فناوری جدید در همه جا خود را نشان می دهد، از جمله در آسانسورها و پله برقی هایی که همه ما برای رسیدن به طبقات ساختمان های تجاری، مراکز خرید، مجتمع های آپارتمانی و کاندومینیوم از آنها استفاده می کنیم. نزدیک به 20 میلیون آسانسور و پله برقی در سراسر جهان در حال فعالیت هستند و تعداد تاسیسات به طور قابل توجهی در حال افزایش است. در سال 2021، تعداد تاسیسات جدید از یک میلیون واحد فراتر رفت. محرک های بازار شامل رشد جمعیت شهرها است که به ساختمان های آپارتمانی و ساختمان های اداری بیشتری نیاز دارد. سایر درایورها شامل افزودن حسگر هوشمند و اتصال بی سیم برای کاهش زمان توقف برنامه ریزی نشده و افزایش راحتی کاربر است.

 انرژی و هزینه ها را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. به عنوان مثال، روشنایی LED قدرت مورد نیاز برای روشنایی آسانسور را کاهش می دهد و سنسورهای اشغال برق را هنگامی که آسانسور بیکار است قطع می کنند. مهمتر از همه، موتورهای احیا کننده می توانند مصرف انرژی را تا 35 درصد کاهش دهند و در هنگام پایین آمدن آسانسور انرژی را جذب کنند و نیرو را به سایر سیستم های ساختمان منتقل کنند.

علاوه بر اطمینان از قابلیت اطمینان بالا برای محصولی که باید 24 ساعت شبانه روز و هفت روز هفته کار کند، الکترونیک اضافی طراحان را برای محافظت از مدارهای حساس در برابر تهدیدات محیطی خارجی به چالش می کشد. علاوه بر این، طراحان با چالش کاهش مصرف انرژی در مقایسه با طراحی های قدیمی آسانسور روبرو هستند.

این مقاله بر روی طراحی ایمن و کارآمد آسانسور تمرکز دارد و به مهندسین طراح راه حل هایی برای محافظت در برابر شرایط جریان اضافه، گذراهای ولتاژ اضافه، شرایط دمای بیش از حد و تخلیه الکترواستاتیک (ESD) ارائه می دهد. علاوه بر این، این مقاله اجزایی را توصیه می کند که می توانند کارایی طراحی را بهبود بخشند و هزینه های انرژی را کاهش دهند. این توصیه‌ها طراحان را قادر می‌سازد تا آسانسورهای قوی، قابل اعتماد، ایمن و کم‌مصرف را توسعه دهند.

طراحان باید از قابلیت اطمینان پنل کنترل برق آسانسور و کابین آسانسور اطمینان حاصل کنند. پاراگراف های زیر به مقاوم سازی این دو عنصر آسانسور در برابر خطرات الکتریکی و بهره وری انرژی می پردازند.

توصیه هایی برای یک پنل کنترل قدرت آسانسور قوی و کم مصرف

بیایید با طراحی تابلوی کنترل برق آسانسور شروع کنیم. مثال در شکل 1 تابلوی کنترل برق آسانسور را نشان می دهد. بلوک های اطراف پانل کنترل اجزای توصیه شده ای را برجسته می کنند که حفاظت مدار، سنجش و کنترل کارآمد را فراهم می کنند. اجزای کنترل می توانند به کاهش مصرف انرژی و صرفه جویی در انرژی کمک کنند.

محافظت از مدار پانل کنترل در برابر جریان اضافی و شرایط اضافه ولتاژ بلوک حفاظت ورودی

بلوک Input Protection به برق AC متصل می شود. شبکه برق متناوب این ظرفیت را دارد که در صورت وقوع جریان بیش از حد، جریان بالایی را به یک بار، مانند پانل کنترل آسانسور، برساند. علاوه بر این، گذراهای ولتاژ با توان بالا که بر روی خط برق AC توسط رعد و برق و موتورهای بزرگ القا می‌شوند، می‌توانند به بلوک حفاظت ورودی پانل کنترل ضربه بزنند.

برای حداکثر ایمنی، پانل کنترل را در برابر ظرفیت جریان بالای خط برق AC با یک فیوز سریع الاثر محافظت کنید. برای اطمینان از اینکه فیوز می تواند به درستی کار کند، فیوزی را انتخاب کنید که ولتاژ آن بیشتر از حداکثر ولتاژ ممکن خط برق AC باشد. همچنین، فیوزی با درجه قطع جریان بالا انتخاب کنید تا فیوز گسترش یابد و اجازه ایجاد قوس در شرایط جریان بیش از حد را ندهد. فیوز را در یک نگهدارنده فیوز با درجه بندی مشابه فیوز نگه دارید تا عملکرد فیوز کاهش نیابد.

