電梯作業(yè)人員培訓(xùn)：VVVF電梯電氣控制系統(tǒng)的工作原理
進(jìn)行電梯電氣系統(tǒng)的故障診斷與維修，必須掌握電梯電氣系統(tǒng)的組成及工作原理、電氣故障診斷的一般步驟與方法。因此，讀懂電梯電氣原理圖、接線圖，掌握機(jī)房、轎廂、井道、底坑、層站等部位電氣元器件的名稱、作用、接線、接線盒接線端子排的接線，掌握主控制板輸入、輸出控制信號(hào)的狀態(tài)，掌握電氣故障排除與維修的思路與方法是進(jìn)行電梯電氣系統(tǒng)故障診斷與維修的基礎(chǔ)與前提。以電梯中經(jīng)常出現(xiàn)的故障為參考，本模塊設(shè)置了九個(gè)項(xiàng)目來培養(yǎng)學(xué)生維修電梯電氣系統(tǒng)故障的能力。這九個(gè)項(xiàng)目分別為電梯電氣控制系統(tǒng)故障診斷相關(guān)知識(shí)，電梯電源電路、電梯安全與門鎖電路、電梯主控制電路、電梯制動(dòng)電路、電梯開關(guān)門控制電路、電梯外呼內(nèi)選通信電路、電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障診斷與維修以及電梯其他故障現(xiàn)象分析。每個(gè)項(xiàng)目中又分為若干任務(wù)，通過任務(wù)訓(xùn)練，學(xué)生可掌握電梯電氣系統(tǒng)故障診斷的相關(guān)知識(shí)與一般原理，學(xué)會(huì)電梯常見電氣故障診斷與排除的方法，同時(shí)掌握安全操作的程序，樹立良好的安全意識(shí)，為正確運(yùn)行電梯打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
模塊目標(biāo)
1)掌握電梯電氣控制系統(tǒng)故障診斷與維修的相關(guān)知識(shí)。
2)掌握電梯電源電路故障診斷與維修的方法與步驟。
3)掌握電梯安全與門鎖電路故障診斷與維修的方法與步驟。
4)掌握電梯主控制電路故障診斷與維修的方法與步驟。
5)掌握電梯制動(dòng)電路故障診斷與維修的方法與步驟。
6)掌握電梯開關(guān)門控制電路故障診斷與維修的方法與步驟。
7)掌握電梯外呼內(nèi)選通信電路故障診斷與維修的方法與步驟。
8)掌握電梯變頻驅(qū)動(dòng)電路故障診斷與維修的方法與步驟。
9)了解電梯其他故障現(xiàn)象分析的方法與步驟。
10)培養(yǎng)維保人員良好的安全意識(shí)與職業(yè)素養(yǎng)。
內(nèi)容描述
電梯一旦發(fā)生故障，就不能正常運(yùn)行，維保人員首先應(yīng)判斷故障是出自機(jī)械部分還是電氣部分。如果電梯電源系統(tǒng)供電正常，且能用電動(dòng)檢修狀態(tài)運(yùn)行，則說明機(jī)械系統(tǒng)存在故障的可能性較小。若電梯電力拖動(dòng)電路也正常工作，則故障多出自電氣控制系統(tǒng)之中。
在判定電梯故障出自電氣系統(tǒng)后，還要進(jìn)一步確定故障是出自于電氣系統(tǒng)的哪個(gè)電路(即電梯電氣系統(tǒng)的電力拖動(dòng)電路、電源電路、安全與門鎖電路、主控制電路、門機(jī)外圍控制電路、制動(dòng)電路、外呼內(nèi)選通信電路等),以縮小故障范圍。在確定故障出自電梯某一確定的電梯分電路后，進(jìn)一步縮小診斷范圍，確定電梯故障出自于電路中的哪一個(gè)故障點(diǎn)，即故障是出自于開關(guān)、觸點(diǎn)、線圈還是連接線路等位置。
通過若干項(xiàng)目任務(wù)的訓(xùn)練，學(xué)生可全面掌握電梯電氣系統(tǒng)故障診斷的相關(guān)技能，即故障分析能力、故障診斷與排除能力，并具備安全操作的意識(shí)與職業(yè)素養(yǎng)。
項(xiàng)目一 電梯電氣控制系統(tǒng)故障診斷相關(guān)知識(shí)
作為一名電梯維保人員，必須具備電梯電氣控制系統(tǒng)故障診斷的相關(guān)知識(shí)，包括電梯電氣控制系統(tǒng)組成及工作原理、電氣故障診斷與維修的一般方法、維修電梯的一般注意事項(xiàng)。通過任務(wù)一和任務(wù)二的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，學(xué)生可基本掌握這些知識(shí)。
項(xiàng)目目標(biāo)»
1)掌握VVVF電梯電氣控制系統(tǒng)工作原理。
2)能夠識(shí)讀VVVF電梯電氣原理圖。
3)能夠根據(jù)電梯電氣原理圖查找零部件及觸點(diǎn)。
4)掌握電梯電氣系統(tǒng)故障診斷的方法和步驟。
任務(wù)一VVVF電梯電氣控制系統(tǒng)的工作原理
