电梯电力拖动系统

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1、电梯的电力拖动系统 拖动系统是电气部分的核心 电梯的运行是由拖动系统完成的 轿厢的上下 启动 加速 匀速运行 减速 平层停车等动作 完全由曳引电动机拖动系统完成 电梯运行的速度 舒适感 平层精度由拖动系统决定 电力拖动系统组成 曳引电动机 供电系统 速度反馈装置 电动机调速装置 电梯的电力拖动系统应具有如下功能 有足够的驱动力和制动力 能够驱动轿厢 轿门及厅门完成必要的运动和可靠的静止 在运动中有正确的速度控制 以保证有良好的舒适性和平层准确度 动作灵活 反应迅速 在特殊情况下能够迅速制停 系统工作效率高 节省能量 运行平稳 安静 噪音小于国标要求 对周围电磁环境无超标的污染 动作可靠 维修量

2、小 寿命长 轿厢升降运动的常见电力拖动方式可以表示如下 第二节电梯的速度曲线 一 对电梯快速性的要求电梯作为一种交通工具 对于快速性的要求是必不可少的 快速可以节省时间 这对于处在快节奏的现代社会的乘客是很重要的 快速性的获得方法 1 提高电梯额定速度2 集中布置多台电梯3 尽可能减少电梯启 停程中的加 减速时间 二 对电梯舒适性的要求 1 由加速度引起的不适2 由加速度变化率引起的不适 三 电梯的速度曲线 第三节电梯的负载机械特性 一 负载的转矩特性 负载的转矩特性是指生产机械的转矩与转速之间的关系即 n f TL 1恒转矩负载特性恒转矩负载是指负载转矩为常数 其大小与转速n无关 恒转矩负载

3、分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载 1 反抗性恒转矩负载特性 特点 恒值负载转矩Tf总是与转速nf的方向相反 即作用方向总是阻碍运动的方向 当正转时nf为正 Tf与nf方向相反 应为正 即在第一象限 当反转时nf为负 Tf与nf方向相反 应为负 即在第三象限 当转速nf 0时 外加转矩不足以使系统运动 根据作用力与反作用力原理 这时反抗力负载转矩大小和方向取决于外加转矩的大小和方向 即与外加转矩大小相等 方向相反 负载转矩特性应与横轴重合 例如轧机 机床刀架平移机构等 反抗性恒转矩负载特性 a 实际特性 b 折算后的特性 2 位能性恒转矩负载特性 特点 Tf的方向与nf的方向无关 Tf具有固

4、定不变的方向 例如 起重机的提升机构 不论是提升重物还是下放重物 重力的作用总是方向朝下的 即重力产生的负载转矩方向固定 例如 起重机的提升机构 不论是提升重物还是下放重物 重力的作用总是方向朝下的 即重力产生的负载转矩方向固定不变 故在第一和第四象限 位能性恒转矩负载特性 a 实际特性 b 折算后的特性 一 静态负载机械特性 二 动态负载机械特性 当电梯起动加速或停车前制动减速时 由于速度的变化将引起动态负载转矩 为了得到较好的舒适感 要求轿厢按预定的速度曲线平滑地改变梯速 又由于电梯设有对重 使传动系统的惯性增大 飞轮矩GD2较大 从而使动态转矩增大 通常电梯动态转矩可达最大静态转矩的1

5、5 3倍 因此在研究电梯运行的动力学问题时 有必要将电梯的动态负载转矩绘制成动态负载机械特性曲线 三 电梯的负载机械特性 将电梯的静态负载机城特性与动态负载机械特性相叠加得到电梯负载机械特性 见图3 12 直流调速系统1 基本原理 根据直流电机的特性 电机转速与电压成正比 给定电压越高 电机转速也就越高 控制电机电压就控制了电机转速 早期直流电梯以交流电动机作为源动力 拖动直流发电机 控制直流发电机励磁 改变发电机输出电压的形式 实现以小功率控制大功率目的 原因所在是电力半导体技术的不成熟 现代直流控制 舍去了直流发电系统 直接采用晶闸管调节输出电压 控制直流电机运行 第五节直流电梯电力拖动方