یک MOV را برای جذب ایمن ولتاژ گذرا منتشر شده در خط برق AC در نظر بگیرید. یک MOV را بررسی کنید که بتواند حداقل یک پالس گذرا 6000 A و حداقل 400 ژول انرژی گذرا را تحمل کند. طراحان می توانند با انتخاب یک MOV با عنصر حرارتی داخلی که اگر مدت زمان گذرا باعث ایجاد شرایط گرمای بیش از حد شود، قطعه را باز کند، مطمئن شوند که MOV به درستی کار می کند.

بلوک منبع تغذیه کمکی

منبع تغذیه کمکی ولتاژ خط AC را برای تغذیه کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) و سایر بلوک های DC به DC تبدیل می کند. طراحان می توانند از این مدار در برابر هر بخشی از ولتاژ گذرا که از بلوک حفاظت ورودی عبور می کند با یک دیود سرکوبگر ولتاژ گذرا (TVS) محافظت کنند. دیودهای TVS از نیمه هادی ها در منبع تغذیه کمکی و بلوک های جریان پایین دست محافظت می کنند. دیودهای TVS زمان پاسخگویی زیر یک نانوثانیه دارند. به دنبال دیودهای TVS باشید که می توانند حداقل 200 وات برق گذرا را با خیال راحت جذب کنند.

بلوک اینورتر

اینورتر قدرت را برای به حرکت درآوردن موتور بالابر AC فراهم می کند. استفاده از یک فیوز پرسرعت و یک دیود TVS را برای محافظت از اجزای نیمه هادی قدرت در برابر تغییرات گذرا ناشی از موتور در نظر بگیرید. فیوزی با ویژگی I2t کم انتخاب کنید تا انرژی گرمایی ناشی از برخورد به قطعات به حداقل برسد. یک دیود TVS اضافه کنید تا ولتاژهای گذرا را به سطوح ایمن ببندید. اطمینان حاصل کنید که دیود TVS می تواند تا 600 وات حداکثر توان پالس را با خیال راحت جذب کند.

ارائه حفاظت در برابر دمای بیش از حد

در بلوک مدار اینورتر، دمای نیمه هادی های پرقدرت را کنترل کنید تا از شرایط فرار حرارتی جلوگیری کنید. به دنبال ترمیستورهای NTC با پاسخ حرارتی سریع باشید. اطمینان از قابلیت اطمینان بالا با ترمیستورهایی که به صورت هرمتیک مهر و موم شده اند و می توانند تا دمای 220 درجه سانتیگراد کار کنند.
تضمین حفاظت ESD

بلوک‌های مداری که با محیط خارجی ارتباط دارند، مانند رابط کاربری و رابط ارتباطات بی‌سیم، در معرض ESD هستند. دیودهای TVS با زمان پاسخ دهی بسیار سریع خود، گزینه های عالی برای سرکوب ESD از کاربر یا محیط خارجی هستند. برای رابط کاربری، آرایه دیود TVS را، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، در نظر بگیرید تا از پنج خط داده با یک جزء کوچک محافظت کند. از یک دیود TVS با انطباق با IEC 61000-4-2 استفاده کنید تا امکان جذب ESD کافی فراهم شود.

در بلوک Wireless Communication که اطلاعات وضعیت آسانسور را ارسال می کند، گزینه های حفاظت ESD شامل دیود TVS یا سرکوبگر ESD پلیمری است. شکل 4 یک دیود TVS دو طرفه را برای محافظت در برابر ESD هر دو قطبی نشان می دهد. اگر از دیود TVS استفاده می کنید، بر اساس ظرفیت دیود انتخاب کنید تا اعوجاج سیگنال ارسالی به حداقل برسد. دیودهای TVS با ظرفیت کمتر از 1.0 pF در دسترس هستند. جایگزین، سرکوبگر ESD پلیمری، می تواند در برابر ضربه ESD بالاتر، تا 30 کیلو ولت مقاومت کند و می تواند ظرفیت خازنی زیر 0.1 pF داشته باشد. شکل 5 یک نمونه شماتیک از یک سرکوبگر ESD پلیمری را نشان می دهد.

