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1、1,第一节 电梯电气系统的发展过程,一电梯的诞生 鼓轮式电梯：（美国）以蒸汽机为动力的卷扬机 年；以蒸汽机为动力的装有安全装置的载人升降机年 曳引式电梯：其结构特点是，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端是与轿厢连接，另一端是与对重连接，随电动机驱动曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力，使轿厢与对重做一升一降的相反运动。 世纪初，美国,2,3,电气系统的发展 交流双速变极调速电梯随电机拖动技术的发展，通过变换电动机极数的调速方法 交流变压变频（VVVF）调速电梯 20世纪80年代调压调频技术应用在电梯领域 今天，电梯进入了一个使用需求和新技术应用全面发展时期，随着智能化、信息化的兴起，电梯已不只
2、是完成垂直运输的基本功能，还要以人为本，提高安全性、舒适性，特别是从运行控制的智能化、要实现合理配置和使用、远程监控与故障诊断、节能以及减少污染等多方面要求。,4,第二节 电梯的现状,当今在工业发达国家，电梯使用很普遍。电梯技术以及使用状态和生产数量，也体现了一个国家现代化工业程度的高低。 在全球，大约有近900万台的电梯在使用，同时每年以30万台的需求量增加着。国际上著名的电梯公司：美国的OTIS公司，瑞士的迅达公司、日本的三菱和日立公司、芬兰的KONE公司、德国的蒂森、日本的富士通公司等。 自21世纪以来，我国的电梯制造业进入了一个高速发展阶段，随着国民经济建设的发展、房地产业进军中小城市
3、，人民物质文化生活水平的迅速提高，电梯产量持续增长。,5,我国电梯生产增长情况,6,我国电梯进出口量,7,第三节 电气系统的构成和功能,人们常把构成电梯设备的机、电两大部分，分别称为电梯的机械系统和电梯的电气系统，而电梯的电气系统又由电力拖动系统（也即电力驱动系统）和电气控制系统所组成。 其中，电梯轿厢是拖动控制的对象和目标，电动机是拖动的主要动力设备。,8,1、电力拖动系统,电梯的电力拖动系统的功能是为电梯的提供动力，并对电梯的启动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯起停时的加速和减速性能、平层精度、乘座舒适感等指标。 目前电梯的拖动系统分为直流电动机拖动、交流
4、电动机拖动和永磁同步电动机拖动。,9,一、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：,10,2、 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,11,3、 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：,12,4、变频调速,改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示：,异步电动机的转速正比于定子电源的频率f，若连续地调节定子电
5、源频率，即可实现连续地改变电动机的转速。,13,二、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。,14,1、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、R3、的情况下，可以分别得到稳定工作点A、C
6、、D和E，对应的转速为nA、 nB、 nC、 nD。,15,2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。,16,3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。,
7、17,4直流电动机的调速,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610。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。,18,（1）有齿轮的直流电动机拖动,早期的电梯原动机都是直流电动
8、机，所以19世纪中期，直流驱动是当时电梯唯一的驱动方式。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。,19,（2）有齿轮交流电动机拖动,19世纪末期，电力系统出现了三相交流电源，同时又发明了实用的交流感应电动机，因而从20世纪初开始，交流驱动在电梯上得到了广泛的应用。目前电梯中常用的交流驱动系统的特点：,20,1）交流变极调速系统,为了使电梯能准确地在层站楼面平层，要求电梯在停车前的速度越低越好，这就要求，交流电动机不仅仅只有一种转速，而要有两种或三种转速。变速的最简单方法是改变电动机定子绕组的极对数。因为交流异步电动机的转速是与其极对数成反比的。
9、改变电动机的极对数就可改变电动机的同步转速。这种有级的调速系统大多采用开环方式控制，线路简单，经济，因此被广泛用在电梯上。但乘座舒适感差，所以一般应用于不需要平滑的速度调节、额定速度不大于1m/s的载货和低层公寓电梯上。,21,2）交流调压调速系统,随着电子技术的发展，交流调速理论和交流传动技术迅速的发展，特别是20世纪70年代初，大规模集成电路和计算机技术的发展，使交流调压调速驱动系统在电梯中得到了广泛的应用。这种系统采用晶闸管闭环调速，其制动减速可采用涡流制动、能耗制动和反接制动等方式，使乘座舒适感、平层精确度明显优于交流双速驱动系统，目前主要用于额定速度2.5m/s以下的电梯。,22,3
