电梯的电气控制课件

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1、第四章 电梯的拖动控制系统n n第一节 概述一、拖动控制系统的基本概念一、拖动控制系统的基本概念n n( (一一) )自动控制自动控制 所谓自动控制，就是没有人的直接参与，而是所谓自动控制，就是没有人的直接参与，而是利用控制装置本身操纵对象，从而使被控量恒定或按某一规律利用控制装置本身操纵对象，从而使被控量恒定或按某一规律变化。变化。n n（二）开环控制（二）开环控制 图图4-14-1所示开环转速控制系统，其特点是只有所示开环转速控制系统，其特点是只有输入量输入量urur对输出量对输出量n n起单向控制作用，而输出量起单向控制作用，而输出量n n对输入量对输入量urur却却没有任何影响和联系，

2、即系统的输出端和输入端之间不存在反没有任何影响和联系，即系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路。开环系统的方框图可用图馈回路。开环系统的方框图可用图4-24-2表示。图中箭头表示元部表示。图中箭头表示元部件之间信号的传递方向。作用于电动机轴上的阻力矩用件之间信号的传递方向。作用于电动机轴上的阻力矩用McMc表示，表示，称之为干扰或扰动。称之为干扰或扰动。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图4-1 开环转速控制系统原理图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图4-2 开环转速控制系统方框图 电梯的电气控制电梯的电气控制 （三）闭环控制系统（三）闭环控制系统 在图在图4-14-1所示系统中，加入一台

3、测速发电机，并所示系统中，加入一台测速发电机，并对电路稍作改变，就构成了转速闭环控制系统对电路稍作改变，就构成了转速闭环控制系统（如图（如图4-34-3所示）。它克服了开环控制系统精度不所示）。它克服了开环控制系统精度不高和适应性不强的缺点，由于引入反馈环节，使高和适应性不强的缺点，由于引入反馈环节，使输出量对控制作用有直接影响。因此，提高了控输出量对控制作用有直接影响。因此，提高了控制质量。相应的系统方框图如图制质量。相应的系统方框图如图4-44-4所示。由于采所示。由于采用了反馈回路，致使信号的传送路径形成闭合环用了反馈回路，致使信号的传送路径形成闭合环路，使输出量反过来直接影响控制作用，

4、以求减路，使输出量反过来直接影响控制作用，以求减小或消除偏差。小或消除偏差。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-3 4-3 闭环转速控制系统原理图闭环转速控制系统原理图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-4 4-4 闭环转速控制系统方框图闭环转速控制系统方框图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n闭环控制系统具有很强的抵抗扰动的能力。假设闭环控制系统具有很强的抵抗扰动的能力。假设图图4-34-3所示系统原已处在某个给定电压所示系统原已处在某个给定电压urur相对应的相对应的转速转速n n状态下稳定运行，当受到某些干扰（如负载状态下稳定运行，当受到某些干扰（如负载转矩转矩McMc突然

5、增大）而引起转速下降时，系统就自突然增大）而引起转速下降时，系统就自动地产生如下的调整过程：动地产生如下的调整过程：Mc n u Mc n u = =（ur-uf ur-uf ） ua nua nn n由于闭环控制系统采用了反馈装置，导致设备增由于闭环控制系统采用了反馈装置，导致设备增多，线路复杂，对于一些惯性较大的系统，若参多，线路复杂，对于一些惯性较大的系统，若参数配合不当，控制过程可能变差，甚至出现发散数配合不当，控制过程可能变差，甚至出现发散或等幅振荡等不稳定的情况。或等幅振荡等不稳定的情况。电梯的电气控制电梯的电气控制n n（四）基本性能要求（四）基本性能要求 n n1 1）稳定性）

6、稳定性 稳定性是指系统重新恢复平衡状态的稳定性是指系统重新恢复平衡状态的能力。任何一个能够正常运行的控制系统，首先能力。任何一个能够正常运行的控制系统，首先必须是稳定的。图必须是稳定的。图4-54-5为某随动系统对阶跃输入的为某随动系统对阶跃输入的跟踪过程，其中图跟踪过程，其中图4-5a4-5a为衰减振荡过程，表示系为衰减振荡过程，表示系统是稳定的；图统是稳定的；图4-5b4-5b是等幅振荡过程，表示系统是等幅振荡过程，表示系统处于稳定与不稳定的临界状态（一般认为是不稳处于稳定与不稳定的临界状态（一般认为是不稳定）；图定）；图4-5c4-5c是发散的振荡过程，表明系统是不是发散的振荡过程，表明

7、系统是不稳定的。不稳定的系统是无法使用的，稳定的。不稳定的系统是无法使用的，电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-5 4-5 随动系统对阶跃输入的跟踪过程随动系统对阶跃输入的跟踪过程 n na a）衰减振荡过程）衰减振荡过程 b b）等幅振荡过程）等幅振荡过程 c c）发散振荡过程）发散振荡过程 电梯的电气控制电梯的电气控制n n2 2）快速性）快速性 由于系统的对象和元件通常具有一定的惯由于系统的对象和元件通常具有一定的惯性，并受到能源功率的限制，因此，当系统输入（给定性，并受到能源功率的限制，因此，当系统输入（给定输入或扰动输入）信号改变时，在控制作用下，系统必输入或扰动输入）信号改变

8、时，在控制作用下，系统必然由原来的平衡状态经历一段时间才过渡到另一个新的然由原来的平衡状态经历一段时间才过渡到另一个新的平衡状态，这个过程称为过渡过程。过渡过程越短，表平衡状态，这个过程称为过渡过程。过渡过程越短，表明系统的快速性越好，它是衡量现代化交通设施质量高明系统的快速性越好，它是衡量现代化交通设施质量高低的重要指标之一。低的重要指标之一。n n3 3）准确性）准确性 对一个稳定的系统而言，当过渡过程结束对一个稳定的系统而言，当过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值之差称为稳态误差，后，系统输出量的实际值与期望值之差称为稳态误差，它是衡量系统稳态精度的重要指标。稳态误差越小，表它是衡

9、量系统稳态精度的重要指标。稳态误差越小，表示系统的准确性越好。示系统的准确性越好。n n4 4）抗扰性）抗扰性 对任一系统，在其控制过程中，都会出现对任一系统，在其控制过程中，都会出现各种各样的扰动信号，而系统对扰动的抵抗能力强弱会各种各样的扰动信号，而系统对扰动的抵抗能力强弱会直接影响到输出信号或被调量的质量，扰动导致输出量直接影响到输出信号或被调量的质量，扰动导致输出量的变化越小，表示系统的抗扰能力越强。的变化越小，表示系统的抗扰能力越强。电梯的电气控制电梯的电气控制（五）比例积分控制在自控系统中，采用比例调节器的闭环转速负反馈控制系统是有静差的调速系统。要想实现调速系统的无静差，就必须改

10、变单纯的比例控制规律，从根本上找出消除静差的方法。1积分调节器由线性集成运算放大器构成的积分调节器（简称I调节器）的组成如图4-6所示。从该图可以看出积分调节器具有如下特点： 电梯的电气控制电梯的电气控制n n1 1）积累作用）积累作用 只要输入信号不为零（其极性不变），积分调节只要输入信号不为零（其极性不变），积分调节器的输出就一直增长，只有当输入信号为零时，输出才停止增长。器的输出就一直增长，只有当输入信号为零时，输出才停止增长。利用积分调节器的这个特性，就可以完全消除系统中的稳态偏差利用积分调节器的这个特性，就可以完全消除系统中的稳态偏差（静差）。实际应用时调节器设有输出限幅装置。（静差

11、）。实际应用时调节器设有输出限幅装置。n n2 2）记忆作用）记忆作用 在积分过程中，当输入信号衰减为零时，输出并在积分过程中，当输入信号衰减为零时，输出并不为零，而是始终保持在输入信号为零前的那个输出瞬时值上。不为零，而是始终保持在输入信号为零前的那个输出瞬时值上。这是积分控制明显区别于比例控制的地方。正因如此，积分控制这是积分控制明显区别于比例控制的地方。正因如此，积分控制可以使闭环系统在偏差输入（即给定与反馈的差值）为零时，保可以使闭环系统在偏差输入（即给定与反馈的差值）为零时，保持恒速运行，从而得到无静差系统。持恒速运行，从而得到无静差系统。n n3 3）延缓作用）延缓作用 从以上分析

