Ajuste de la calidad de conducción del elevador con un VFD

Si se utilizan correctamente, las funciones del software pueden eliminar los efectos de retroceso y aumentar la respuesta del control de velocidad.

Muchas personas dan por sentada la calidad de conducción cuando utilizan un ascensor, pero una conducción suave y con capacidad de respuesta requiere un ajuste preciso de todos los componentes del sistema, como el controlador, el variador de frecuencia (VFD) y los frenos. El VFD puede ser una poderosa herramienta de ajuste para mecánicos cuando se aplica correctamente. Este artículo se centra en las funciones de software disponibles en un VFD de ascensor para dos ajustes principales del ascensor: retroceso y mayor respuesta de control de velocidad.

Rollback

El retroceso puede ocurrir por un breve momento al comienzo del viaje cuando se levanta el freno, aún no se ha iniciado un comando de velocidad y el VFD no ha acumulado suficiente par de retención para evitar que el automóvil se mueva en la dirección del peso. Esto puede sentirse como un golpe por los pasajeros en el automóvil durante el despegue. El retroceso es más notable en los motores sin engranajes de imán permanente que en los motores con engranajes de inducción debido a la menor fricción de arranque de las máquinas sin engranajes. El retroceso se puede diagnosticar visualmente si el controlador del ascensor está ubicado en la sala de máquinas junto con el motor. Sin embargo, en aplicaciones sin cuarto de máquinas (MRL), diagnosticar el retroceso puede ser más difícil porque el motor está fuera de la vista. El software de determinación del alcance del inversor puede ayudar a identificar y ajustar la reversión. La Figura 1 proporciona una representación visual de la reversión utilizando una traza de alcance de cuatro canales que muestra la velocidad de comando (rojo), la velocidad real del motor (azul), el par del motor (verde) y la posición del motor (amarillo).

La posición del motor (amarillo) comienza a desviarse de cero antes de que se dé el comando de velocidad, lo que indica que el freno se ha levantado y no hay suficiente par de retención (verde) para mantener el automóvil a velocidad cero. Se producen varios golpes de torsión en respuesta al movimiento del motor cuando se levanta el freno, lo que puede hacer que los pasajeros sientan un golpe en el despegue.

Hay varias formas de ajustar la reversión. Por ejemplo, la sincronización del comando de velocidad y freno puede ajustarse de manera que el automóvil comience a moverse a medida que se levanta el freno. Si bien esto puede reducir los efectos de la reversión, no aborda la causa raíz y aún no proporciona un despegue suave para los pasajeros. Afortunadamente, dependiendo del fabricante del VFD, se puede utilizar software para eliminar la reversión.

La mayoría de los fabricantes de transmisiones de ascensores tienen algún método para proporcionar un comando de torsión, mientras está bajo el freno o inmediatamente después de que se activa el freno, para eliminar el retroceso. Un método implica el uso de un bucle de control de retroalimentación, que consiste en un coeficiente proporcional e integral que se puede usar para proporcionar al motor un par de retención adecuado, evitando así el retroceso. Cuando se utiliza este método, es necesario mover el automóvil para que la función funcione correctamente. Esto puede parecer contradictorio al principio, pero el movimiento es tan pequeño que no puede ser visto a simple vista (como la polea girando) ni sentido por los pasajeros que viajan en el automóvil. La Figura 2 muestra un rastro del alcance de la acumulación de torque en respuesta al movimiento.

Según la cantidad de movimiento detectado por el codificador del motor, el variador aumentará rápidamente el par (verde) para mantener el motor a velocidad cero. Esto se hace ajustando el coeficiente integral del bucle de control de retroalimentación o ganancia. La respuesta integral acumula error, en este caso, velocidad distinta de cero, a lo largo del tiempo. Los valores de ganancia integral más altos aumentarán el par más rápidamente para adaptarse al error de velocidad distinta de cero hasta que se alcance una situación de estado estable (velocidad cero). Todo esto sucede muy rápido, en un lapso de 0.3-0.5 s, lo que significa que los pasajeros no sienten nada. Este método de proporcionar par cuando el freno se levanta funciona muy bien para la mayoría de las aplicaciones de ascensores, pero su funcionalidad básica, un bucle de control de retroalimentación proporcional e integral (PI), depende del error (movimiento del motor) para funcionar.

Otro método para proporcionar torque implica el uso de un pesador de carga. Un dispositivo de pesaje de carga utiliza sensores para detectar la cantidad de carga en el automóvil y puede proporcionar una respuesta precisa del par de retención en función de diferentes condiciones de carga. Dependiendo del tipo de pesador de carga utilizado, puede conectarse directamente al VFD y transmitir un comando de par a través de una señal analógica, o puede conectarse al controlador, donde se puede aplicar un filtrado adicional; luego, se puede enviar un comando de par resultante al variador a través de la comunicación en serie.

