电梯电力拖动基础知识讲解

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1、 电梯的电力拖动 第一节 电梯电力拖动系统的特点、供电及主机控制 一、电梯电力拖动的种类及特点 电梯的电力拖动系统对电梯的起 动加速、稳速运行、制动减速起着控 制作用。拖动系统的优劣直接影响电 梯的起动和制动加速度、平层精度、 乘坐舒适性等指标。 在19世纪中叶以 前直流拖动是电梯的唯一拖动方式， 到20世纪初交流电力拖动才开始在电 梯上得到应用。 目前用于电梯电力拖动系统主要有如下几类 ： 、交流变极调速系统 交流感应电动机要获得二种或三种的转 速，由于它的转速是与其极对数成反比， 因此变速的最简单方法改变电动机定子绕 组的极对数就可改变电动机的同步转速。 该系统大多采用开环方式控制，线路比

2、 较简单，造价较低，因此被广泛用在电梯 上，但由于乘坐舒适感较差，此种系统一 般只应用于额定速度不大于m/s的货梯。 、交流调压调速系统 由于大规模集成电路和计算机技术的发展，使交流 调压调速拖动系统在电梯中得到广泛应用。该系统采用 可控硅闭路调速，其制动减速可采用涡流制动、能耗制 动、反接制动等方式，使得所控制的电梯乘坐舒适好， 平层准确度高，明显优于交流双速拖动系统，多用于 速度2.0m/s以下的电梯。但随着调速技术和电子器件 的发展有被变频变压调速系统淘汰的趋势。 、变频变压调速系统 变频调速是通过改变异步电动机供电电源的频率而调节 电动机的同步转速，也就是改变施加于电动机进线端的电压

3、和电源频率来调节电动机转速。目前交流可变电压可变频率 (VVVF)控制技术得到迅速发展，利用矢量变换控制变频变压 系统的电梯速度可达12.5m/s，其调速性能已达到直流电动机 的水平。且具有节能、效率高、驱动控制设备体积小、重量 轻和乘坐舒适感好等优点，目前已在很大范围内替代了直流 拖动。 、直流拖动系统 直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此具有速度 快、舒适感好、平层准确度高的优点。 电梯上常用的有二种系统：一是发电机组构成的可控硅励磁发电 机电动机系统；二是可控硅直接供电的可控硅电动机系统。前者 是通过调节发电机的励磁来改变电机的输出电压，后者是用三相可控 硅整流器，把交流电变

4、成可控的直流电，供给直流电动机，这样可省 去了发电机组节省能源、降低造价，且结构紧凑。但随着变频变压调 速的发展，目前电梯已很少使用直流拖动。 曳引电梯因其负载和运行的特点，与 其他提升机械相比，在电力拖动方面有下 列特点： 1、四象限运行。虽然电梯与其他提升机械 的负载都属位能负载，但一般提升机械的 负载力矩方向是恒定的，都是由负载的重 力产生。但在曳引电梯中，负载力矩的方 向却随着轿厢载荷的不同而变化，因为它 是由轿厢侧与对重侧的重力差决定的。 增加内容：电动机的工作制 电动机的工作制分为10类 （1）连续工作制S1工作制 （2）短时工作制S2工作制 （3）断续工作制S3工作制 （4）包括

5、启动的断续周期工作制S4工作制 （5）包括电制动的断续周期工作制S5工 作制 （6）连续周期工作制S6工作制 （7）包括电制动的连续周期工作制S7工 作制 （8）包括负载转速相应变化的连续周期工 作制S8工作制 （9）包括负载和转速做周期性变化的工作制 S9工作制 （10）离散恒定负载工作制S10工作制 接电持续率、接电次数和启动次数 1、接电持续率 起重机在一个工作周期中，电气设备有接 电工作时间，也有断电停止时间。接电工 作时间与周期时间的比值叫做接电持续率 。 2、接电次数 工作一次接电一次，接电次数表示工作繁 忙程度。按规定，断续工作周期的时间不 超过10min，每小时至少工作6次。起