12、可知，尽管积分调节器的输入信号为从以上分析可知，尽管积分调节器的输入信号为阶跃信号，但其输出却不能随之跳变，而是逐渐积分、线性增长。阶跃信号，但其输出却不能随之跳变，而是逐渐积分、线性增长。这就是积分调节器的延缓作用，这种延缓将影响系统控制的快速这就是积分调节器的延缓作用，这种延缓将影响系统控制的快速性。性。n n2 2比例积分调节器比例积分调节器n n由于积分调节器具有延缓作用，因此在控制的快速性上不如比例由于积分调节器具有延缓作用，因此在控制的快速性上不如比例调节器。如果一个控制系统既要达到无静差又要响应快，可以把调节器。如果一个控制系统既要达到无静差又要响应快，可以把比例控制和积分控制两

13、种规律结合起来，构成比例积分调节器如比例控制和积分控制两种规律结合起来，构成比例积分调节器如图图4-74-7（简称（简称PIPI调节器）。调节器）。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图4-7比例积分调节器 电梯的电气控制电梯的电气控制阶跃输入时阶跃输入时PIPI调节器的输出特性如图调节器的输出特性如图4-84-8。可见当突加输入。可见当突加输入电压电压UinUin时，输出电压突跳到时，输出电压突跳到KpiUinKpiUin，以保证一定的快速控，以保证一定的快速控制作用，即比例部分起作用，随着时间的增长，积分部分逐制作用，即比例部分起作用，随着时间的增长，积分部分逐渐增大，调节器的输出渐增大，调

14、节器的输出UexUex在在KpiUinKpiUin基础上线性增长，直至基础上线性增长，直至达到运算放大器的限幅值。达到运算放大器的限幅值。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-9 4-9 一般信号输入时一般信号输入时PIPI调节器的输出特性调节器的输出特性 电梯的电气控制电梯的电气控制某调速系统的组成如图某调速系统的组成如图4-104-10所示，由于系统采用了所示，由于系统采用了PIPI调节器，调节器，必然能做到无静差调速，所以下面只着重分析系统抗负载扰必然能做到无静差调速，所以下面只着重分析系统抗负载扰动的动态过渡过程（其过渡过程曲线见图动的动态过渡过程（其过渡过程曲线见图4-114-1

15、1）。）。n n图图4-104-10采用采用PIPI调节器的调速系统调节器的调速系统 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-11 4-11 采用采用PIPI调节器的调速系统突加负载时的过渡过程调节器的调速系统突加负载时的过渡过程 曲线曲线1 1比例部分的输出比例部分的输出 曲线曲线2 2积分部分的输出积分部分的输出 曲线曲线3 3比例积分的输比例积分的输出出 电梯的电气控制电梯的电气控制PID控制原理n n在模拟系统中，控制器最常用的控制规律是在模拟系统中，控制器最常用的控制规律是PIDPID控制。控制。为了说明控制器的工作原理，先看一个例子。如图所为了说明控制器的工作原理，先看一个例子。

16、如图所示是一个小功率直流电机调速原理图。给定速度示是一个小功率直流电机调速原理图。给定速度n0(t)n0(t)与实际转速进行比较与实际转速进行比较n(t)n(t)，其差值，其差值e(t)=n0(t)-n(t)e(t)=n0(t)-n(t)，经过经过PIDPID控制器调整后输出电压控制信号控制器调整后输出电压控制信号u(t)u(t)，u(t)u(t)经经过功率放大后，驱动直流电机改变其转速。过功率放大后，驱动直流电机改变其转速。电梯的电气控制电梯的电气控制n n常常规规的模的模拟拟PIDPID控制系控制系统统原理原理图图如如图图所示。所示。该该系系统统由模由模拟拟PIDPID控制器和被控控制器和

17、被控对对象象组组成。成。图图中，中，r(t)r(t)是是给给定定值值，y(t)y(t)是系是系统统的的实际输实际输出出值值，给给定定值值与与实际输实际输出出值值构成控构成控制偏差制偏差e(t)e(t)，e(t)=r(t)-y(t)e(t)=r(t)-y(t)，e(t)e(t)作作为为PIDPID控制的控制的输输入，入，u(t)u(t)作作为为PIDPID控制器的控制器的输输出和被控出和被控对对象的象的输输入。入。电梯的电气控制电梯的电气控制模模拟拟PIDPID控制的控制控制的控制规规律律为为其中：其中：Kp Kp 控制器的比例系数控制器的比例系数 Ki Ki 控制器的控制器的积积分分时间时间，

18、也称，也称积积分系数分系数 Kd Kd 控制器的微分控制器的微分时间时间，也称微分系数，也称微分系数电梯的电气控制电梯的电气控制简单来书，简单来书，PIDPID控制器各校正环节的作用如下：控制器各校正环节的作用如下： （1 1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号号e(t)e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。以减少偏差。 （2 2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数T

19、iTi，TiTi越大，积分作用越弱，反之则越强。越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3 3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能再偏差信号变得太大之前，在系统中速率），并能再偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。作速度，减少调节时间。电梯的电气控制电梯的电气控制比例控制器的作用作用：作用：对当前当前时刻的偏差信号刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控行放大或衰减，控 制作用的制作用的强强弱取决于比例系数；弱取决于比例系数；特点：特点：Kp越

20、大系越大系统动态特性越好，但特性越好，但Kp过大大y(t)可能会可能会 引起系引起系统振振荡使使稳定性定性变差，也有可能出差，也有可能出现比例比例 饱和和现象。象。缺点：缺点：不能消除静不能消除静态误差。差。电梯的电气控制电梯的电气控制积分控制器的作用作用：作用：通通过对误差累差累积的作用影响控制量，并通的作用影响控制量，并通过系系统 的的负反反馈作用减小偏差；作用减小偏差；特点：特点：与与e(t)存在全部存在全部时段有关，只要有足段有关，只要有足够的的时间, 积分控制将能分控制将能够消除消除稳态误差。差。缺点：缺点：不能不能及及时地克服地克服扰动的影响。的影响。电梯的电气控制电梯的电气控制积

21、分控制器的作用作用：作用：有助于减小有助于减小 超超调和和调整整时间，改善系，改善系统的的动态 品品质;特点：特点：反反应e(t) 变化的速度，在偏差化的速度，在偏差刚刚出出现时产生很生很 大的控制作用，具有超前控制作用；大的控制作用，具有超前控制作用；缺点：缺点：不能消除系不能消除系统的的稳态误差差。电梯的电气控制电梯的电气控制n n二、拖动控制系统的应用二、拖动控制系统的应用n n图图4-124-12是电梯拖动控制系统的原理图。主驱动曳是电梯拖动控制系统的原理图。主驱动曳引电动机经减速器与曳引轮连接，曳引轮两侧悬引电动机经减速器与曳引轮连接，曳引轮两侧悬挂轿厢和对重，测速发电机与电动机同轴

22、安装，挂轿厢和对重，测速发电机与电动机同轴安装，其输出的电压其输出的电压uf uf 与转速与转速n n成正比，成正比，uf uf 作为系统作为系统的反馈电压与给定电压的反馈电压与给定电压ugug进行比较，得出偏差信进行比较，得出偏差信号号uu，经电压放大器放大成，经电压放大器放大成uKuK，再经功率放大电，再经功率放大电路得到电动机的电枢电压路得到电动机的电枢电压uaua（对于交流电动机还（对于交流电动机还有频率有频率f f）。）。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-12 4-12 电梯拖动控制系统原理图电梯拖动控制系统原理图 电梯的电气控制电梯的电气控制第二节 速度、位置检测装置速度检