6、式 直流电梯的运转早期源动力交流电动机始终运转 直流发电机没有励磁 发电机输出电压为零 需要起动电机时 励磁电压不断增加到设定值 发电机既发出不断增高到额定值得电压 驱动直流电机运转 达到额定速度 需要减速时 发电机励磁不断减小 电动机随之跟随减速直至停止 现在使用晶闸管或脉宽调速的直流电机则是由控制电路 依据电梯运行速度要求 逐渐减小晶闸管的导通角或脉宽宽度 增加输出电压 使直流电机速度随之增加 需要减速时 增大控制电路晶闸管的导通角 减小输出电压 降低电机转速 直到停止 直流电动机结构 直流驱动优缺点 优点 调速性能优异 机械特性硬 缺点 电动机结构复杂 经常需要检查维护 存在励磁系统耗费

7、较多能量 系统庞大 占据较多使用空间 所以目前在市场上除部分存量电梯外 新增电梯几乎没有 基本被市场淘汰掉 二 直流电动机的调速方法 下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍 从直流他励电动机机械特性方程式 可知 改变串入电枢回路的电阻Rad 改变电枢供电电压U或主磁通 都可以得到不同的人为机械特性 从而在负载不变时可以改变电动机的转速 以达到速度调节的要求 故直流电动机调速的方法有以下三种 1 改变电枢电路外串电阻Rad 直流电动机电枢回路串接电阻后 可以得到如图所示的一簇机械特性 从特性可看出 在一定的负载转矩TL下 串入不同的电阻可以得到不同的转速 如在电阻分别为Ra R1 R2

8、R3 的情况下 可以分别得到稳定工作点A C D和E 对应的转速为nA nB nC nD 2 改变电动机电枢供电电压U 如图所示特性为改变电枢供电电压U调速的特性 从特性可看出 在一定的负载转矩TL下 电枢外加不同电压可以得到不同的转速 如在电压分别为UN U1 U2 U3的情况下 可以分别得到稳定工作点a b c和d 对应的转速为na nb nc nd 即改变电枢电压可以达到调速的目的 3 改变电动机主磁通 如图所示曲线为改变电动机主磁通 调速的特性 从特性可看出 在一定的负载功率PL下 不同的主磁通 N 1 2 可以得到不同的转速na nb nc 即改变主磁通 可以达到调速的目的 4 直流

9、电动机的调速 改变磁通调速的优点是调速平滑 可做到无级调速 调速经济 控制方便 机械特性较硬 稳定性较好 但由于电动机在额定状态运行时磁路已接近饱和 所以通常只是减小磁通将转速往上调 调速范围较小 改变电枢电压调速的优点是不改变电动机机械特性的硬度 稳定性好 控制灵活 方便 可实现无级调速 调速范围较宽 可达到6 10 但电枢绕组需要一个单独的可调直流电源 设备较复杂 电枢串联电阻调速方法简单 方便 但调速范围有限 机械特性变软 且电动机的损耗增大太多 因此只适用于调速范围要求不大的中 小容量直流电动机的调速场合 电枢单向供电 励磁双向供电的直流电梯 二 电枢电路由两组反并联的三相全波可控整流

10、器供电的SCR M直流电梯 第六节交流双速电梯拖动方式 我国在20世纪60 70年代生产的电梯 绝大部分是交流双速电梯 80年代生产的电梯也有相当数量的双速电梯 在当前运行的电梯中有一定数量是属于这种拖动方式的 交流双速电梯的拖动系统结构简单 技术简单 运行舒适感较差 额定梯速一段在1m s以下 这种电梯通常采用继电器控制 故障率较高 越来越不适应现代社会的需求 目前产量逐年降低 被交流调速电梯替代 今后交流双速拖动方式将主要用于货梯或客货两用梯中 控制部分也将由有触点控制改为无触点控制 提高其运行可靠性 前几年掀起的一股电梯改造热 其主要对象就是这一批交流双速电梯 将其继电器控制部分改造成可

11、编程序控制器控制 以提高其可靠性 将其双速拖动方式改造为调压调速或变频调速拖动方式 以提高其运行舒适感和平层准确度 一 三相异步电动机的调速方法 如在一定负载下 欲得到不同的转速 可以由改变Tmax Sm p和f四个参数入手 则相应地有如下几种调速方法 1 调压调速 改变电源电压时的人为机械特性如图所示 2 转子电路串电阻调速 原理接线图和机械特性如图所示 原理接线图 机械特性 3 改变磁极对数调速 根据n0 60f p可知 同步转速n0与磁极对数p成反比 故可改变磁极对数p即可改变电动机的转速 常见的接线方法有以下两种 4 变频调速 改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示 异步电动机的转速