6、重机 每小时工作远远超过6次。 3、启动次数 启动是指电动机转速从零启动到额定转速 ，叫全启动；实际使用时并不是都启动到 额定转速，一般启动到较低速就被制动， 叫点车。点车的功率损耗小于全启动，不 有算全启动一次。 异步电动机的主要参数 1、同步转速n0与电机的极对数P、电源频率f 的关系 三相异步电动机有三相定子绕组，每个绕 组由一个线圈组成，三相绕组在空间上彼 此相隔120，可以做星形或三角形联结。 三相绕组接在对称的三相交流电源上，在 定子空间产生旋转磁场。旋转磁场的转向 与三相电流的相序ABC是一致的。若改 变旋转磁场的转向，只要把通往定子绕组 的电流的相序改变，即交换任意电源进线 即

7、可。 电动机定子的三相绕组，两个磁极时 ，一相绕组两个线圈，一个磁极下一个线 圈，共6个线圈，在定子空间每个线圈相差 60布置。如把线圈的数量增加一倍，每相 绕组的4个线圈串联，一个磁极下一个线圈 ，就变成了4极。这12个线圈，在空间上相 隔30， 每当交流变化一周，两极磁场在空间旋转 360，4极磁场只转180。如果是P对极， 交流电流变化一周，磁场在空间旋转了（ 1/P）x360，即磁场在空间旋转了1/P转。 设定子绕组的电流频率为f，旋转磁场 转速为n0，则有 60f n0= P 式中n0同步转速（r/min），为电动机 定子外加电源在定、转子空间形成的旋转 磁场的转速； f电源频率（H

8、z），我国的电源频率 f=50Hz； P极对数； f/P每秒转数r/s； 60常数，来源于60s=1min。 如电动机的型号为YZR180L8，则8为极数， 极对数为4，同步转速为750r/min。 2、转差率S和额定转差率Se （1）转差率 同步转速n0与转子转速n之差，再与同步转速 n0之比，称为异步电动机的转差率，简称转差， S表示，则有 n0-n S= n0 式中，n实际转速（r/min）； n0同步转速（r/min）。 （2）额定转差率Se 额定转速ne时的转差率为额定转差率，用 下式表示： n0-ne Se= n0 异步电动机的机械特性曲线 1、异步电动机的电磁转矩 当异步电动机的

9、定子绕组接通三相电源 后，在定子空间产生旋转磁场。转子与旋 转磁场相对运动（转子导体切割旋转磁场 磁力线），便在转子导线内产生感应电动 势。在此感应电动势的作用下，转子导线 内产生感应电流，称为转子电流。转子电 流在磁场中受力，这些磁力对转轴形成一 个转矩，称为电磁转矩，其作用方向与旋 转磁场旋转方向一致，因此，转子就顺着 旋转磁场旋转方向转动起来。 转子的转速，永远小于旋转磁场旋转速 度n0，如果n=n0，则转子与旋转磁场之间 就不存在相对运动，也就不存在转子导线 切割磁力线，也就不存在感应电动势、感 应电流、电磁转矩。因此，转子总是紧跟 着旋转磁场，以小于同步转速n0的转速n旋 转，所以这

10、类电动机被称为异步电动机。 异步电动机的电磁转矩M为 SE20 M=CI2cos2=C R +（SX20）2 R2 SR2 = CE20 R +（SX20）2 R +（SX20）2 式中C常数，决定于电动机的结构； 电动 机的定子的磁通密度(Wb/m2）; S转差率； X20转子电路的相感抗（）； R2转子电路的相电阻（ ）； E20转子的电路开路电压 （V）。 当外加电压 U及频率f1为定值时 ，式 中、E20和X20都是常数； 与外加电压 U成正比，当外加电压 U一定时是常数； X20是转子还未转动 起来时 的感抗，X20=2f1L2,L2为转 子绕组 每相电感系数，常数；当外加电源频 率