ترکیب عملکرد قابل اعتماد

از کلیدهای لمسی با عمر طولانی در مدار دکمه های Floor Call استفاده کنید. سوئیچ ها باید بازخورد لمسی کافی داشته باشند، بنابراین کاربران می توانند احساس کنند که دکمه فعال شده است. سوئیچ هایی را با عمر نامی حداقل 200000 عملیات انتخاب کنید و توجه داشته باشید که سوئیچ ها با طول عمر نامی حداکثر 10 میلیون عملیات در دسترس هستند. سوئیچ های دارای خواص آب بندی هرمتیک و مقاومت در برابر خوردگی را برای افزایش قابلیت اطمینان بیشتر بررسی کنید.

بلوک سنسور نشانگر طبقه زمانی که آسانسور به سطح یک طبقه می رسد را تشخیص می دهد. یک سنسور مجاورتی با عملکرد مغناطیسی می تواند این نیاز را برآورده کند. برای عمر طولانی و حداکثر قابلیت اطمینان، یک سنسور مهر و موم شده هرمتیک انتخاب کنید.

به حداکثر رساندن صرفه جویی در انرژی

آسانسورها مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می کنند و آسانسورهای کم مصرف می توانند مقدار قابل توجهی از هزینه های آب و برق را برای مالک ساختمان صرفه جویی کنند. هر چه آسانسور بازده انرژی بیشتری داشته باشد، مزیت رقابتی آن در بازار بیشتر خواهد بود. طراحان با چالش به حداکثر رساندن بهره وری انرژی روبرو هستند.

بلوک یکسو کننده مداری است که فرصتی برای کاهش مصرف برق ارائه می دهد. پکیج های دیود یکسو کننده در دسترس هستند که هم دارای افت ولتاژ رو به جلو کم و هم جریان نشتی کم هستند. بسته‌هایی با مدار کنترلی نیز موجود است که می‌تواند با استفاده از انرژی بازیابی شده از ترمز موتور بالابر، انرژی را به شبکه برق بازگرداند.

منبع تغذیه کمکی مدار دیگری است که می تواند مصرف انرژی بیشتری داشته باشد. با استفاده از توپولوژی حالت سوئیچ با ماسفت های SiC، طراح می تواند به یک مبدل AC-DC با کارایی بالا دست یابد. برای به حداقل رساندن تلفات برق در ماسفت و امکان سوئیچینگ با فرکانس بالا، از ماسفت SiC با RDS(ON) کم، شارژ گیت کم و ظرفیت خروجی کم استفاده کنید.

کارایی ماسفت را با یک تراشه درایور گیت بهینه کنید که موارد زیر را فراهم می کند:

سیگنال های روشن و خاموش سریع برای کنترل ماسفت،

مدار بایاس گیت منفی خاموش شدن سریع ماسفت را امکان پذیر می کند و

صرفه جویی بیشتر در انرژی و پیچیدگی مدار ساده با یک بسته واحد.

بلوک مدار Gate Driver نیمه هادی های اینورتر قدرت را کنترل می کند. از یک درایور گیت با قدرت بالا استفاده کنید. چیپست های درایور دو گیت می توانند حداکثر جریان 30 آمپر را تامین کنند و با ولتاژهای 5 ولت تا 35 ولت کار کنند. همچنین به دنبال درایوهای گیت باشید که کمترین انرژی را با جریان های تغذیه حدود 10 میکروآمپر مصرف می کنند.

مدار چهارمی که طراحان می توانند در مصرف انرژی صرفه جویی کنند مدار اینورتر است. در این مدار، طراحان می توانند از ترانزیستورهای قدرت IGBT برای انتقال نیرو به موتور استفاده کنند. با در نظر گرفتن IGBT با VCE کم (SAT) و شارژ گیت کم، حداکثر کارایی درایو را تضمین کنید.

توصیه هایی برای یک سیستم کابین آسانسور قوی و کم مصرف

با بهینه سازی پانل کنترل قدرت برای حفاظت قوی و بهره وری انرژی، طراح باید کار طراحی آسانسور را با اعمال همان ملاحظات توسعه در کابین آسانسور تکمیل کند. شکل 6 نمونه ای از کابین آسانسور را نشان می دهد، و بلوک های متنی اطراف نشان می دهد که در آن فناوری حفاظت و صرفه جویی در انرژی می تواند اعمال شود. شکل 7 بلوک دیاگرام سیستم کابین را نشان می دهد. جدول مجاور اجزای توصیه شده ای را فهرست می کند که حفاظت از مدار سیستم کابین، ایمنی و بهره وری انرژی را فراهم می کند.