知識(shí)目標(biāo)
1)熟悉電梯電氣控制系統(tǒng)的組成。
2)掌握電梯電氣控制系統(tǒng)的工作原理。
能力目標(biāo)
1)能夠根據(jù)電梯電氣原理圖查找各電氣元器件位置。
2)能夠根據(jù)電梯電氣原理圖查找控制柜相關(guān)接線端。
3)能夠安全操作電梯，確保人身及設(shè)備安全。
任務(wù)描述
掌握電梯電氣控制系統(tǒng)的工作原理是進(jìn)行電梯電氣故障維修的基礎(chǔ)與前提。本任務(wù)介紹了變壓變頻(VVVF)調(diào)速電梯控制系統(tǒng)的工作原理。
任務(wù)分析
電梯電氣系統(tǒng)包括電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分。電氣原理圖是進(jìn)行電梯電氣故障診斷與維修的依據(jù)。雖然電梯電氣原理圖規(guī)則、清晰，但由于電梯各部件分散在不同位置，其實(shí)際布線較為復(fù)雜。因此，能夠根據(jù)電氣原理圖查找各電氣元器件的位置及其相關(guān)觸點(diǎn)是進(jìn)行電氣故障診斷與維修的前提。
相關(guān)知識(shí)
一、電梯電氣控制系統(tǒng)的組成
電梯電氣控制系統(tǒng)由電力拖動(dòng)裝置、操縱裝置、位置顯示裝置、門機(jī)控制裝置、終端開關(guān)、安全開關(guān)及門鎖開關(guān)、平層開關(guān)、通話裝置、照明系統(tǒng)以及上述各部分的協(xié)調(diào)控制裝置等組成。
(1)電力拖動(dòng)裝置 電梯的電力拖動(dòng)裝置和各部分的協(xié)調(diào)控制裝置布置在控制柜內(nèi)，是電氣控制系統(tǒng)的核心部件，也是電梯運(yùn)行的指揮中心�？刂乒褚话惆惭b在機(jī)房內(nèi)，隨著無機(jī)房電梯的誕生，控制柜也有安裝在頂層層站門旁或井道內(nèi)的。
(2)操縱裝置操縱裝置一般包括轎內(nèi)選層(指令)和外召喚按鈕、轎頂檢修操作裝置、緊急操作裝置等。轎內(nèi)選層(指令)和外召喚按鈕是供乘客選定目的層站和召喚電梯駛向侯梯層站的裝置。轎頂檢修操作裝置是供專業(yè)檢修人員在檢修狀態(tài)下操作電梯上下運(yùn)行的裝置。緊急操作裝置可以分為兩種：一種是針對(duì)有減速器的電梯或移動(dòng)裝有額定載重量的轎廂所需的操作力不大于400N時(shí)，采用人工手動(dòng)緊急操作裝置，即盤車手輪和制動(dòng)器松閘扳手；另一種是針對(duì)無減速器的電梯或移動(dòng)裝有額定載重量的轎廂所需的操作力大于400N時(shí)，采用緊急電動(dòng)運(yùn)行的電氣操作裝置。
(3)位置顯示裝置 位置顯示裝置包括轎內(nèi)和層站顯示器，用于顯示電梯所在層站的位置以及電梯運(yùn)行的提示信息(如運(yùn)行方向、自動(dòng)運(yùn)行及超載等)。
(4)門機(jī)控制裝置 門機(jī)控制裝置是控制電梯門運(yùn)行的裝置。電梯門是電梯的一個(gè)重要部件，門機(jī)驅(qū)動(dòng)控制有直流(電動(dòng)機(jī))變壓調(diào)速、交流變壓調(diào)速、交流變壓變頻調(diào)速。門機(jī)控制裝置一般安裝在轎頂。
(5)終端開關(guān) 終端開關(guān)用于電梯上下終端層的減速和極限位置保護(hù)。
(6)安全開關(guān)及門鎖開關(guān) 安全開關(guān)是用于保護(hù)電梯安全運(yùn)行的開關(guān)。它分布在機(jī)房(盤車手輪開關(guān)、控制柜急停按鈕及限速器開關(guān)等)、轎廂(轎廂急停開關(guān)、轎頂急停按鈕及安全鉗開關(guān))、井道(上、下極限開關(guān))、底坑(緩沖器開關(guān)、張緊輪開關(guān)及底坑急停按鈕)等各處。各處開關(guān)串聯(lián)起來形成安全回路，控制安全繼電器的通斷電，從而控制電梯的安全運(yùn)行。門鎖開關(guān)安裝在轎門和層門上，只有二者同時(shí)接通控制電路，轎廂方可運(yùn)行。
(7)平層開關(guān) 當(dāng)電梯完全進(jìn)入平層區(qū)，平層開關(guān)動(dòng)作，電梯停止運(yùn)行。
(8)通話裝置 通話裝置用于乘客、檢修人員報(bào)警和通話。它由轎內(nèi)報(bào)警通話裝置、轎頂通話裝置、底坑通話裝置、機(jī)房通話裝置和監(jiān)控室通話裝置等組成。其中，轎內(nèi)報(bào)警通話裝置是供乘客使用的裝置，轎頂通話裝置、底坑通話裝置、機(jī)房通話裝置是供檢修人員使用的裝置。
(9)照明系統(tǒng) 照明系統(tǒng)主要由乘客區(qū)域照明和檢修人員區(qū)域照明組成。
