能夠節約一定的電能。

五、VCA系列變頻器的特點

WIN-VCA變頻器是微能公司自主研發、生產的高性能矢量變頻器，廣泛的應用于各種行業中，具有如下特點：

（1）可靠性高。VCA產品設計細節考慮周全，元件品質優良，裝配工藝成熟，出廠測試嚴謹，產品的可靠性久經市場檢驗，可靠性高，故障率低。

（2）采用先進的矢量控制技術，支持帶PG的閉環控制，最大功率可達800KW/380V,1000KW/660V。

（3）低頻轉矩大，啟動轉矩達150%/0.1HZ。

（4）過載能力強，瞬時過載能力達250%。

（5）扭矩響應快，能夠應對負載突變的要求。

（6）控制精度高，開環控制精度達0.2%，閉環的控制精度達0.02%。

（7）保護功能完善，具有過壓、欠壓、過流、過載、過溫等保護功能。

（8）可選配通訊卡，支持MODBUS通訊協議，可以與上位機系統進行通訊，實現數據的監視和執行遠程操作。

（9）操作界面采用中文液晶顯示，更加友好的面向國內用戶，易用性強，如圖4。 

 圖4  VCA變頻器

（10）多達15種固定V/F曲線選擇，可以任意設定V/F曲線。可更具具體應用場合獲得更加適合的V/F曲線。

（11）支持多種控制方式和頻率設定。有鍵盤設定、端子設定及通訊設定3種方式。

（12）多種啟動及停車方式選擇，以適應不同運行環境的要求。

   ① 啟動方式包括有直流制動啟動、轉速追蹤啟動、直接啟動的方式，并有過流失速保護功能。

   ② 停車方式包括有加減速停車和自由停車可選。

   ③ 完美的加減速斜坡控制及S型加減速方式，實現最佳平滑啟動。

（13）具有零伺服功能，可以實現短時的懸停，不會出現溜車現象，系統更加可靠。

（14）具有多種PID功能，可實現不同場合的控制。