حفاظت از کابین آسانسور

برای محافظت از سیستم کنترل کابین در برابر شرایط اضافه جریان و اضافه ولتاژ ناشی از خط برق AC، از فیوز و MOV در مدار حفاظت ورودی استفاده کنید. برخلاف صفحه کنترل، فیوز تاخیر زمانی را در مدار حفاظت ورودی سیستم کنترل کابین در نظر بگیرید. فیوز تاخیر زمانی از خاموش شدن مزاحم ناشی از جریان های هجومی جلوگیری می کند.

اطمینان حاصل کنید که موتور در از گرمای بیش از حد محافظت می شود. از ترمیستور NTC برای نظارت بر دمای موتور درب استفاده کنید.

مدارهای ارتباطات سیمی و ارتباطات بی سیم باید از آرایه های دیود TVS برای محافظت از اجزای نیمه هادی در برابر ضربه های ESD استفاده کنند. مانند مدار ارتباطات بی سیم پانل کنترل برق، طراحان می توانند به جای دیود TVS، یک سرکوبگر ESD پلیمری را انتخاب کنند.

ترکیب قابلیت اطمینان و ایمنی

در بلوک مدار روشنایی، صدا و سایر خروجی ها، رله های حالت جامد ایزوله نوری را برای محافظت از کاربران و پرسنل خدمات در برابر مدارهای ولتاژ بالا در نظر بگیرید. به دنبال رله هایی با محدودیت جریان فعال و محافظ خاموش شدن حرارتی باشید.

استفاده از یک سنسور مغناطیسی را برای تشخیص موقعیت درب در مدار سنسور باز و بسته کردن درب در نظر بگیرید. سنسورهای مهر و موم شده هرمتیک طول عمر بیشتری را برای اطمینان بیشتر ارائه می دهند.

در مدار ورودی دکمه، از یک کلید با عمر طولانی مشابه با کلید توصیه شده برای مدار Floor Call در مدار کنترل برق استفاده کنید. سوئیچ های لمسی با عمر طولانی می توانند تا 10 میلیون کارکرد داشته باشند. همچنین سوئیچ هایی را در نظر بگیرید که دارای گزینه هایی برای روشنایی هستند و از ورود آب و گرد و غبار محافظت می شوند.

طراحی در بهره وری انرژی

فرصت هایی برای بهبود بهره وری انرژی در سیستم کابین آسانسور وجود دارد. با استفاده از ماسفت های قدرت که به منبع سوئیچ امکان سرعت سوئیچینگ بالایی را می دهد، کارایی را در مدار برق کمکی به حداکثر برسانید. سوئیچینگ با سرعت بالا استفاده از اجزای القایی کوچکتر را امکان پذیر می کند که می تواند باعث صرفه جویی در فضا و هزینه برد مدار شود. 

مدار آشکارساز حرکت در مدار سنسور اشغال امکان تشخیص و اطلاع از حضور افراد در آسانسور را فراهم می کند. طراحان می توانند از آشکارسازهای حرکت فشرده با میکروکنترلرهای یکپارچه برای ساده سازی تشخیص حرکت و پردازش داده ها استفاده کنند. داده های مدار به میکروکنترلر سیستم کابین اطلاع می دهد که مدارهای برق آسانسور می توانند خاموش شوند.

دستیابی به یک آسانسور قوی و قابل اعتماد با بهره وری انرژی

یک پروژه آسانسور قابل اعتماد، قوی، ایمن و کم مصرف چالش های زیادی را برای مهندس طراح ایجاد می کند. این مقاله پیشنهاداتی برای اجزایی ارائه می دهد که می توانند به طراح در دستیابی به این اهداف کمک کنند.

خوشبختانه، طراحان می توانند برای صرفه جویی در زمان و هزینه های توسعه، از مهندسان برنامه سازنده قطعه کمک بگیرند. آنها تخصص لازم برای ارائه خدمات فنی از جمله:

انتخاب جزء مقرون به صرفه

راهنمایی در مورد استانداردهای ایمنی قابل اجرا

تست قبل از انطباق (ارائه شده توسط برخی از سازندگان قطعات) برای کمک به شناسایی مشکلات قبل از ارائه طرح برای آزمایش انطباق رسمی.

استفاده از اجزای حفاظتی، کنترلی و سنجش توصیه شده، آسانسور قابل اعتماد، ایمن و کم مصرف را تضمین می کند.