23、测装置速度检测装置n n（一）测速发电机（一）测速发电机n n测速发电机是把机械转速变换为与转速成正比的电测速发电机是把机械转速变换为与转速成正比的电压信号的微型电机。在自动控制系统和模拟计算装压信号的微型电机。在自动控制系统和模拟计算装置中，作为检测元件、解算元件和角加速度信号元置中，作为检测元件、解算元件和角加速度信号元件等，测速发电机得到了广泛的应用。件等，测速发电机得到了广泛的应用。n n在交流、直流调速系统中，利用测速发电机形成速在交流、直流调速系统中，利用测速发电机形成速度反馈通道以构成闭环控制系统，可以大大改善系度反馈通道以构成闭环控制系统，可以大大改善系统的动、静态性能，提高系

24、统精度，并能明显减弱统的动、静态性能，提高系统精度，并能明显减弱参数变化和非线性因素对系统性能的影响。而在解参数变化和非线性因素对系统性能的影响。而在解算装置中，测速发电机又可作为解算元件，作积分、算装置中，测速发电机又可作为解算元件，作积分、微分运算。目前应用的测速发电机主要有直流测速微分运算。目前应用的测速发电机主要有直流测速发电机、交流测速发电机和霍尔效应测速发电机等。发电机、交流测速发电机和霍尔效应测速发电机等。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-13 4-13 测速发电机的图形符号测速发电机的图形符号 a a）直流测速发电机）直流测速发电机 b b）他励式直）他励式直流测速发电

25、机流测速发电机 c c）永磁式直流测速发电机）永磁式直流测速发电机 d d）交流测速发电机）交流测速发电机电梯的电气控制电梯的电气控制直流测速发电机的原理和结构直流测速发电机的原理和结构一、一、直流测速发电机的结构直流测速发电机的结构NS+-n直流电机直流电机定子定子转子转子空空气气隙隙定定子子铁铁心心励励磁磁绕绕组组机机壳壳端端盖盖电电刷刷电电枢枢绕绕组组电电枢枢铁铁心心换换向向器器转转轴轴电梯的电气控制电梯的电气控制直流电机的定子直流电机的定子电梯的电气控制电梯的电气控制直流电机的转子直流电机的转子电梯的电气控制电梯的电气控制励磁方式：电磁式和永磁式励磁方式：电磁式和永磁式直流永磁电机直流

26、永磁电机直流永磁电机直流永磁电机电梯的电气控制电梯的电气控制永磁直流测速发电机永磁直流测速发电机电梯的电气控制电梯的电气控制永永磁磁直直流流测测速速发发电电机机电梯的电气控制电梯的电气控制稀土直流伺服测速机组稀土直流伺服测速机组 用途：在随动系统中提供驱动力矩和用途：在随动系统中提供驱动力矩和速度反馈信号，本产品已用于某机光学瞄速度反馈信号，本产品已用于某机光学瞄准具随动系统中准具随动系统中 。电梯的电气控制电梯的电气控制二、二、直流测速发电机的工作原理直流测速发电机的工作原理导体ab,cd切割磁力线产生感应电势，N极下电势方向由b指向a，s极下导体cd中电势由c指向d,因此电刷A为正，B为负

27、NS+-nabcdAB电梯的电气控制电梯的电气控制NS+-nabcdAB 当线圈转动当线圈转动180180o o , ,导体导体cdcd处于处于N N极下，电极下，电势由势由d d到到c c ，S S极下极下导体导体电势电势由由a a到到b b，仍然，仍然A A刷刷为正，为正，B B刷为负。刷为负。 电枢连续旋转，导体电枢连续旋转，导体ab.cd轮流交替地切割轮流交替地切割N极和极和S极下的磁力线极下的磁力线,ab.cd中产生交中产生交变电势，但是换向器的作用，变电势，但是换向器的作用，使电刷通过换向片只与处于使电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，一定极性下的导体相连接，从而使电刷两

28、端得到的电势从而使电刷两端得到的电势极性不变，这就是直流发电极性不变，这就是直流发电机的最基本工作原理。机的最基本工作原理。电梯的电气控制电梯的电气控制直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的输出特性 根据已学过的直流发电机的工作原理根据已学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电势知，电刷两端的感应电势 ： 由上可知：由上可知：1.1.电刷两端的感应电势与电刷两端的感应电势与电机的转速成正比。电机的转速成正比。2.2.直流发电机能够把直流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来测速。转速信号换成电势信号，从而用来测速。一、基本概念一、基本概念Ea = Cen=Ke n电梯的电气控制电梯

29、的电气控制二、自动控制系统对测速发电机的要求：二、自动控制系统对测速发电机的要求： 1. 1.输出电压与转速的关系曲线（即输输出电压与转速的关系曲线（即输出特性）应为线性。出特性）应为线性。2.2.输出特性的斜率要大。输出特性的斜率要大。3.3.温度变化对输出特性的影响要小。温度变化对输出特性的影响要小。 4. 4.输出电压的纹波要小，即要求在一定输出电压的纹波要小，即要求在一定的转速下输出电压要稳定，波动要小。的转速下输出电压要稳定，波动要小。 5. 5.正，反转两个方向的输出特性要一正，反转两个方向的输出特性要一致。致。电梯的电气控制电梯的电气控制三、三、输出特性输出特性UaEaIaRLU

30、jUa=Ea-IaRaIa=Ua/RL负载时测速发电机的输出电压为：负载时测速发电机的输出电压为：Ea=Cen=Ke n由直流电机电势公式得：由直流电机电势公式得：在图示正方向下得：在图示正方向下得：电梯的电气控制电梯的电气控制nUaRL =无穷大无穷大RL1RL2RL1 RL2输出特性曲线：输出特性曲线： 由上式知：若由上式知：若、 RL 、 Ra 都能保持常数，则都能保持常数，则 但随但随RL减小，减小，特性斜率变小，实特性斜率变小，实际特性与理论特性际特性与理论特性间存在误差。间存在误差。Ua n电梯的电气控制电梯的电气控制nUaRL =无穷大无穷大RL1RL2RL1 RL2 图中实线为

31、图中实线为直流测速发电机直流测速发电机理想输出特性，理想输出特性，虚线为实际输出虚线为实际输出特性，实际特性特性，实际特性与要求的线性特与要求的线性特性间存在误差，性间存在误差，且该误差与负载且该误差与负载电阻有关。电阻有关。电梯的电气控制电梯的电气控制直流测速发电机的误差和减小方法直流测速发电机的误差和减小方法一一 温度的影响温度的影响 由于电机周围环由于电机周围环境温度的变化以及电境温度的变化以及电机本身发热，使电机机本身发热，使电机绕组的电阻发生变化。绕组的电阻发生变化。温度温度t t 升高，励磁绕升高，励磁绕组电阻组电阻R R 增大，磁通增大，磁通减小输出电压减小输出电压U U 降降低

32、。反之，低。反之，U U 升高。升高。UaEaIaRLUjIf电梯的电气控制电梯的电气控制 为了减小温度变化对输出特性的影响，测为了减小温度变化对输出特性的影响，测速发电机的速发电机的磁路应较为饱和磁路应较为饱和。当磁路饱和时，。当磁路饱和时，励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是，由励磁电流变化引起的磁通变化较小。但是，由于绕组电阻随温度变化的变化太大，要使输出于绕组电阻随温度变化的变化太大，要使输出稳定，还必须采取措施以减小温度对输出特性稳定，还必须采取措施以减小温度对输出特性的影响。的影响。减小误差的考虑：减小误差的考虑：UEIaRLUjIf 电梯的电气控制电梯的电气控制 (2) (2)如

