PWM调压控制技术及电梯制动系统问题的讨论

制动器的PWM调压控制技术及电梯制动系统问题的讨论Discussion about the PWM Voltage regulating and controlling and the problems of brake system on Elevatorbrake system.石家庄五龙制动器股份有限公司总工程师芮振璞摘要：通过分析电梯制动系统发生故障的原因，研究了电梯传统抱闸回路存在的设计缺陷。

针对传统抱闸回路易发生触点粘连的缺点，提出了一种由弱电信号控制电梯制动器工作的新方案，阐述了电梯制动器利用此方案的详细工作过程。

研发了电梯制动器PWM调压控制技术，使用该技术可以在很宽的输入电压范围内做到强激磁电压稳压和弱保持电压稳压，实现了抗干扰能力强，大幅度节能和降低制动器线圈温升的效果，并彻底消除了制动器线圈的电磁噪声。

文章还给出了样机的各项性能指标。

Abstract: After inspected and studied malfunctions that happened on Elevator brake system, to analysis and summarized the existed defects of Traditional elevator external contracting brake circuit; As to the easy-occurred problem of Contactadhesion on traditional Brake circuit, a new solution which using weak signal to control the elevator brake operation was realized, and show the detailed operation procedures by adopt with this solution; The technique of PWM V oltage regulating and controlling for Elevator brake device were brought out, this technique ensured a regulated Overexcitation voltage, and a regulated Lower holding voltage as well, even if under big range of V oltage input, not only, which also with strong Anti-interference, excellent Energy-saving and depresses the warming-up of coils, the Electromagnetic noise of brake coils were finally eliminated. The all performance indexes for Sample brake were listed in the article.关键词：电梯制动系统；抱闸回路；触点粘连；移相调压控制；PWM调压控制；强激磁电压；弱保持电压；电磁噪声；节能Key words:Elevator brake system, External contracting brake circuit, Contactadhesion, Dephasing voltage regulating and controlling, PWM voltage regulating and controlling, Overexcitation voltage, Lower holding voltage, Electromagnetic noise, Energy-saving.一、引言随着科学技术的发展，电梯技术进步很快。

首先以驱动系统为例，从早期的交流单速到今天的永磁同步，驱动方式和减速方式发生了根本的变化，据专家预测，永磁同步电机和无刷直流电机将是本世纪的主角。

其次，就控制系统而言，从早期的继电器控制到今天的32位微处理器全智能控制，大大提高了电梯的可操作性。

安全部件的性能也有了重大改进，如门锁继电器等触点材料的改进和触点自润滑功能等。

上述一系列的技术改进有效地保证了电梯运行的安全性、舒适性。

但是与之相对的是作为电梯极为重要的安全部件的制动器，其改进是缓慢的。

电梯的抱闸回路至今一成不变。

因此当电梯的其它类安全事故大幅度减少的今天，由制动器导致的故障和事故便逐渐凸显出来。

电梯制动系统的电器类故障主要表现在以下几个方面。

1、抱闸回路触点发生粘连，造成制动器无法抱闸。

2、抱闸回路触点接触不良，制动器打开不完全，制动器与刹车带摩擦，导致制动力失效无法实施抱闸。

3、制动器线圈温升过高，铜阻增大，激磁电流下降，导致制动器打开不完全或打不开。

二、电梯传统抱闸回路存在的缺陷分析前述故障原因，均与传统抱闸回路的设计有关。

图1是传统抱闸回路的原理示意图。

图1 传统抱闸回路原理图由图可以看出，流过制动器线圈的激磁电流和维持电流均通过抱闸回路的所有触点。

尤其是激磁开关，当进行激磁／保持转换时，触点拉弧现象严重，易发生触点粘连，导致无法进行激磁／保持转换，其后果是较大的激磁电流长时间流过制动器线圈，严重时烧坏线圈进而损坏其它相关触点。