11、f1为定值时 ，X20是常数。E20是转 子电路开路电压 ，是转子还未转动 起 来时的电动势 ，常数；R2为转 子电 路的相电阻，没有外加电阻时，R2也 是常数； 式中的电磁转矩M仅随转差 率S的变化而变化。 根据式中作出的关系曲线，称为M-S 曲线，也叫机械特性曲线。电动 机固 有的、没有改变电源频率、定子端电 压、转子内没有外加电阻时的特性曲 线，称自然特性曲线。 曲线分为两部分：OA和AB部分 ，见图151。 s 在OA部分，S很小，电磁转矩M与转差率S 基本成正比。可以认为这一段是直线。 在AB部分，随S增大，转矩与S成反比减小 。 电磁转矩M由增大到减小的转折点，称为最 大转矩Mma

12、x；此时的转差率称临界转差率 。 电动机运行时，轴上有两种转矩，一是电 动机的电磁转矩M，另一是负载转矩Mf。 当Mf=M时中，电动机稳定运行；当MfM时，电动 机减速运行。 电动 机静止时，接通三相电源，电动 机建 立磁场，产生电磁转矩，此时的电磁转矩 为启动转 矩Mq。当Mq大于负载转 矩时才 能启动，小于负载转 矩时不能启动。 电动 机启动后，沿着BA运行。随着转速的 增大，电磁转矩也有关增大，电动机进一 步加速，经过临界点A进入OA段运行。在 BA段电动机无法稳定 运行，称为不稳定区。 在OA段，随着转速 增大，转矩减少，直到M与Mf1相等时，电 动机稳定运行在C1点。 当电动机轴上机

13、械负载转矩增大为Mf2时， 电动机沿着OA运行，电磁转矩增大；当电 磁转矩M=Mf2时，稳定运行在C2点上。 当电动机轴上机械负载转矩减少为Mf3时， 电动机沿着OA运行，电磁转矩减少；当电 磁转矩M=Mf3时，稳定运行在C3点。所以 AO段为稳定运行区。当Mf增大到超过电动机的 最大转矩Mmax时，运行着的电动机很快停止运 行。 2、额定转矩Me、额定输出功率P、额定转速ne 三者之间关系 电动机额定接电持续率工作时，轴上输出的 最大允许转矩称为额定转矩Me。当电动机的电 磁转矩等于额定转矩时，电动机运行在额定状态 。此时的转速是额定转速ne;转差称为额定转差 Se，电动机输出功率称为额定功

14、率。 电动机的最大转矩Mmax与额定转矩的比值 ，称为过载倍数，用表示： Mmax = Me 式中Mmax电动机的最大转矩（Nm） ; Me电动机的额定转矩（Nm）。 起重用的电动机的值，一般取2.32.8。 什么叫电气制动 电磁转矩作为制动转矩，用来调节电动 机的速度或停止运行，这种非接触式的制 动方式叫电气制动。 机械制动主要用于固定停止位置用的 支持制动和安全制动。电气制动作用是用 于减速制动，不能用于支持制动和安全制 动，不能作为固定停止位置用。 为了使运动的机构迅速而准确地停止 ，或者使下降的重物获得稳定的运行 速度，需要电动机在电气制动状态下 运行。 起重机各机构驱动异步电动机常

15、见的电气制动方法有再生发电制动、 反接制动、能耗制动、单项制动四种 。 再生发电制动 1、再生发电制动的形式 （1）在位能负载作用下产生的再生发电 制动； （2）改变极对数P，改变同步转速 n0=60f/P，使电动机的转速超过它的同步 转速n0，产生的再生作用发电制动； （3）变频调速时，降低电源频率f使电动 机的转速超过它的同步转速n0，产生的再 生发电制动。 2、再生发电制动特点 （1）电动机的转速n高于同步转速n0 ，转子带动旋转磁场转，处于发电状 态。 （2）电动机的电磁转矩M是制动转矩 ，此时电动机处于再生发电制动状态 ； （3）转差S为负值，一般可以在一 0之间。 定子旋转磁场切割转子导体的方向与电 动状态相反，电磁力矩的方向与电动状态 相反，电磁力矩的方向与电动机的旋转方 向相反，成为制动转矩，电动状态时，定 子旋转磁场拉着转子，现在是转子拉着定 子旋转磁场，是发电状态。电动机像一个 与电网并联的发电机，将电能反馈给电网 ，又从电网吸取无功电流作激磁之用。 3、在位能负载的作用下再生发生电制动 电动机定子绕组下降方