33、果对于温度变化引起的误差要求比较如果对于温度变化引起的误差要求比较严格时，可在励磁回路串联严格时，可在励磁回路串联负温度负温度系数的系数的热敏热敏电阻并联网络电阻并联网络。具体方法：具体方法：(1(1）在励磁回路中串联一个阻）在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组值比励磁绕组电阻大几倍的附电阻大几倍的附加电阻来稳流加电阻来稳流。UEIaUj 附加电阻用附加电阻用温度系数较低的合金温度系数较低的合金材料制成，材料制成，如锰镍铜合金。虽然温度升高励磁电阻增大，如锰镍铜合金。虽然温度升高励磁电阻增大，但整个励磁回路的总电阻增加不多。但整个励磁回路的总电阻增加不多。电梯的电气控制电梯的电气控制热敏网络参数

34、选择方法：热敏网络参数选择方法： 1 1）作出励磁绕组电阻随温度变）作出励磁绕组电阻随温度变化的曲线化的曲线1 1； 2 2）作并联网络电阻随温度变化）作并联网络电阻随温度变化的曲线的曲线2 2。曲线曲线1 1温度系数为正温度系数为正; ;曲线曲线2 2温度系数为负；温度系数为负； 当两条曲线的斜率当两条曲线的斜率相等，励磁回路的总电相等，励磁回路的总电阻就不随温度而变化阻就不随温度而变化, ,曲曲线线3 3 。12tR03RR(t)UfRf(t)电梯的电气控制电梯的电气控制NS电枢磁场电枢磁场NS主磁场主磁场 不论转子转不论转子转到哪个位置，电到哪个位置，电枢导体电流在空枢导体电流在空间分布

35、情况始终间分布情况始终不变，因此电枢不变，因此电枢磁场在空间是固磁场在空间是固定不动的恒定磁定不动的恒定磁场。场。二二 电枢磁场的影响电枢磁场的影响电梯的电气控制电梯的电气控制 电枢磁场产生电枢磁场产生附加去磁作用附加去磁作用，负载时的气，负载时的气隙磁通较空载时小，从而产生误差。隙磁通较空载时小，从而产生误差。减小误差的考虑：减小误差的考虑： 当负载电阻越小或转速越高，负载电流就当负载电阻越小或转速越高，负载电流就越大，电枢磁场产生的附加去磁作用就越强，越大，电枢磁场产生的附加去磁作用就越强，磁通被削弱的就越多，输出特性偏离直线越远，磁通被削弱的就越多，输出特性偏离直线越远，非线性误差越大。

36、非线性误差越大。nUaNS电梯的电气控制电梯的电气控制 除了以上两种原因引起输除了以上两种原因引起输出特性的误差外，还有出特性的误差外，还有延迟换延迟换向去磁、电势的纹波以及电刷向去磁、电势的纹波以及电刷接触压降等都会接触压降等都会引起输出特性引起输出特性的误差，对此在电机中都采用的误差，对此在电机中都采用了相应减小误差的措施。了相应减小误差的措施。三、其它影响三、其它影响 为了减小电枢反应对输出特性的影响，测为了减小电枢反应对输出特性的影响，测速发电机在使用时，速发电机在使用时，转速不得超过转速不得超过技术条件中技术条件中规定的最大转速规定的最大转速；负载电阻不得小于负载电阻不得小于技术条件

37、技术条件给定的电阻值给定的电阻值，以保证非线性误差较小。，以保证非线性误差较小。UEIaUj电梯的电气控制电梯的电气控制直流测速发电机的性能指标及使用直流测速发电机的性能指标及使用一、主要性能指标一、主要性能指标1、线性误差、线性误差 在工作转速范围内，在工作转速范围内，输出电压与理想输出电压输出电压与理想输出电压之差对最大理想输出电压之差对最大理想输出电压之比之比 理论值理论值实测值实测值UmnmaxnbU(V)on电梯的电气控制电梯的电气控制2 、输出斜率、输出斜率 在额定的激磁条件下，单位转速在额定的激磁条件下，单位转速（1000r/min）时产生的输出电压。）时产生的输出电压。3 、最

38、大线性工作转速、最大线性工作转速nmax 在允许的线性误差范围内的电枢最高转速。在允许的线性误差范围内的电枢最高转速。额定转速就是最大线性工作转速。额定转速就是最大线性工作转速。4 、负载电阻、负载电阻RL 保证输出特性在误差范围内的最小负载电阻值。保证输出特性在误差范围内的最小负载电阻值。此外，还包括不灵敏区、输出电压的不对称度、此外，还包括不灵敏区、输出电压的不对称度、纹波系数、变温输出误差和输出电压温度系数等纹波系数、变温输出误差和输出电压温度系数等性能指标。性能指标。电梯的电气控制电梯的电气控制二、直流测速发电机的使用二、直流测速发电机的使用1、直流测速发电机的选用、直流测速发电机的选

39、用 选用直流测速发电机时，应根据其在系统选用直流测速发电机时，应根据其在系统中的用途来选择。中的用途来选择。1）当作为运算元件或用于恒速控制时，应着重）当作为运算元件或用于恒速控制时，应着重考虑其考虑其线性度和纹波电压线性度和纹波电压，而对输出斜率的要，而对输出斜率的要求则是第二位的；求则是第二位的；2）当作为校正元件时，应着重考虑其输出）当作为校正元件时，应着重考虑其输出斜率斜率，而对其其线性度和纹波电压的要求并不是很严而对其其线性度和纹波电压的要求并不是很严格的。格的。电梯的电气控制电梯的电气控制2、直流测速发电机的接线、直流测速发电机的接线 电磁式直流测速发电机在使用前必须区别清电磁式直

40、流测速发电机在使用前必须区别清楚电枢绕组端头和激磁绕组端头。楚电枢绕组端头和激磁绕组端头。S2S1F2F1 一般标有一般标有F1和和F2的为的为激磁绕组，标有激磁绕组，标有S1和和S2的的为电枢绕组。为电枢绕组。电梯的电气控制电梯的电气控制直流测速发电机的应用举例直流测速发电机的应用举例 直流测速发电机在自动控制系统和计算装直流测速发电机在自动控制系统和计算装置中可以作为置中可以作为测速元件测速元件、校正元件校正元件、解算元件解算元件和和角加速度信号元件角加速度信号元件。它可以测量各种机械在。它可以测量各种机械在有限范围内的有限范围内的摆动摆动或非常缓慢的或非常缓慢的转速。转速。 下面以测速发

41、电机在速度控制系统中作为下面以测速发电机在速度控制系统中作为转速负反馈元件转速负反馈元件调节电动机的转速，以稳定系调节电动机的转速，以稳定系统的转速为例，介绍测速发电机的使用。统的转速为例，介绍测速发电机的使用。电梯的电气控制电梯的电气控制系统由异步电动机、电磁滑差离合器、测速发电机系统由异步电动机、电磁滑差离合器、测速发电机和控制电路组成。通过离合器来调节负载速度。和控制电路组成。通过离合器来调节负载速度。UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组电磁滑差离合器的异步调速系统电磁滑差离合

42、器的异步调速系统电梯的电气控制电梯的电气控制UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组电磁滑差离合器的电枢与异步电动机同轴旋转，其电磁滑差离合器的电枢与异步电动机同轴旋转，其中有短路绕组；磁极与负载同轴旋转，其中的励磁中有短路绕组；磁极与负载同轴旋转，其中的励磁绕组通入直流电流，在离合器的磁路中产生磁通。绕组通入直流电流，在离合器的磁路中产生磁通。电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩，生电流，该电

43、流与气隙磁场作用就产生电磁转矩，使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。电梯的电气控制电梯的电气控制S2N2n1Tem1N1S1n2Tem2电磁滑差离合器的电枢旋转时，其绕组切割气隙磁电磁滑差离合器的电枢旋转时，其绕组切割气隙磁场，感应电势，产生电流，该电流与气隙磁场作用场，感应电势，产生电流，该电流与气隙磁场作用就产生电磁转矩，使磁极和负载随着电枢向同一个就产生电磁转矩，使磁极和负载随着电枢向同一个方向旋转。方向旋转。电梯的电气控制电梯的电气控制UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定