二、電氣元器件安裝位置、線路敷設(shè)情況及相互連接介紹
(1)電氣元器件安裝位置
1)機(jī)房：配電箱包括控制柜電源斷路器、轎廂照明斷路器、井道照明斷路器等；控制柜(變壓器、380V變壓器輸入電源斷路器、開關(guān)電源斷路器、110V電源斷路器、220V電源斷路器、相序繼電器、安全繼電器、門鎖繼電器、電源接觸器、抱閘接觸器、主控制器、變頻器、開關(guān)電源、制動(dòng)電阻器、急停開關(guān)、緊急電動(dòng)運(yùn)行按鈕、接線端子排)、電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器線圈、抱閘檢測(cè)開關(guān)、編碼器和限速器開關(guān)等。
2)層站：呼梯盒、層門門鎖。
3)轎廂：轎廂開關(guān)(獨(dú)立、風(fēng)扇、急停、照明、司機(jī)、直駛)、轎廂內(nèi)選、轎門開關(guān)(轎門鎖、雙穩(wěn)開關(guān))、轎頂開關(guān)(轎頂板、急停開關(guān)、檢修開關(guān)、檢修公共按鈕、檢修上行按鈕、檢修下行按鈕、平層開關(guān))和轎底開關(guān)(稱量開關(guān)、安全鉗復(fù)位開關(guān))。
4)井道：井道照明、井道急停、強(qiáng)迫減速開關(guān)(上、下強(qiáng)迫減速開關(guān))、限位開關(guān)(上、下限位開關(guān))和極限開關(guān)。
5)底坑：底坑急停開關(guān)、緩沖器開關(guān)、張緊輪開關(guān)、照明開關(guān)。
(2)線路敷設(shè)及相互連接情況 扁電纜通過轎頂板連接轎廂各電氣部件至控制柜，底坑電氣開關(guān)、井道電氣開關(guān)、層門門鎖開關(guān)通過井道內(nèi)壁連至控制柜，機(jī)房控制柜外其他電氣部件通過機(jī)房走線連至控制柜。
三、電梯電氣系統(tǒng)的工作原理
電梯電氣系統(tǒng)包括電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要包括電梯垂直方向運(yùn)行的主驅(qū)動(dòng)電路和轎門開關(guān)門運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電路。目前兩者主流技術(shù)均采用交流變壓變頻(VVVF)調(diào)速技術(shù)，達(dá)到了無級(jí)調(diào)速的目的。電氣控制系統(tǒng)則由眾多召喚按鈕、傳感器、控制用繼電器、指示燈、LED七段數(shù)碼管和控制部分核心器件(PLC或微型計(jì)算機(jī))等組成。電氣控制系統(tǒng)與電力拖動(dòng)系統(tǒng)一起實(shí)現(xiàn)了電梯控制的所有功能。如果從硬件的角度區(qū)分，電梯電氣系統(tǒng)由電源總開關(guān)、電氣控制柜(屏)、轎廂操縱箱以及安裝在電梯各部位的安全開關(guān)和電氣元器件組成；如果按電路功能區(qū)分，電梯電氣系統(tǒng)又可分為電源配電電路、主控制電路、主拖動(dòng)電路、制動(dòng)電路、開關(guān)門控制電路、安全與門鎖電路、呼梯及樓層顯示電路等組成。
典型的電梯電氣控制系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。它主要由轎內(nèi)操縱箱、外召喚、曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、門機(jī)控制系統(tǒng)、稱量裝置、層站顯示裝置及平層裝置等組成。其中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完成的是曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)功能；控制系統(tǒng)完成的是電梯控制及管理功能，并負(fù)責(zé)與電梯外圍電路的通信功能。PLC與通用變頻器的電梯控制系統(tǒng)和圖2-1類似，其中通用變頻器完成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能，PLC完成控制系統(tǒng)的功能。
由于電梯的電氣控制環(huán)節(jié)較多，元器件安裝比較分散，電氣系統(tǒng)故障的發(fā)生點(diǎn)可能是機(jī)房控制柜內(nèi)的電氣元器件，也可能是安裝在井道、轎廂、層門外的控制電氣元器件等，故障點(diǎn)廣泛，難以預(yù)測(cè)，且故障的現(xiàn)象及引起故障的原因多種多樣，給維修工作帶來一定的困難。因此，只有掌握電梯的電氣原理，熟悉電氣元器件的作用及安裝位置、線路敷設(shè)情況，掌握排除故障的正確方法，才能提高排除故障的效率和維修電梯的質(zhì)量。