Mayor respuesta de control de velocidad

Para la mayoría de las aplicaciones de ascensores, las ganancias estándar proporcionales, integrales y derivadas (PID) en el circuito de control de retroalimentación en un VFD proporcionan una respuesta de control de velocidad adecuada, pero para algunas aplicaciones de ascensores de alto perfil (edificios de oficinas de alta gama, complejos de apartamentos, etc. .), puede ser necesario realizar ajustes adicionales para lograr la calidad de conducción deseada, como cuando se configura para tiempos agresivos de piso a piso. Un bucle de control de retroalimentación PID tradicional se basa en la retroalimentación del codificador del motor para realizar ajustes de control de velocidad en función de la diferencia entre la velocidad de comando y la velocidad real del motor del codificador. Esta diferencia se llama error. La respuesta del VFD a este error se ajusta mediante ganancias de control de velocidad proporcionales e integrales. Si bien este método de control de velocidad funciona bien, se basa en la retroalimentación del codificador del motor para controlar la velocidad. Para algunas aplicaciones de alto rendimiento, es posible que el control PI tradicional no proporcione la respuesta de control de velocidad deseada. Para este tipo de aplicaciones, se puede utilizar un método de control de velocidad más sofisticado.

El control de par de avance (FFTC) se puede utilizar para proporcionar una respuesta de control de velocidad adicional. FFTC reduce la dependencia de la retroalimentación de velocidad del codificador del motor al predecir lo que hará el sistema, en función de la inercia del sistema, y ​​proporcionar el comando de par requerido en función de esa predicción (Figura 3).

El FFTC se puede activar después de que el VFD haya aprendido la inercia del sistema. Modelando los datos del motor, ysp, y la respuesta del sistema, uff, con la inercia del sistema, se puede hacer una predicción de la respuesta. Se realiza una corrección previa antes de recibir la retroalimentación del codificador del motor, lo que reduce la cantidad de error. Este método de control de velocidad proporciona una respuesta más precisa con menos dependencia de las ganancias proporcionales e integrales.

Para mostrar cuán efectivo puede ser el FFTC, se configuró un motor desafinado con ganancias de control de baja velocidad y FFTC apagado en un entorno de laboratorio de I + D controlado. No se realizaron ajustes adicionales al motor. La Figura 4 muestra una traza del alcance de la velocidad de comando (rojo), la velocidad real del motor (azul), la corriente del motor (amarillo) y el par del motor (verde) de una carrera de ascensor simulada.

Hay cantidades significativas de sobreimpulso y subimpulso tanto en las partes de aceleración como de desaceleración del perfil (marcadas con un círculo). Además, estas áreas de subimpulso y sobreimpulso corresponden a grandes golpes de torsión que pueden afectar negativamente la calidad de conducción.

A continuación, para mostrar el impacto del uso de FFTC, se aprendió la inercia del sistema y se activó FFTC. Se realizó la misma ejecución y se determinó el alcance (Figura 5).

La activación de FFTC reduce drásticamente el subimpulso y el sobreimpulso que estaban presentes en las partes de aceleración y desaceleración del perfil. Además, la magnitud de los golpes de torsión es mucho menor, con transiciones de torsión más suaves que brindan una conducción mucho más cómoda. Si bien este es un caso exagerado y se realizó en condiciones de laboratorio, muestra el principio básico y el impacto que la FFTC puede tener en el control de velocidad del ascensor.

Se puede ajustar un filtro de paso bajo para mejorar aún más la calidad de conducción. Cuando el perfil de velocidad es generado externamente por el controlador, aumentar el tiempo de muestreo del filtro de paso bajo puede ayudar a reducir cualquier efecto no deseado causado por puntos de inflexión discontinuos en el perfil de velocidad generado por el controlador. Además, FFTC también presenta un valor de ganancia que puede usarse para fortalecer o debilitar su respuesta.

En general, la activación de FFTC hace que el sistema de ascensores responda mejor. Las ganancias de velocidad tendrán menos efecto y se puede mantener un control de velocidad adecuado en un rango más amplio de ganancias. FFTC funciona bien en aplicaciones que presentan perfiles de control de velocidad agresivos y aplicaciones que exhiben una alta fricción de arranque, como las máquinas de inducción con engranajes.

El VFD del elevador es una poderosa herramienta de ajuste que puede brindar soluciones a dos problemas comunes de calidad en el recorrido del elevador. La reversión se puede eliminar mediante un bucle de control PI en el VFD. También se pueden utilizar herramientas adicionales, como pesas de carga, para eliminar el retroceso. FFTC puede proporcionar una respuesta adicional para lograr la calidad de conducción deseada en aplicaciones de elevadores altamente dinámicos. Los ajustes adicionales, como los filtros de paso bajo y las ganancias, pueden afinar el viaje para obtener la mejor experiencia posible para el pasajero.