44、给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组调节电磁滑差离合器的励磁电流，可以调节电磁转调节电磁滑差离合器的励磁电流，可以调节电磁转矩的大小，从而可以控制磁极和负载的速度。矩的大小，从而可以控制磁极和负载的速度。电磁滑差离合器的电枢与磁极必须有电磁滑差离合器的电枢与磁极必须有转差转差，才能产，才能产生电磁转矩，所以叫电磁滑差离合器。生电磁转矩，所以叫电磁滑差离合器。电梯的电气控制电梯的电气控制电磁滑差离合器的机械特性电磁滑差离合器的机械特性TemnIf1If2If3If4If4If3If2If1TL机械特性特点：机械特性特点：1、励磁固定时，负载转矩增加，、励磁固定时，负载转矩增加，转速下降很大，即特

45、性软。转速下降很大，即特性软。2、励磁电流越小特性越软。、励磁电流越小特性越软。3、对恒转矩负载，电磁滑差离、对恒转矩负载，电磁滑差离合器本身的调速范围小。合器本身的调速范围小。电梯的电气控制电梯的电气控制为了提高特性的硬度扩大调速范围，需要采用速度负反为了提高特性的硬度扩大调速范围，需要采用速度负反馈构成的闭环系统。由于负载的变化而引起的转速变化馈构成的闭环系统。由于负载的变化而引起的转速变化由速度负反馈系统进行自动调节，使转速维持恒定。调由速度负反馈系统进行自动调节，使转速维持恒定。调速范围可达速范围可达10：1。该系统采用该系统采用测速发电机测速发电机检测速度，来构成速度负反馈的检测速度

46、，来构成速度负反馈的闭环系统。改变速度给定控制信号，就可以得到不同的闭环系统。改变速度给定控制信号，就可以得到不同的闭环特性，从而实现调速。闭环特性，从而实现调速。UuUvUwML电磁滑差电磁滑差离合器离合器电枢电枢测速发电机测速发电机控制器控制器信号处信号处理电路理电路给定给定磁极磁极直流励直流励磁绕组磁绕组Ua-+UC电梯的电气控制电梯的电气控制交流异步测速发电机概述交流异步测速发电机概述 交流异步测速发电机是一种测量转速交流异步测速发电机是一种测量转速或转速信号的元件。理想的测速发电机的或转速信号的元件。理想的测速发电机的输出电压输出电压U2与它的转速与它的转速n成线性关系，如成线性关系

47、，如图所示，其数学表达式为：图所示，其数学表达式为：其主要用途有两种：其主要用途有两种： U U2 2 = k n = k n U2no运算元件和阻尼元件。运算元件和阻尼元件。电梯的电气控制电梯的电气控制电梯的电气控制电梯的电气控制交流异步测速发电机的结构和工作原理交流异步测速发电机的结构和工作原理一、交流异步测速发电机结构一、交流异步测速发电机结构 定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为定子上装有两个绕组，一个作励磁用，称为励磁绕组励磁绕组1；另一个输出电压，称为输出绕组；另一个输出电压，称为输出绕组2；两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔两个绕组的轴线互相垂直，在空间上相隔90。 U2U1

48、电梯的电气控制电梯的电气控制U2U1转子一般为转子一般为杯形转子杯形转子，通常是由非铁磁材料（硅锰青，通常是由非铁磁材料（硅锰青铜）制成的空心薄壁圆筒，为了铜）制成的空心薄壁圆筒，为了减少转子漏电抗减少转子漏电抗、增增加电阻加电阻。此外，为了减少磁路的磁阻，在空心杯形转。此外，为了减少磁路的磁阻，在空心杯形转子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视子内放置有固定的内定子。在分析时，杯形转子可视作由无数并联的导体条组成，和鼠笼转子一样。作由无数并联的导体条组成，和鼠笼转子一样。 U2U1励磁绕组励磁绕组输出绕输出绕组组电梯的电气控制电梯的电气控制励磁绕组励磁绕组输出输出绕组绕组交流测速发电

49、机结构图交流测速发电机结构图电梯的电气控制电梯的电气控制交交流流测测速速发发电电机机定定转转子子铁铁心心电梯的电气控制电梯的电气控制下下好好线线的的定定子子电梯的电气控制电梯的电气控制1、是脉振磁通、是脉振磁通2、与励磁绕组、与励磁绕组W1的轴线一致，的轴线一致，与输出绕组与输出绕组W2的轴线垂直。的轴线垂直。3、与、与W1和转子导体相匝链。和转子导体相匝链。励磁绕励磁绕组接组接U1（交流）（交流）i0Fo=W1i0 U1 w1U2w2 10ERIR杯形转子杯形转子E1E2e2=0二、工作原理二、工作原理W1为励磁绕组、为励磁绕组、W2为输出绕组为输出绕组 (一一)、当、当n=0时，物理过程时

50、，物理过程电梯的电气控制电梯的电气控制励磁励磁绕组绕组接接U1i0Fo=W1i0 e2=01、励磁磁通、励磁磁通 在在W1的的轴线上脉振，与轴线上脉振，与W1和和转子导体相环链。转子导体相环链。2、 与输出绕组与输出绕组W2的的轴线垂直，不穿过轴线垂直，不穿过W2 ，因此其中此时不感，因此其中此时不感应电势。应电势。 10ERE1W1轴线W2轴线励磁绕组励磁绕组电梯的电气控制电梯的电气控制 励磁绕组励磁绕组W1与转子杯之与转子杯之间的电磁关系，如同变压器间的电磁关系，如同变压器原边与副边之间的情况完全原边与副边之间的情况完全一样。若忽略励磁绕组一样。若忽略励磁绕组W1的的电阻电阻R1及漏抗及漏

51、抗X1，则有，则有U1 E1 由于感应电势由于感应电势 E1 = 4.44fw110 ,故故10 U1所以所以励磁电压一定时，磁通也保持不变励磁电压一定时，磁通也保持不变。U1 w1U2w2 10ERIR杯形转子杯形转子E1结论结论: n = 0 时，磁通时，磁通不在输出绕组不在输出绕组W2中感应出中感应出电势，输出绕组电势，输出绕组W2也就没有电压输出。也就没有电压输出。电梯的电气控制电梯的电气控制(二二)、当转子旋转时，转子导体当转子旋转时，转子导体切割磁场切割磁场10 ，感应电势，感应电势ER 2，且且 E ER2 R2 = = B Bp plvlv，由于由于1010=B=Bp pll，

52、 v=Dn/60v=Dn/60U1 w1U2w2 10ER2杯形转子杯形转子n平均平均磁密磁密导条导条长度长度导条导条速度速度转子切割电势与转速成正比转子切割电势与转速成正比。电梯的电气控制电梯的电气控制 由于在励磁绕组中通入的由于在励磁绕组中通入的是交流电，是交流电，10 都是随时间都是随时间交变的，交变的，频率为频率为 f1。因而，。因而，转子导体切割磁通产生的转子导体切割磁通产生的电势电势E ER2R2及电流及电流I IR2R2也都是交也都是交变的变的,频率为频率为 f1 。由于导条处于短路状态，因此其由于导条处于短路状态，因此其中会产生电流，忽略导条漏抗的中会产生电流，忽略导条漏抗的影

53、响时，其中影响时，其中电流为电流为：U1 w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n电梯的电气控制电梯的电气控制流过转子导体中的电流过转子导体中的电流流IR2又要产生磁通又要产生磁通2 ，其值与电流，其值与电流IR2成正成正比，即比，即2 IR2210 n故故 2与与w2的轴线一致，的轴线一致，因因此，会在此，会在w2中感应电势中感应电势 ， E2 = 4.44fw22 ,从而输从而输出电压出电压U2= E2。U2 2U2 10 nU2U1 n故故即即U1 w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制U1 w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形

