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1、第三章 电梯的电力拖动系统,电力拖动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动。 在电梯中主要有如下两个运动： 轿厢的升降运动。 轿门及厅门的开关运动。 轿厢的运动由曳引电动机产生动力，经曳引传动系统进行减速、改变运动形式（将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。为防止轿厢停止时由于重力而溜车，还必须装设制动器（俗称抱闸）。 轿门及厅门的开与关则由开门电动机产生动力，经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小（通常在200瓦以下），是电梯的辅助驱动。开门机一般安装在轿门上部，驱动轿门的开与关，而厅门则仅当轿厢停靠本层时由轿门的运动
2、带动厅门实现开或关。由于轿厢只有在轿门及所有厅门都关好的情况下才可以运行，因此，没有轿厢停靠的楼层，其厅门应是关闭的。如果由于特殊原因使没有轿厢停靠楼层的厅门打开了，那么，在外力取消后，该厅门由自动关闭系统靠弹簧力或重锤的重力予以关闭,电梯的电力拖动系统的功能 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，维修量小，
3、寿命长。,常见的电力拖动方式 随着科学技术的发展，电梯的电力拖动方式也有了很大发展，最先进的电力拖动技术一出现，很快便在电梯中实际应用。电梯作为与人们生活最贴近的建筑设备，不断地向人们展示最新的科技成果，让人们享受科学技术带来的方便与舒适。 目前国内生产的电梯主要采用如下一些电力拖动方式。 轿厢升降运动的电力拖动方式 单相励磁、发电机组供电的直流电机拖动 三相励磁、发电机组供电的直流电机拖动 晶闸管供电的直流电机拖动 斩波控制的直流电机拖动 轿厢升降运动的常见电力拖动方式可以表示如下：,述各种拖动方式中，发电机组供电的直流电机拖动方式由于能耗大、技术落后已不再生产，只有少量旧梯还在运行。而于2
4、0世纪七、八十年代出现的变压变频（）交流异步电机拖动方式由于其优异的性能和逐步降低的价格而大受青睐，占据了新装电梯的大部分。永磁同步电动机拖动方式在近几年开始在快速、高速无齿电梯中应用，是最有发展前途的电梯拖动方式。对于超超高层建筑，其电梯中心区的面积将占大厦总水平投影面积的比例会超过50%，直线电机驱动的无曵引绳电梯将能改变这种状态，Albert.T.P等所著电梯技术发展概况一文中认为直线电机驱动的电梯是一种先进的电梯，它将是未来电梯的发展方向。,电梯的速度曲线,、舒适感与快速性的矛盾统一 电梯的速度曲线 对电梯的快速性要求 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
5、间，这对于处在快节奏的现代社会中的乘客是很重要的。快速性主要通过如下方法得到： 1提高电梯额定速度 电梯的额定速度提高，运行时间缩短，达到为乘客节省时间的目的。现代电梯梯速不断提高，目前超高速电梯额定速度已达20m/s。 在提高电梯额定速度的同时应加强安全性、可靠性的措施，因此梯速提高，造价也随之提高。 2集中布置多台电梯，通过电梯台数的增加来节省乘客候梯时间 这种方法不是直接提高梯速，但是为乘客节省时间的效果是同样的。当然电梯台数的增加不是无限制的，通常认为，在乘客高峰期间，使乘客的平均候梯时间少于30s即可。 尽可能减少电梯起、停过程中加、减速所用时间 电梯是一个频繁起、制动的设备，它的加