12、正比于定子电源的频率f 若连续地调节定子电源频率 即可实现连续地改变电动机的转速 交流变极调速系统改变电机磁场极数达到改变电机转速的目的 属于间歇式工作状态 电机转速 60 电源频率 极对数电机结构为双绕组设计 分别设有高速绕组和低速绕组 正常运行采用高速绕组 电源通过方向接触器 快速接触器 串接电抗器 电阻器作用到电动机 接近额定转速时 短接起动元件 使电源直接作用电动机 电梯需要减速时 断开高速绕组 接通低速绕组 串接电抗 电阻再生发电制动 减速至接近低速额定速度时 短接起动元件 电源直接作用低速绕组 运行到平层位置时 所有接触器断电 制动器制动 交流变极调速检修操作时 只控制低速绕组工作

13、 禁止高速绕组工作 一般情况下不允许慢车绕组长时间通电运行 电机起动时 无论高速还是低速 都需要起动元件串接在电路中 降低起动电流 改善起动 减速时的冲击 提高运行舒适感 降低对电网的影响 根据标准要求 上下行接触器 快慢车接触器应加有机械互锁装置 防止接触器同时吸合 看原理图 如果出现上述情况 相当于电梯电源直接短路 交流电动机的内部结构 变极的实现主要有如下两种做法 一是双绕组变极 一是单绕组变极 一 双绕组变极这种方法比较简单 它是在电机定子槽内嵌入两套定子绕组 它们各自独立 具有不同的极对数 当接入一个绕组时 电机具有一种同步转速 当接入另一个绕组时 电机则具有另一种同步转速 双绕组变

14、极电机由于两套绕组彼此独立 因此可以分别设计 选用不同截面的导线 各自独立的匝数 独立的节距等等 因此两套绕组都比较合理 但是由于这两套绕组都要嵌放在定子槽内 槽的空间就显得紧张了 往往槽要开得大一些 而槽大了就会减小齿截面 又会影响磁通量 因此也要统筹考虑绕组和铁心的合理参数 实现最佳配合 电梯中常用的一种双绕组变极电机极数为6极 24极 接线方式为Y Y 使用时需要哪种转速就将相应的绕组接入电源即可 但需要注意的是 不能将两套绕组同时接人电源 也不能在一套绕组工作时将另一套绕组短路闭合 否则将造成电机的损坏 二 单绕组6 24极变速电机用作电梯曳引电机的主电路 交流调压调速系统基本原理 使

15、用晶闸管控制电机起动电压 使电梯稳定加速 需要减速时采用能耗制动方式 降低电机转速 具有速度测量装置 将电机转速信号反馈到调速装置 调速装置内部产生运行曲线 与反馈曲线进行比较 依据差值运算 控制电机电动还是制动 测速装置一般使用测速发电机 旋转编码器或光电码盘 应用测速发电机一般是模拟控制系统 采用运放作为主要元件 采用码盘或旋编的一般为数字控制系统 采用微处理器作为中心元件 第七节交流调压调速电梯拖动方式 1 简易交流调速 半闭环 使用交流双速电机 电梯快车起动串接电抗器 需要减速时 起动直流能耗控制系统 将可控制直流电施加到电动机低速绕组 控制电机减速停止 系统通常配有码盘计数系统 从减

16、速点到停止点有固定距离 考虑到负载变化 通常在电机轴上增加飞轮 进行储能 同时电梯起动时飞轮可降低机械冲击 检修运行直接使用慢车绕组 控制电路与双速电梯相同 全闭环交流调速系统速度反馈装置贯穿整个电机控制 由调速装置精准控制电机运行 起动时 调速器依据内部运行曲线给电动机输出电压 通过速度反馈信号 靠改变调速器输出电压使电动机起动 并按照内部曲线运行 需要减速时 调速装置向电动机低速绕组或涡流制动器内接入可控直流电 使电机稳定减速 按照内部曲线运行 如果减速度不够 将加大直流电的强度 如果减速度太大就减小直流电的强度 甚至直接起动电动环节增加电机速度 直至能跟随曲线运行 总之 在整个电机运行中 调速器始终监控和调节电机的运转 控制精度较高 图3 33交流异步电动机调压调速机械特性a sm 1b sm 1 二 调压电路 图3 34三相调压电路 三相星形调压 图3 36调压电路的输出相电压波形分析 Y接 cos 1 a 30 b 60 c 90 d 120 二 交流电梯调压调速的特点 一 在电梯中采用调压方法的目的在交流调速电梯中采用调压方法的目的简单地说就是为了实现电梯运行的速度曲线 获