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1、2020/8/4,1,第六章 电梯电力拖动系统,主讲:王立忠 时间:2014年4月10日,电梯与自动扶梯技术检验,2,第一节 0,一、拖动系统作用 拖动系统就是给电梯提供源动力的系统。通俗讲就是将电能转换成机械能使电梯运行。 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起、制动加速度、平层精度、乘坐舒适感。,3,第一节 1,二、分类 1.交流变极调速系统: 采用双速或多速电动机做动力,需要变速时改变电机极对数(类似于汽车换档),使用接触器直接控制电动机。起、制动时在回路中串接电阻或电抗器,限制电流改善运行冲击。控制系统简单、造价低、舒适感较差,适
2、用1m/s以下低速电梯及货梯。八十年代前是各电梯公司的主流产品!,4,曳引机,交流双速电梯曳引机 采用变极调速系统,5,第一节 2,二、分类 1.交流调压调速系统: 一般采用双速或带有涡流制动器的电动机作动力,高速绕组电动运行,低速绕组或涡流制动器直流制动,晶闸管闭环或半闭环控制、有较好运行舒适感;平层精度比高;优于双速电梯,适用于中速电梯。但能耗较大、电动机发热较大,所以电动机配有温度保护装置。随着变频技术的出现,属于淘汰型产品。,6,曳引机,调压调速曳引机 双绕组或双速设计,带有强制风冷装置,7,第一节 3,二、分类 3.变频变压调速系统: 采用单速电动机作为动力,使用电力半导体元件供电,
3、对供电电压和频率进行调节,改变电动机转速(属无极调速)。调速性能达到直流电机的水平,运行舒适感好;平层精度高;可提供能量反馈装置;节能环保;是发展的必然。随着变频器的大量应用,造价逐渐降低。缺点成本高、变频系统相对复杂。,8,曳引机,变频调速曳引机 单绕组设计,内涡轮风机冷却。,9,曳引机对比,三类驱动主机比较图,10,第一节 4,二、分类 3.直流拖动系统: 采用交流电动机拖动直流发电机,控制发电机励磁大小,改变发电机输出电压,提供给直流电机动力。或直接控制晶闸管整流对直流电机进行供电。一般用于高速电梯,运行舒适感好;平层精度高。随着变频技术的发展,将被变频控制所取代。主要缺点:使用发电机系
4、统,体积大、能源使用率低、噪声大需经常维护。,11,第一节 5,三、特点 1.电梯的负载情况: 电梯负载随载重量而变化,运转方向随控制需要而改变,对重与轿厢存在重量差别,在不同条件下,电动机处于电动或制动状态且有可控的输出转距,在任何情况下都要有良好机械控制性能。,12,第一节 6,三、特点 2.运行速度与控制: 一般起重机械运行速度在0.1m/s-0.4m/s之间.电梯运行速度关系到电梯运行效率,又要保证良好运行舒适感,因此要求速度调节范围大;速度过渡平滑;加、减速度可控制。目前运行速度最高的电梯是迪拜塔,运行速度达到17.5m/s,其次是台北101大厦,速度达16.84m/s。,13,电梯
5、理想运行曲线,T0 电梯启动加速;F0电梯匀加速; T1 匀加速到稳速运行;T2稳速运行到匀减速;F1匀减速运行;T3匀减速到停止。,14,第一节 7,三、特点 3.控制精度: 电梯对控制精度要求较高。根据国标,双速电梯允许平层误差在15mm,调速电梯允许平层误差5mm。在负载情况经常发生改变的情况下,要达到这种精度需要拖动系统强有力支持。因此电梯拖动要求精度较高。,15,第一节 补充,新技术及其应用 1. 永磁同步电机 同步电机不是新技术,高强永磁体技术的发展带动了电机的革命。永磁同步电机在电梯上的应用就是代表,主要特点为:输出力矩大,多采用无齿轮形式,机械结构简单,可做到免维护运行;无减速
6、箱,传动效率高,省去了加油、换油的麻烦;速度调节范围广且在高速和低速状态下都具有良好的性能;各方面性能指标都接近直流电动机的水平,使用变频器控制,并配备高精度旋编,调速比在1000:1以上,控制精度非常高,非常适合在电梯上应用。 应用时间较短,技术仍需要改进和完善。,16,永磁曳引机,永磁同步曳引机图片,17,第一节 补充,新技术及其应用 2. 能量反馈装置 电梯在制动段电动机处于发电状态,通过能量反馈装置,可将多余能量回馈回电网,在低压回路中被其他用电器使用,提高能源利用率。符合现代绿色环保的时代要求。现在越来越多用户要求配备能量反馈装置,应用到电梯设备中。,18,关于同步无齿上行超速,根据
7、国标9.10.4上行超速保护装置应作用到轿厢、对重、钢丝绳、曳引轮。 原理:同步主机既是电动机也是发电机,通电时产生机械能,不通电有机械能时,向外发电,当电梯不运行时,控制系统短接电机进线(封星),当电动机非正常运转时,所发出的电力被短路,能量消耗在电机绕组的内阻里;另外同步曳引机的曳引轮与电动机同轴,可以看做上行超速保护装置作用在曳引轮上! 试验:在轿厢空载时,强制打开制动器,电梯的向上运行速度会被控制在0.2m/s以下。 检验注意事项:短接电动机的接点,应当有足够的负荷能力,接点容量不足,会造成保护时直接烧毁,使保护装置失效!,19,第一节 8,供电与主机控制 1. 供电 电梯应使用独立电
8、源,由配电间到达电梯机房。 电源的稳定性高,波动范围7%范围内。 照明电源与动力电源分开。紧急情况下,使用后备电池进行紧急照明和通话。,20,第一节 9,供电与主机控制 2. 主开关 每台电梯都应装设一个能切断该台电梯电路的主开关,开关容量应稍大于所有电路的总容量,并具有切断正常情况下最大电流的能力。开关具有稳定的断开和闭合位置。在断开位置能锁住。 各台电梯必须有与曳引机、控制柜对应的明显标识。 不能切断照明电路、通风、报警、插座,相应开关应装设在主开关附近。 漏电保护开关不能应用在变频调速电梯中,开关易发生错误动作。,21,简易配电箱,简易配电箱图片,22,第一节 10,供电与主机控制 3.