6、速、减速所用时间往往占运行时间的很大比重，电梯单层运行时，几乎全处在加速、减速运行中，如果加、减速阶段所用时间缩短，便可以为乘客节省时间，达到快速性要求。,对电梯的舒适性要求 1由加速度引起的不适 由于电梯的负载是人，人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消了部分重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。 考虑到人体生理上对加、减速度的承受能力，电梯技术条件中规定：“电梯的起制动应平稳、迅速。加、减速度最大值不大于1.5 m/s 2。” 2由加速度变化率引起的不适 实验证明，人体不但对
7、加速度敏感，对加速度的变化率（或称加加速度）也很敏感。我们用a来表示加速度，用来表示加速度变化率，则当加速度变化率较大时，人的大脑感到晕眩、痛苦，其影响比加速度a的影响还严重。我们称加速度变化率为生理系数，在电梯行业一般限制生理系数不超过1.3 m/s 3 。,电梯的速度曲线 当轿厢静止或匀速升降时，轿厢的加速度、加加速度都是零，乘客不会感到不适；而在轿厢由静止启动到以额定速度匀速运动的加速过程中，或由匀速运动状态制动到静止状态的减速过程中，既要考虑快速性的要求，又要兼顾舒适感的要求。也就是说，在加、减速过程中既不能过猛，也不能过慢：过猛时快速性好了，舒适性变差；过慢时舒适性变好，快速性却变差
8、。因此，有必要设计电梯运行的速度曲线，让轿厢按照这样的速度曲线运行，既能满足快速性的要求，也能满足舒适性的要求，科学、合理地解决快速性与舒适性的矛盾。图3-1中曲线ABCD就是这样的速度曲线。其中AEFB段是由静止起动到匀速运行的加速段速度曲线；BC段是匀速运行段，其梯速为额定梯速；CFED段是由匀速运行制动到静止的减速段速度曲线，通常是一条与起动段对称的曲线。,加速段速度曲线AEFB段的AE段是一条抛物线，EF段是一条在E点与抛物线AE相切的直线，而FB段则是一条反抛物线，它与AE段抛物线以EF段直线的中点相对称。设计电梯的速度曲线，主要就是设计起动加速段AEFB段曲线，而CFED曲线与AE
9、FB段镜像对称，很容易由AEFB段的数据推出，BC段为恒速段，其速度为额定速度，无需计算。 画出上述速度曲线的加速度、加加速度曲线见图3-2。 图3-2中，起动加速段AEFB中各小段的速度曲线、加速度曲线、加加速度曲线的函数表达式分别是：,电梯的速度曲线的特点 由于乘客对电梯舒适性的要求，使得电梯要兼顾快速性与舒适性，因此电梯的速度曲线与生产机械的速度曲线不同。图3-4给出了龙门刨床的速度曲线、加速度曲线和加加速度曲线。,比较图3-2和图3-4可以看出这两条曲线的不同： 电梯的速度曲线在转弯处都是圆滑过渡的，处处可导；而龙门刨床的速度曲线在起始点、终了点和转弯处拐硬弯，因而造成在速度曲线转折点
10、加速度a发生突跳，使该点的加加速度为无穷大。这对于没有感官的机床和工件来说不成问题，而对于电梯或者车辆，其中的乘客就会感到头晕脑涨、严重不适。所以在图3-2中电梯的速度曲线的转弯处，专门设计了抛物线曲线段，与其前后的直线段相切，实现平滑过渡，从而加速度曲线是连续的，没有突跳，加加速度则可被控制在允许值之下。 加速、减速段的最大加速度数值不同，考虑到人对加速度引起的超重、失重的承受能力，其值不得大于1.5 m/s 2，再加上抛物线阶段的逐渐过渡，使得电梯的加速、减速段时间较长。而龙门刨床在加速、减速段的最大加速度通常可达35 m/s 2，以尽量减少加速、减速段时间。 调速电梯在加速、减速段要实施
11、严密的速度闭环控制，保证轿厢按设计的速度曲线运行，不允许出现大的超调和振荡，以保证电梯的舒适性。而龙门刨床在加速、减速段给出的速度指令是阶跃信号，调速系统是在大的速度偏差下以电流截止反馈方式运行，其加速度取决于设定的截止电流值，该电流通常为额定电流的两倍左右。,二、抛物线型电梯速度曲线设计 （一）速度曲线的要求 从前面的分析可以看出，设计电梯的速度曲线重点是设计电梯起动阶段的速度曲线AEFB段，BC段是匀速运行段，速度为常值，无须设计；减速阶段的速度曲线CFED段与BFEA段对称，可按对称原则轻松得到。 将相关标准对电梯的舒适性、快速性要求列写如下：,我们把起动段速度曲线画在图3-5中，把各段