54、转子n 2E2U2no所以所以，当转子旋转时，转子导体切割磁场当转子旋转时，转子导体切割磁场10 ，感应电势，感应电势ER 2，产生电流，产生电流IR 2。建立磁场。建立磁场2 ，该磁场在输出绕组中，该磁场在输出绕组中感应感应电势电势ER2，其，其大小与转速成正比大小与转速成正比。且与励磁电压。且与励磁电压同频同频率率。电梯的电气控制电梯的电气控制异步测速发电机的特性和主要技术指标异步测速发电机的特性和主要技术指标一、输出特性和线性误差一、输出特性和线性误差 理想的测速发电机输出电压应正比理想的测速发电机输出电压应正比于它的转速，即于它的转速，即U2= Kv 。但是实际。但是实际的异步测速发电

55、机输出电压与转速的异步测速发电机输出电压与转速间并不是严格的线性关系，而是非间并不是严格的线性关系，而是非线性的。线性的。U2=f(v)测速发电机输出电压与转速间的关系测速发电机输出电压与转速间的关系称为输出特性。称为输出特性。上式中上式中v为相对速度，它是实际转速为相对速度，它是实际转速n与同步转与同步转速速ns的比值，即的比值，即v = n / ns 。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制1-1-线性输出特性线性输出特性2-2-实际输出特性实际输出特性输出特性和线性误差输出特性和线性误差 为了便于衡量实际输出特性的线性度，为了便于衡量实际

56、输出特性的线性度，一般把实际输出特性上对应于一般把实际输出特性上对应于 （为最大（为最大相对速度）的一点与坐标原点的连线作为线相对速度）的一点与坐标原点的连线作为线性输出特性，直线与曲线之间的差异就是误性输出特性，直线与曲线之间的差异就是误差，这种误差通常用线性误差（又称幅值相差，这种误差通常用线性误差（又称幅值相对误差）对误差） x 来度量。来度量。12电梯的电气控制电梯的电气控制式中，式中， Umax为实际输出电压与线性为实际输出电压与线性输出电压的最大差值；输出电压的最大差值；U2lTmax为对应为对应于最大转速于最大转速 n max（技术条件上有规定）（技术条件上有规定）的线性输出电压

57、。的线性输出电压。 异步测速发电机在控制系统中的用途不同，异步测速发电机在控制系统中的用途不同，对线性误差的要求也不同。作为对线性误差的要求也不同。作为阻尼元件阻尼元件时允许时允许线性误差可大一些；而作为线性误差可大一些；而作为解算元件解算元件时，线性误时，线性误差必须很小。目前，高精度的异步测速发电机线差必须很小。目前，高精度的异步测速发电机线性误差可小到性误差可小到0.05%左右。左右。12电梯的电气控制电梯的电气控制二、输出相位移与相位误差二、输出相位移与相位误差 在自动控制系统中，希望异步测速发电机的在自动控制系统中，希望异步测速发电机的输出电压与激磁电压同相位，但在实际的异步测输出电

58、压与激磁电压同相位，但在实际的异步测速发电机中，两者之间却存在相位移。速发电机中，两者之间却存在相位移。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制 相位移存在的原因：相位移存在的原因： 图中：图中：E1为磁通为磁通 1在激磁在激磁绕组中产生的变压器电势；绕组中产生的变压器电势； ER2为转子切割磁通为转子切割磁通 1产生的切割产生的切割电势；电势； E2为磁通为磁通 2在输出绕组在输出绕组中产生的变压器电势；中产生的变压器电势； 称为异步测速发电机的输出相称为异步测速发电机的输出相位移位移U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2

59、电梯的电气控制电梯的电气控制三、剩余电压三、剩余电压Us 测速发电机的激磁绕组已经供电，转子处于测速发电机的激磁绕组已经供电，转子处于不动情况下（即零速时）输出绕组所产生的电压，不动情况下（即零速时）输出绕组所产生的电压，此即剩余电压，又称为零速电压。此即剩余电压，又称为零速电压。 产生剩余电压的原因是多产生剩余电压的原因是多种多样的，它由两部分组成：种多样的，它由两部分组成：一部分是固定分量一部分是固定分量U Us0s0，其值与，其值与转子位置无关；另一部分是交转子位置无关；另一部分是交变分量变分量U Usjsj，它的值与转子位置，它的值与转子位置有关，当转子位置变化时，其有关，当转子位置变

60、化时，其值作周期性的变化。值作周期性的变化。U Us sU Us0s0U Usjsj0 0电梯的电气控制电梯的电气控制四、输出斜率四、输出斜率 与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输与直流测速发电机一样，异步测速发电机的输出斜率出斜率Un通常也规定为转速通常也规定为转速1000r/min时的输出电压。时的输出电压。输出斜率越大，输出特性上比值输出斜率越大，输出特性上比值 U2/ n越大，测速越大，测速发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与同样发电机对于转速变化的灵敏度就越高。但是与同样尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电机的尺寸的直流测速发电机相比较，交流测速发电机的输出斜率较小，一般

61、为输出斜率较小，一般为0.55V/kr/min。1000n（r/min） U2 nUnU2OU1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制交流异步测速发电机的使用交流异步测速发电机的使用 在选用时，应根据系统的频率，电压，工作转速的在选用时，应根据系统的频率，电压，工作转速的范围和具体用途来选择交流测速发电机的规格。用作范围和具体用途来选择交流测速发电机的规格。用作解解算元件算元件的应着重考虑的应着重考虑精度精度要高，输出电压要高，输出电压稳定性稳定性要好；要好；用于一般转速检测或做用于一般转速检测或做阻尼元件阻尼元件时，应着重考虑时，应着重考虑输出斜

62、输出斜率率要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。要大，而不宜既要精度高，又要输出斜率大。 鼠笼转子异步测速发电机输出特性斜率鼠笼转子异步测速发电机输出特性斜率大，但是它的特性比较差、线性误差大、大，但是它的特性比较差、线性误差大、转子惯性大，转子惯性大， 通常只用于精度要求不高通常只用于精度要求不高的系统中。的系统中。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制空心杯转子异步测速发电机的精度比较高，线形空心杯转子异步测速发电机的精度比较高，线形误差小，转动惯量小，应用在要求精度比较高的误差小，转动惯量小，应用在要求精度比较高的系统中，是最广泛应用的

63、一种异步测速发电机。系统中，是最广泛应用的一种异步测速发电机。一、负载性质对输出特性的影响及改善方法一、负载性质对输出特性的影响及改善方法 测速发电机正常工作测速发电机正常工作时时,其输出电压仅为转速的其输出电压仅为转速的函数不受负载的性质和大函数不受负载的性质和大小的影响小的影响,实际工作中输出实际工作中输出电压的大小和相位与负载电压的大小和相位与负载的大小和性质有关的大小和性质有关 。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制 1、负载阻抗足够大时，在测速发电机转速一、负载阻抗足够大时，在测速发电机转速一定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的大小和

64、相定时，负载阻抗稍有变化，输出电压的大小和相位几乎不变。位几乎不变。r2jx2ZL 2、电阻负载电阻负载，在测速发电机转速一定时，负，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小减小和相位增加。载阻值减小，输出电压的大小减小和相位增加。电梯的电气控制电梯的电气控制r2jx2ZL 3、容性负载容性负载，在测速发电机转速一定时，负，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小增加和相位增加。载阻值减小，输出电压的大小增加和相位增加。电梯的电气控制电梯的电气控制r2jx2ZL 4、感性负载感性负载，在测速发电机转速一定时，负，在测速发电机转速一定时，负载阻值减小，输出电压的大小减小和

65、相位减小。载阻值减小，输出电压的大小减小和相位减小。电梯的电气控制电梯的电气控制 结论：结论：1、电阻电容性负载，阻抗、电阻电容性负载，阻抗值的改变会引起输出电压大小的变化趋值的改变会引起输出电压大小的变化趋势是相反的，即他们对输出电压的大小势是相反的，即他们对输出电压的大小的影响可以互相补偿，的影响可以互相补偿，输出电压不受负输出电压不受负载大小的影响载大小的影响。但是电阻电容性负载。但是电阻电容性负载不不能补偿输出相位的偏差能补偿输出相位的偏差。2、电阻电感性负载，阻抗值的改变引起、电阻电感性负载，阻抗值的改变引起相位的改变是相反的，即对相位的改变是相反的，即对输出电压相输出电压相位的影响