其次，抱闸回路中仅由经济电阻进行降压，当完成激磁／保持转换后，制动器线圈的弱保持电压降为强激磁电压的50%，此电压仍然过高。

众所周知，就电磁铁而言，两极一旦吸合，其保持吸合所需要的功率便可大大降低。

（经实测，制动力6000N以下的制动器保持功率不大于40W）。

施加过高的弱保持电压，必然导致制动器温升过高。

传统抱闸回路无法对弱保持电压进行降压调整，这是其缺陷之一。

另外,抱闸回路中的接触器触点不密封，受环境影响易氧化，易造成触点接触不良。

总之，抱闸回路中流过的电流过大是造成制动器电器类故障的主要诱因。

图2是采用全波／半波方式进行激磁／保持转换的电路示意图。

激磁开关门锁运行抱闸当激磁开关闭合时输出全波电压，当激磁开关断开时输出半波电压，降压幅度同样是50%。

其效果与传统的抱闸回路大同小异，并没有实质性的改变。

三、电梯制动器可控硅移相调压控制技术近年来，我司为了降低电梯抱闸回路由触点引发的制动系统故障，研制了制动器可控硅移相调压控制技术，于2004年推出该技术产品。

我司就此项技术方案向日立公司技术部门进行了讲解并与其进行了多次技术交流。

此后，日立技术部张向峰先生也在本刊2008年第21期发表了相关文章。

图3是可控硅移相调压控制器的电路框图。

按输出电压形式可以划分为以下几种:●强激磁电压为额定电压，弱保持电压可调但不是稳压输出。

●强激磁电压为额定电压，弱保持电压可调并且是稳压输出。

●强激磁电压为设定电压，弱保持电压可调并且是稳压输出。

以上这种电路的主要改进在于：采用强激磁电压激励，弱保持电压维持，用半导体无触点开关器件取代激磁开关和经济电阻，有效地遏制抱闸回路的触点拉弧现象，防止抱闸回路发生触点粘连引发的电梯制动系统故障，同时弱保持电压实现了连续可调，使制动器线圈的温升大幅度降低。

一般正常工作时温升不大于50K。

该控制技术主要有以下优点：●利用半导体无触点开关器件遏制触点拉弧现象。

●实现了制动器的小体积、大力矩、低温升和高节能。

●充分发挥线圈漆包线的潜力，适当加大激磁电流，减少匝数，从而节省铜材。

●可增加去剩磁电路及过流保护电路，提高制动器的可靠性。

图3 移相调压控制器框图由于存在以上优点，目前这种控制器正在逐渐受到用户好评。

然而，任何事情都是一分为二的，可控硅移相调压控制技术仍存在一些不完善之处。

主要表现在:●抗干扰性差。

●电磁噪声大。

●控制电路串联在传统的抱闸回路中，见图4。

当电梯运行时，它工作在频繁地冷启动状态，对控制电路有冲击。

●对于高端客梯，常需配备UPS电源，而可控硅移相控制只适合在线式UPS，而不适合后备式UPS，使用范围有局限性。

门锁继电器运行接触器抱闸接触器移相调压控 制 器图4 控制器冷启动示意图四、电梯传统抱闸回路的改进经过几年来对可控硅移相控制器的研究及对传统抱闸回路的分析，我们产生了一种设想，这就是能否对传统的抱闸回路进行一次彻底的改造，从根本上解决抱闸回路中的触点粘连问题，提高电梯运行的可靠性和安全性。

其次，还应解决调压控制器在抱闸回路中始终处于频繁冷启动的工作状态，提高控制器的稳定性和可靠性。

如果我们将制动器线圈从抱闸回路中分离出来，使流过抱闸回路触点的电流降至毫安级，则触点的使用寿命将按指数规律延长，并且可以将接触器改为小型继电器或者全密封超小型继电器，那么前面所述传统抱闸回路的缺陷将得到彻底解决。

GB7588-2003的12、4、2、3.1规定：“切断制动器电流，至少应用两个独立的电气装置来实现，……”。

我们将运行接触器触点和制动器线圈串联接在调压控制器的输出端；门锁继电器和抱闸接触器触点仍保留原来的串联形式接在调压控制器前面，抱闸回路的改进没有增删原抱闸回路内的接触器触点个数。

这样，抱闸接触器触点可以通过调压控制器切断制动器的电流；运行接触器触点也可以切断制动器的电流。

前者和后者分别是独立的电气装置，其结构和功能与原来的抱闸回路是等效的。

其次，调压控制器的交流电源始终带电，制动器电流的通断靠弱电信号控制，调压控制器工作在待机状态，避免了频繁的冷启动。

具体实施方案见图5。

图5 改进的抱闸回路电路特点如下:●图中A，B两点为抱闸回路，该回路中串联有门锁继电器和抱闸继电器触点、限流电阻R1和光电耦合器输入端。

R1用来限定回路电流，电流值大约10~20mA。

●光电耦合器的输出连接到调压控制器，送出低电平有效的抱闸信号。

电路中的光电耦合器实现了抱闸回路与调压控制器之间电的隔离。

●将制动器线圈和运行接触器触点从抱闸回路中分离出来，并将它们串接在调压控制器的电压输出端。

●调压控制器工作于待机状态。

即：交流电源是不断开的，当光电耦合器输出低电平时，控制器向线圈施加激磁／保持电压；当光电耦合器输出高电平时，控制器输出被封锁，无电压输出。

电路的详细工作过程如下：首先我们分析一下传统抱闸回路中几个接触器触点的工作状态。

当需要松闸时，门锁继电器先闭合，其次运行接触器闭合，最后抱闸接触器闭合，回路内有电流通过。

可见，门锁继电器和运行接触器触点的闭合与电流无关。

当需要抱闸时，抱闸接触器先断开，此时回路电流被切断。

约0.2S后运行接触器断开，最后门锁继电器断开。

可见，门锁继电器和运行接触器触点的断开仍与电流无关。