電梯電氣控制環(huán)節(jié)雖多，但它們之間不是相互獨(dú)立的。其中，配電電路為安全與門鎖電路、主控制電路、制動(dòng)電路、開關(guān)門控制電路、主拖動(dòng)電路提供電源，安全與門鎖電路中的門鎖繼電器與安全繼電器的觸點(diǎn)連在主拖動(dòng)電路、主控制電路中，主控制電路中制動(dòng)接觸器、運(yùn)行接觸器觸點(diǎn)分別連在制動(dòng)電路與主拖動(dòng)電路中，外呼內(nèi)選通信電路和主控制電路相連，門鎖繼電器觸點(diǎn)連在制動(dòng)電路中，開關(guān)門控制電路控制門機(jī)電路。
(1)電源配電電路 電源配電電路的作用是將市電網(wǎng)電源(三相交流380V,單相交流220V)經(jīng)斷路器配送到主變壓器、相序繼電器和照明電路等，為電梯各電路提供合適的電源電壓。
(2)主控制電路主控制電路類似于PLC裝置，由主控制板和分布在各處的開關(guān)觸點(diǎn)連接而成。其作用如下：
1)當(dāng)乘客、司機(jī)或維保人員發(fā)出召喚信號(hào)后，主控制器根據(jù)轎廂的位置進(jìn)行邏輯判斷，確定電梯的運(yùn)行方向并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)(制動(dòng)接觸器通電、運(yùn)行接觸器通電等)。
2)當(dāng)轎廂運(yùn)行至平層位置，主控制器發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)促使主電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，門機(jī)運(yùn)行，打開轎門與層門。
3)當(dāng)電梯安全開關(guān)或門鎖開關(guān)斷開時(shí)，電梯停止運(yùn)行。
(3)變頻驅(qū)動(dòng)電路 變頻驅(qū)動(dòng)電路的主要用途是驅(qū)動(dòng)曳引電動(dòng)機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行變壓變頻調(diào)速。它包括主電路、旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)電路、速度模式控制電路及其他電路等。
電梯的變頻驅(qū)動(dòng)電路如圖2-4所示。主電路的走向?yàn)椋壕W(wǎng)絡(luò)三相電源L1、L2、L3→安全繼電器→變頻調(diào)速器輸入端U1、V1、W1→變頻調(diào)速器輸出端U2、V2、W2→電源接觸器→曳引電動(dòng)機(jī)。
曳引電動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器運(yùn)行時(shí)發(fā)出脈沖信號(hào)，連續(xù)不斷地輸入變頻調(diào)速器，作為變頻調(diào)速的速度反饋信號(hào)。同時(shí)，脈沖信號(hào)送到主控制器，作為計(jì)算轎廂位置的信號(hào)。
其他信號(hào)包括速度代碼信號(hào)CODER-1、CODER-2、CODER-3,用來計(jì)算轎廂在檢修、低層運(yùn)行、高層運(yùn)行時(shí)的速度曲線；UP/DOWN信號(hào)是選層信號(hào)，選擇電梯是上行還是下行；變頻器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，D01故障點(diǎn)接通，安全電路斷開，電梯停止運(yùn)行或不能起動(dòng)。變頻器運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部觸點(diǎn)D02導(dǎo)通，導(dǎo)通信號(hào)輸入到主控制器，作為微機(jī)識(shí)別電梯是否正常的信號(hào)，DO3為變頻調(diào)速器輸出的預(yù)開門觸點(diǎn)信號(hào)。
(4)制動(dòng)電路 制動(dòng)電路也稱為電磁制動(dòng)器電路、抱閘電路，其主要作用是電梯停止
運(yùn)行時(shí)制停曳引電動(dòng)機(jī)主軸，使轎廂和對(duì)重安全地�？吭谌魏蔚胤蕉灰苿�(dòng)；當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)器松開，曳引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。它是由門鎖繼電器觸點(diǎn)JMS、運(yùn)行接觸器觸點(diǎn)CZC、抱閘觸器觸點(diǎn)CBZ和制動(dòng)線圈等組成的串聯(lián)電路。