66、可以互相补偿位的影响可以互相补偿，但是电阻电感，但是电阻电感性负载对性负载对输出电压大小的影响不能补偿输出电压大小的影响不能补偿。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制 综上所述究竟采用哪种负综上所述究竟采用哪种负载，主要根据系统的需要而定，载，主要根据系统的需要而定，通常总是希望保持输出电压的通常总是希望保持输出电压的大小不受不在阻抗的影响。因大小不受不在阻抗的影响。因此，此，多数采用电阻电容性负载多数采用电阻电容性负载。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制二、激磁电源的影响二、激磁电源的影

67、响 交流异步测速发电机交流异步测速发电机激磁电源电压幅值的不稳定激磁电源电压幅值的不稳定，会直接引起输出电压的不稳定，因而影响输出特性的线会直接引起输出电压的不稳定，因而影响输出特性的线形误差。因此，对于要求稳定性高，误差小的异步测速形误差。因此，对于要求稳定性高，误差小的异步测速发电机，都采用专用的电源供电，其电源的幅值和频率发电机，都采用专用的电源供电，其电源的幅值和频率不受其他因素的影响。不受其他因素的影响。三、温度的影响三、温度的影响 环境温度的变化和电机长时间工作环境温度的变化和电机长时间工作的的发热发热，会使定子绕组和杯形转子的电，会使定子绕组和杯形转子的电阻以及磁性材料的性能发生

68、变化，这样阻以及磁性材料的性能发生变化，这样就会对电机的性能产生影响，使输出特就会对电机的性能产生影响，使输出特性不稳定。性不稳定。U1w1U2w2 10ER2IR2杯形转子杯形转子n 2E2电梯的电气控制电梯的电气控制四、移相问题四、移相问题 在自动控制系统中，往往希望输出电压与激在自动控制系统中，往往希望输出电压与激磁电压相位相同，因而要进行移相。移相可以在磁电压相位相同，因而要进行移相。移相可以在激磁回路中进行，也可以在输出回路中进行，或激磁回路中进行，也可以在输出回路中进行，或者在两回路中同时进行。最简单的方法是在激磁者在两回路中同时进行。最简单的方法是在激磁回路中串联移相电容进行移相

69、，电容值可用实验回路中串联移相电容进行移相，电容值可用实验办法确定。办法确定。R1U2C1U1R3R2RC网络网络电梯的电气控制电梯的电气控制输出移相的相量分析输出移相的相量分析R1U2C1U1R3R2-jxcRLU1 移相前的相量图移相前的相量图移相后的相量图移相后的相量图电梯的电气控制电梯的电气控制五、最大线性工作转速五、最大线性工作转速 在测速发电机的技术条件在测速发电机的技术条件中还规定了最大线性工作转速，中还规定了最大线性工作转速，它表示当电机在转速情况下工它表示当电机在转速情况下工作时，其线性误差不超过标准作时，其线性误差不超过标准规定的范围。所以在使用中，规定的范围。所以在使用中

70、，若对于测速发电机线性度有一若对于测速发电机线性度有一定要求时，则电机的工作转速定要求时，则电机的工作转速就不应超出最大线性工作转速。就不应超出最大线性工作转速。12电梯的电气控制电梯的电气控制n n图4-16是霍尔式无刷直流测速发电机的结构与原理图。为了产生正弦函数的电压，让两极已经磁化了的铁淦氧磁铁旋转，形成按正弦函数规律分布的旋转磁场，利用互成直角固定安装的两个霍尔元件来检测磁场，同时通过与定子线圈中产生的和电压成正比的电流，获得与角速度成正比而又没有脉动成分的直流电压。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-16 4-16 霍尔式无刷直流测速发电机的结构与原理图霍尔式无刷直流测速发电

71、机的结构与原理图 电梯的电气控制电梯的电气控制4 4 绝对式测量（绝对式测量（ABS）（1 1 1 1）信号性质）信号性质）信号性质）信号性质编码器编码器0 0 0 0 0 0 0 0 1 22.5 0 0 1 0 45 1 1 1 1 337.5 输出输出n位二进制编码，每一位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。个编码对应唯一的角度。 电梯的电气控制电梯的电气控制（2 2 2 2）接触式绝对码盘）接触式绝对码盘）接触式绝对码盘）接触式绝对码盘编码器编码器4 4个电刷个电刷个电刷个电刷 4 4位二进制码盘位二进制码盘 最小分辨角最小分辨角 3602n 当当n4， 3602422.5 导电为导

72、电为“1”，非导电为，非导电为“0”电梯的电气控制电梯的电气控制（3 3 3 3）绝对式光电码盘）绝对式光电码盘）绝对式光电码盘）绝对式光电码盘编码器编码器LED光敏光敏元件元件电梯的电气控制电梯的电气控制绝对式光电编码器原理动画演示绝对式光电编码器原理动画演示绝对式光电编码器原理动画演示绝对式光电编码器原理动画演示3 3 3 3 绝对式光电编码器绝对式光电编码器绝对式光电编码器绝对式光电编码器电梯的电气控制电梯的电气控制5 5 增量式测量（增量式测量（INC）（1 1 1 1）信号性质）信号性质）信号性质）信号性质编码器编码器 输输出出信信号号为为一一串串脉脉冲冲，每每一一个个脉脉冲冲对对应

73、应一一个个分分辨辨角角 ，对对脉脉冲冲进进行行计计数数N，就就是是对对 的的累加，即，角位移累加，即，角位移 N。 如如： 0.352 ，脉脉冲冲N1000，则：，则： 0.352 1000 352 电梯的电气控制电梯的电气控制（2 2 2 2）增量式光电编码器的结构）增量式光电编码器的结构）增量式光电编码器的结构）增量式光电编码器的结构编码器编码器码盘码盘光栏板光栏板LED零位标志零位标志（一转脉冲）（一转脉冲）光敏元件光敏元件 360条纹数条纹数 36010240.352 透光条纹透光条纹电梯的电气控制电梯的电气控制（3 3 3 3）辨向）辨向）辨向）辨向编码器编码器90 ABAB 光光敏

74、敏元元件件所所产产生生的的信信号号A、B彼彼此此相相差差90 相相位位，用用于于辨辨向向。 当当码码盘盘正正转转时时，A信信号号超超前前B信信号号90 ；当当码码盘盘反反转转时时，B信信号号超超前前A信号信号90 。电梯的电气控制电梯的电气控制（6 6 6 6）零标志（一转脉冲）零标志（一转脉冲）零标志（一转脉冲）零标志（一转脉冲）编码器编码器 一转（360）CC 在在码码盘盘里里圈圈，还还有有一一条条狭狭缝缝C，每每转转能能产产生生一一个个脉脉冲冲，该该脉脉冲冲信信号号又又称称“一一转转信信号号”或或零零标标志志脉脉冲冲，作为测量的起始基准。作为测量的起始基准。电梯的电气控制电梯的电气控制增

75、量式编码器原理动画演示增量式编码器原理动画演示增量式编码器原理动画演示增量式编码器原理动画演示2 2 2 2 增量式光电编码器增量式光电编码器增量式光电编码器增量式光电编码器电梯的电气控制电梯的电气控制n n位置检测装置位置检测装置n n( (一一) )接触式传感器接触式传感器 n n接触式传感器多用行程开关和微动开关等触点接触式传感器多用行程开关和微动开关等触点器件构成。在电梯系统中多用于接触式门保护器件构成。在电梯系统中多用于接触式门保护和限位保护中。和限位保护中。n n1 1行程开关行程开关 行程开关的结构如图行程开关的结构如图4-264-26所示。所示。n n当生产机械的运动部件与挡块