9、 井道布线 使用符合标准线材,主回路满足载流量和机械强度要求。 安全回路、门锁回路使用的导线截面积不得小于0.75mm2。 护套线可直接明敷在井道壁上;敷于地面或使用其他线材应穿管或敷设在线槽中。填充面积少于60%。,23,第一节 11,供电与主机控制 4. 随行电缆 随行电缆安装前应消除应力,防止打结和波浪扭曲,安装位置不与其他电梯部件相干涉;(平层板、限速器、行程开关) 轿厢和对重完全压缩缓冲器后,随行电缆不应拖地或拉直;不运动部分应可靠进行固定。 回转半径大于电缆厚度(扁电缆)或直径(圆电缆)的30倍(内控标准) 。,24,第一节 12,供电与主机控制 5. 轿顶、地坑布线 使用符合国家
10、标准的线材; 轿厢加强筋内不得布线; 线路敷设应遵循美观、同路的原则。 维修时,易踩踏部位,不宜布线,必须布线时应穿管或使用线槽防护。,25,第一节 13,供电与主机控制 6. 制动器及主机控制 制动器在动力电源或控制电源失电时,应无延迟自动制动。 切断制动器的电流至少应有两个独立电气装置来实现。 如其中一个主接点未打开,最迟到下一次运行方向改变时,能防止电梯再起动。,26,第一节 14,供电与主机控制 6. 制动器及主机控制 由外电源直接供电的驱动主机,必须由两个独立的接触器切断电源使主机停止运行 必须串联在电源电路中,电梯停止时,若有一个接触器的主触点未打开,则最迟到下次运行方向改变时,必
11、须防止电梯再运行。 由静态元件供电(变频器、调速器)和控制时,采用两个接触器分别切断供电电源和电机电流。,27,第二节 1,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,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
12、动。,28,第二节 2,交流变极调速 检修操作时,只控制低速绕组工作,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!,29,交流电动机的内部结构,30,第三节 1,交流调压调速系统 基本原理: 使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
13、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。,31,第三节 2,1、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
14、,控制电路与双速电梯相同。,32,第三节 3,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。,33,调压调速器图片,米高330调压调速器外形,34,第四节
15、 1,交流变频调速系统 3. 基本原理: 交流电机速度变化与供电频率有直接关系。通过均匀改变电动机供电频率,就可均匀改变电机运转速度,但电网供电频率为固定值(50Hz),因此需要频率变换装置改变电动机供电频率,这个装置就是变频器。 80年代初,由日本三菱公司率先在电梯上应用,其优异的性能;和显著的节能效果;促成了变频控制在电梯领域的广泛应用。,35,变频器实物照片,常用变频器图片,36,第四节 2,变频器工作原理 将供电进行三相整流,通过电容器进行滤波,在直流母线上获得波形较好的直流电。按照三相电的供电原则,控制电力半导体元件有序的导通和关断,在输出侧得到频率经过改变的电压和电流,供给电动机电
16、力。电动机跟随频率的变化,改变运转速度,拖动电梯的运行。 电力半导体控制采用脉宽调制(PWM)技术,使其在开关状态工作,可以降低电能在半导体元件上的损耗,同时可以选用功率较小的半导体元件。,37,变频器主电路,主回路原理图,38,第四节 3,变频拖动电梯 电梯起动时,变频器输出较低频率,并按照给定曲线在一定时间将频率上升至额定频率,电机以额定转速运转。在电机需要减速时,降低输出频率,此时的转差造成电机处于发电状态,发出的电反给变频器,造成直流母线电压升高,变频器系统检测直流母线电压,当高于设定值后,接通制动电阻,消耗掉多余能量,让电动机减速,跟随运行曲线运行。在电动机接近零速时,变频器输出直流制动电压,并维持设定时间,让电机停止运转,随后制动器落闸,电梯停止。,39,第四节 3,变频器驱动信号 1. 方向信号:由控制系统给出,控制变频器输出相序,改变电机运转方向。 2. 速度指令:由控制系统给出,控制变频器输出频率,调节电机运转。速度信号分为两大类型,分别是多段速指令(数字量信号),模拟量速度信号(电压或电流信号)。 3. 速度反馈信号:由与电动机同轴的旋转编码器产生,输