10、）变频变压调速系统,1984年日本三菱电机公司制造了第一台变频变压控制的电梯，经过数年的发展，这种系统驱动的电梯额定速度已越来越高。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，但按电梯的使用要求，调速时仍需保持电动机的最大转矩不变，维持磁通恒定，也就是改变电源频率的同时，施加于电动机定子的供电电压也做相应的调节，达到电动机转速目的。目前交流变压变频（VVVF）控制技术得到迅速发展，利用矢量变换控制的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。,23,电梯的电力拖动系统运用方
11、法及其特点,24,（3）永磁同步无齿电动机拖动,永磁同步电动机拖动是近几年发展起来的新型拖动方式。 普通电动机的磁场能是由线圈中通入电流产生励磁；永磁同步电动机不需要励磁电流，它的磁极是由永磁材料产生的。 与有齿轮的交流电动机相比，由于取消了如蜗轮蜗杆、行星齿轮等减速机构，传动系统的电动机和曳引轮同轴，使得曳引机结构简单而紧凑，易于小型化、轻量化，目前广泛应用于小机房电梯，特别是无机房电梯上。,25,与直流电动机相比，永磁同步电动机基本原理是建立在反装直流电动机基础上，永磁同步电动机用受转子位置控制的变频器（或其他电力电子开关装置），来代替由换向器和电刷组成的机械式整流、逆变器，使电路实现了无
12、触点，又由于转子采用高磁能积的稀土永磁材料，控制装置都由大功率晶体管组成，电动机的力矩惯性比大，动态性能好，在保留了直流电动机原有的优点外使电机具有更高的低速特性、调速精度、快速响应性能，且寿命厂、耗电低、维护简单。,26,永磁同步电动机还具有低噪声，振动小、不需润滑，不产生谐波干扰，能提高电网功率因数等优点，同时由于它的运行转速较低，且在失电时有接触器的动断触点将电动机定子电枢绕组短接，当出现超速（无论上行还是下行）故障时，控制系统监测到超速信号后，立即切断供电器供电回路，此时静止的绕组切割旋转的永磁体产生的磁场而感应出电势，从而产生一个类似直流电动机能耗制动的制动力矩，实现了防坠落、防飞车
13、。也省略上行超速保护装置，减小了高速动作时因高温所产生的部件损坏的安全风险。,27,永磁同步电动机,28,2、电气控制系统,电梯的电气控制系统，主要是指对电梯主曳引电动机和门机的启动、运行方向、减速、停止的控制，以及对每层站显示、层站召唤、轿内指令、安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。 控制系统的功能与性能直接决定着电梯的自动化程度和运行性能。随着微电子技术、交流调速理论和电力电子学的迅速发展及广泛应用，不仅提高了电梯的整机性能，而且也改善了电梯的乘坐舒适感、提高了电梯控制的技术水平和运行可靠性。电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，PLC控制和微机控制的电梯产品
14、已成为主流。,29,（1）继电-接触器控制,这种控制系统，简明易懂，线路直观，易于掌握。系统通过继电-接触器触点的断合，进行逻辑判断和运算，进而控制电梯的运行。但从使用观点看，该系统有以下缺点： 1）触点易磨损、电接触不好、故障率较高； 2）触点闭合缓慢、动作速度慢； 3）设备体积大，控制柜占机房面积大； 4）控制系统的能量消耗大； 5）维修保养工作量大、费用高。 6）控制功能少、接线复杂、通用性与灵活性较差。,30,接触器,继电器,热继电器,31,五层站KTJ-/1.0-XH型交流双速信号控制电梯电气控制原理图,32,五层站KTJ-/1.0-XH型交流双速信号控制电梯电气控制原理图(续),3
15、3,（2）可编程序控制器（PLC）控制,PLC是以微处理器为核心的工业控制器。它的基本结构由CPU、输入输出（I/O）模块、存储器、编程器等组成。与微机相比，它具有下述主要特点： 1）编程方便，易懂好学： 2）抗干扰能力强，可靠性高： 3）构成应用系统灵活简便： 4）安装维护方便：,34,结构,整体式,模块式,35,（3）微机控制,微型计算机应用于电梯控制是当代电梯技术发展的一个重要标志。 微机应用于电梯控制主要在以下几个方面： 1）微机用于召唤信号处理，完成各种逻辑判断和运算，取代继电器控制和机械结构复杂的选层器。 2）微机用于控制系统的调速装置，用数字控制取代模拟控制，由存储器提供多条可选
16、择的理想速度指令曲线值，以适应不同的运行状态和控制要求。 3）用于群梯控制管理，实行最优调配，提高运行效率，减少候梯时间，节约能源。,36,微机控制系统由CPU（运算器和控制器构成的中央处理器）存储器、输入输出接口等主要部分组成。CPU主要完成各种召唤信号处理，逻辑和算术运算，安全检查和故障判断，发出控制指令和速度指令等。存储器用于存放各种运行速度指令曲线数据、楼层数据、运行控制程序等。输入输出接口电路用于CPU与外围设备或电路的信号传送、电平转换，并通过光电耦合隔离外界干扰。,37,38,TCM控制系统简介-TCM控制系统结构示意图,39,综上所述，电力拖动和电气控制系统是电梯的动力源、运行管理控制中心，是电梯的机械、电气两大系统的有机结合，是实现电梯安全、可靠、舒适、快捷运行和完成上、下交通运输任务的保证。,40,41,第四节 电气系统的发展趋势,电梯运行性能的好坏，在很大程度上取决于电梯的电气拖动系统的优劣，而功能的完善和灵活性，可靠性、智能化服务，以及安全稳定性又取决于电梯的信号控制系统。 目前大部分生产厂家普遍选用通用变频器+PLC，配套低压电器组成电气系统，或