12、曲线的方程列写如下：,三、其它类型的电梯速度曲线 从前面的分析可知，要保证电梯有良好的舒适性，设计的速度曲线必须是平滑的，只有这样，加速度曲线才是连续的、没有突跳，加加速度才是有限数值，不会出现无穷大，再适当限制加速度、加加速度的数值，使其符合标准要求（既符合舒适性要求，又符合快速性要求）。图3-9 采用正弦函数曲线设计的电梯起动段速度曲线 a) 没有直线段的速度曲线 b) 具有直线段（EF段）的速度曲线 满足平滑要求的速度曲线可以有多种类型，前面介绍的抛物线型速度曲线为其一种。也可以采用正弦函数曲线来设计电梯的速度曲线，,图39 b）是带有直线加速段（段）的正弦函数速度曲线。当额定梯速较高时
13、，若仍采用图39）的速度曲线，就势必造成点附近一带的加速度超标，因此需要在点的加速度尚未超标之前，在点处断开，接入一段与正弦曲线相切的直线（其斜率等于正弦曲线在点的导数）。 从图39看出，由于正弦函数光滑可导，它的v、 、 均可按要求进行设计，因此正弦函数速度曲线也是一种较好的速度曲线。 在一些新型变频器中，为适应电梯曳引驱动的需要，常设计有所谓“”型起动速度曲线供用户选用，可以减轻设计速度曲线的工作量。,第三节 电梯的负载机械特性,一、静态负载机械特性,当电梯重载运行时，轿厢的负载系数大于对重的平衡系数KP，即KP，这时电梯的静态负载机械特性由两部分组成：一是由桥厢、对重的重量差引起的位能性
14、转矩（图3-10中的曲线），另一部分是由传动系统的摩擦（超高速梯还有较大的风阻）阻力引起的反抗性转矩（图3-10中的曲线），这两部分转矩之和为电梯重载运行时的静态负载转矩（图3-10中的曲线3）。 当电梯轻载运行时，KP，轿厢、对重的重量差为负值，引起的位能性转矩也是负值，如国3-10的1”曲线，加上摩擦力引起的反抗性负载转矩（曲线2）得到轻载运行时电梯的静态负载转矩见图3-10中的曲线” 当电梯半载运行恰使=KP时，由于轿厢侧与对重侧重量相等，位能性负载转矩为零，这时电梯的静态负载转矩只有摩擦力引起的反抗性负载转矩，电梯的静态负载转矩如图3-10中的曲线3（3曲线也就是曲线）。,二、动态负载
15、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1.53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。 图311 便是根据图32中的抛物线型速度曲线绘制的电梯动态负载机械特性。,图32中速度曲线的EF段是一条直线，其斜率（即加速度）为常数，故相应的动态转矩也是常数，如图311中的EF段。 图32中速度曲线的FB段是一条与AE段反对称的抛物线，加速
16、度是一条向右下斜的直线，到B点加速度减小到零， B点的动态转矩也逐渐减小到零，因此FB段的动态转矩曲线与AE段相对称，是一段反抛物线（见图311）。 图32中速度曲线的BC段是恒速运行段，其加速度为零，因此动态转矩也为零，在图311中表现为一个点，其M0，n= nN。 图32中速度曲线的CFED减速段与BFEA段相对称，因此图311中减速段的动态转矩曲线也与加速段BFEA段相对称。图311中D点与A点重合，此时n=0, M=0, 表明轿厢处在稳定静止状态。 图311中封闭曲线AEFBCFED反映了轿厢一次上升运行过程中电梯的动态转矩变化规律。而当轿厢向下运行时，一次下降运行过程中电梯的动态转矩曲线可以通过将图311中的封闭曲线AEFBCFED以“0”点为轴心旋转180后得到。,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