(5)開關(guān)門電路開關(guān)門電路又稱為變頻門機(jī)控制系統(tǒng)。其作用是根據(jù)開門或關(guān)門的指令，以及門的開、關(guān)是否到位，門是否夾到物品，轎廂承載是否超載等信號(hào)，控制開關(guān)門電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)起動(dòng)和停止，從而驅(qū)動(dòng)轎門啟閉，并帶動(dòng)層門啟閉。
(6)安全與門鎖電路電梯安全與門鎖保護(hù)電路的設(shè)置主要是考慮電梯在使用過程中因某些部件質(zhì)量問題、維保不到位、使用不當(dāng)?shù)入娞菰谶\(yùn)行中可能出現(xiàn)的一些不安全因素，或者維修時(shí)要在相應(yīng)的位置上對(duì)維保人員采取確保安全的措施。
(7)呼梯及層站顯示電路呼梯及層站顯示電路的作用是將各處發(fā)出的召喚信號(hào)轉(zhuǎn)送給主控制器，在主控制器發(fā)出控制信號(hào)的同時(shí)把電梯的運(yùn)行方向和層站位置通過層站顯示器顯示。
(8)五方通話電路 圖2-5所示為典型的五方通話裝置系統(tǒng)。在電梯機(jī)房、轎廂、轎頂、底坑的通話裝置分別稱為機(jī)房通話裝置、轎廂通話裝置、轎頂通話裝置、底坑通話裝置。本地通話裝置是指設(shè)置在本地監(jiān)控中心或警衛(wèi)室的通話裝置。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的通話裝置是指普通電話機(jī)。
(9)消防控制電路 消防控制電路的作用是在電梯發(fā)生火警時(shí)，使電梯退出正常服務(wù)狀態(tài)而轉(zhuǎn)入消防工作狀態(tài)。
2.根據(jù)電梯電氣原理圖查找控制柜相關(guān)觸點(diǎn)
1)查找電源電路觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
2)查找主控制電路的觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
3)查找主拖動(dòng)電路的觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
4)查找安全及門鎖電路觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
5)查找抱閘電路觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
任務(wù)準(zhǔn)備
根據(jù)任務(wù)內(nèi)容及任務(wù)要求選用儀表、工具和器材。
任務(wù)實(shí)施
1.查找電梯電氣開關(guān)、觸電等電氣部件的位置
1）查找機(jī)房配電箱、控制柜、曳引電動(dòng)機(jī)、限速器中的電氣開關(guān)，說出它們的名字和作用，并判斷其屬于哪個(gè)回路。
2）查找轎廂中的電氣開關(guān)，說出它們的名字和作用，并判斷其屬于哪個(gè)回路。
3）查找并道和底坑中的電氣開關(guān)，說出它們的名字和作用，并判斷其屬于哪個(gè)回路。
2.根據(jù)電梯電氣原理圖查找控制柜相關(guān)觸點(diǎn)
1）查找電源電路觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
2）查找主控制電路的觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
3）查找主拖動(dòng)電路的觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
4）查找安全及門鎖電路觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
5）查找抱閘電路觸點(diǎn)，并將編號(hào)寫出。
任務(wù)考核
任務(wù)完成后，由指導(dǎo)教師對(duì)本任務(wù)的完成情況進(jìn)行實(shí)操考核。
任務(wù)小結(jié)
本任務(wù)詳細(xì)介紹了電梯電氣控制系統(tǒng)的組成、工作原理及電氣原理圖。通過學(xué)習(xí)本任務(wù)內(nèi)容，學(xué)生可掌握電梯電氣控制系統(tǒng)的組成及工作原理，為電梯電氣控制系統(tǒng)故障診斷與維修打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