76、当生产机械的运动部件与挡块1 1或推杆或推杆2 2碰撞时，碰撞时，使触头使触头3 3、触头、触头4 4动作，并使触头的原有状态发动作，并使触头的原有状态发生变化，进而将有关的电信号送出。触头的通生变化，进而将有关的电信号送出。触头的通断速度与运动部件推动挡块或推杆的速度有关。断速度与运动部件推动挡块或推杆的速度有关。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-26 4-26 行程开关的结构行程开关的结构 1 1挡块挡块 2 2推杆推杆 3 3动断触点动断触点 4 4动合触点动合触点 5 5弹簧片弹簧片 电梯的电气控制电梯的电气控制n n2微动开关 由微动开关组成的位置传感器具有体积小、质量轻、工

77、作灵敏等特点，经常用于检测物体位置的传感器构造和分布形式如图4-27所示。电梯的电气控制电梯的电气控制n n非接触式传感器非接触式传感器 n n在电梯运行中，为使轿厢到达预定停靠站，需要提前在电梯运行中，为使轿厢到达预定停靠站，需要提前一定的距离把快速运行的电梯速度切换为平层前的慢一定的距离把快速运行的电梯速度切换为平层前的慢速运行，这种平层时自动停靠的控制装置称为换速平速运行，这种平层时自动停靠的控制装置称为换速平层装置（也称井道信息装置）。为了便于与继电器配层装置（也称井道信息装置）。为了便于与继电器配合，传感器最常用干簧管传感器和双稳态磁开关。前合，传感器最常用干簧管传感器和双稳态磁开关

78、。前者使用隔磁板（也称桥板）进行隔磁，后者使用圆形者使用隔磁板（也称桥板）进行隔磁，后者使用圆形永久磁铁（也称磁豆）进行触发。永久磁铁（也称磁豆）进行触发。n n1 1干簧管传感器干簧管传感器 8080年代中期前采用永磁式干簧管传年代中期前采用永磁式干簧管传感器作为开关器件的换速平层装置。其中隔磁用的铁感器作为开关器件的换速平层装置。其中隔磁用的铁板称为隔磁板或桥板，它们通过支架固定在导轨上。板称为隔磁板或桥板，它们通过支架固定在导轨上。当轿厢运动时；安装在轿厢顶部的干簧管当轿厢运动时；安装在轿厢顶部的干簧管U U形槽恰好使形槽恰好使隔磁板通过，从而引起干簧管的接点切换。隔磁板通过，从而引起干

79、簧管的接点切换。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-28 4-28 干簧管传感器与隔磁板的位置干簧管传感器与隔磁板的位置 1 1平层装置平层装置 2 2传感器传感器 3 3隔磁板隔磁板 4 4支架支架 5 5导轨导轨 6 6接线软管接线软管 7 7轿厢顶轿厢顶 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-294-29干簧管传感器的结构与工作原理干簧管传感器的结构与工作原理 a a）放入永久磁铁之前）放入永久磁铁之前 b b）放入永）放入永久磁铁之后久磁铁之后 c c）插入隔磁板之后）插入隔磁板之后 壳体壳体 2 2磁铁磁铁 3 3干簧管干簧管 4 4常开接点常开接点 5 5常闭接点常闭接点

80、 6 6磁力线磁力线 7 7隔磁板隔磁板 电梯的电气控制电梯的电气控制2 2双稳态磁性开关双稳态磁性开关 8080年代中期以来，多采用双稳态磁性年代中期以来，多采用双稳态磁性开关（以下简称双稳态开关）作为电梯换速平层装置的器件。开关（以下简称双稳态开关）作为电梯换速平层装置的器件。这种装置是由位于轿顶上的双稳态开关和位于井道的圆柱形这种装置是由位于轿顶上的双稳态开关和位于井道的圆柱形永久磁铁（以下简称磁豆）构成，如图永久磁铁（以下简称磁豆）构成，如图4-304-30所示。所示。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-31 4-31 双稳态开关双稳态开关 n n1 1壳体壳体 2 2干簧管干簧

81、管 3 3方块磁铁方块磁铁 4 4引出线引出线电梯的电气控制电梯的电气控制第三节 直流电梯的速度闭环控制n n直流电动机的转速可由下式表示：直流电动机的转速可由下式表示：n n由上式可知，直流电机的转速主要与输入电机的端电压、外由上式可知，直流电机的转速主要与输入电机的端电压、外接调整电阻及励磁磁通有关，只要改变其中的某个参数，均接调整电阻及励磁磁通有关，只要改变其中的某个参数，均可改变电机的转速。其中改变端电压可改变电机的转速。其中改变端电压UaUa比较理想，因为采用比较理想，因为采用了闭环控制的直流调速方法，在不同电压下的特性曲线均是了闭环控制的直流调速方法，在不同电压下的特性曲线均是平行

82、的，即在同一电压下负载变化时，其转速变化不大，特平行的，即在同一电压下负载变化时，其转速变化不大，特别是用比例积分调节控制规律时，可以使静态速降为别是用比例积分调节控制规律时，可以使静态速降为0 0。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-32 4-32 晶闸管励磁的发电机晶闸管励磁的发电机- -电动机拖动控制系电动机拖动控制系统统 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-33 4-33 变流装置直接供电的晶闸管变流装置直接供电的晶闸管- -电动机拖动控制系统电动机拖动控制系统 电梯的电气控制电梯的电气控制n n上述两种直流电梯的控制系统中都采用了晶闸管变流装置，上述两种直流电梯的控制系统

83、中都采用了晶闸管变流装置，尽管这种装置使得控制系统的经济性与可靠性有了明显的尽管这种装置使得控制系统的经济性与可靠性有了明显的提高，在技术性能上显出较大的优越性，但也有其弱点，提高，在技术性能上显出较大的优越性，但也有其弱点，首先，由于晶闸管的单向导电性，不允许电流反向，使系首先，由于晶闸管的单向导电性，不允许电流反向，使系统的可逆运行困难，因此需要正、反向运行的场合，必统的可逆运行困难，因此需要正、反向运行的场合，必须采用正、反两组整流电路，所用的变流设备需要增加一须采用正、反两组整流电路，所用的变流设备需要增加一倍。其次，晶闸管元件对过电压、过电流以及过高的电压、倍。其次，晶闸管元件对过电

84、压、过电流以及过高的电压、电流变化率（电流变化率（du/dtdu/dt和和di/dtdi/dt）都十分敏感，其中任何一项）都十分敏感，其中任何一项指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏元件，因此，指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏元件，因此，必须有可靠的保护装置和复合要求的三绕条件，而且在元必须有可靠的保护装置和复合要求的三绕条件，而且在元件选择时还应该留有适当的余地。最后，当系统处在深调件选择时还应该留有适当的余地。最后，当系统处在深调速时（即轿低速运行），晶闸管的导通角很小，使得系统速时（即轿低速运行），晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低，并产生较大的高次斜波电流成分，引起的功

85、率因数很低，并产生较大的高次斜波电流成分，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。当晶闸管调速电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。当晶闸管调速设备在电网中中所占容量的比重较大时，就会造成电力公设备在电网中中所占容量的比重较大时，就会造成电力公害，因此，必须采取无功补偿和谐波滤波装置。害，因此，必须采取无功补偿和谐波滤波装置。电梯的电气控制电梯的电气控制n n一、晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统电梯的电气控制电梯的电气控制n n在该系统中，当转换器输出一个正电压时，与测在该系统中，当转换器输出一个正电压时，与测速发电机电压比较后，加给速度调节器一个正的速发电机电压比较后，加给速度调节器

86、一个正的速度误差信号，速度调节器输出一个负电压，使速度误差信号，速度调节器输出一个负电压，使正向组触发器的输出脉冲前移，正向组晶闸管变正向组触发器的输出脉冲前移，正向组晶闸管变流器工作在整流状态。与此同时，反向组触发器流器工作在整流状态。与此同时，反向组触发器的输出脉冲后移，反向组晶闸管变流器工作在待的输出脉冲后移，反向组晶闸管变流器工作在待逆变状态。结果供给发电机一个正的励磁电流，逆变状态。结果供给发电机一个正的励磁电流，并输出正电压，电动机正转，电梯上升运行。反并输出正电压，电动机正转，电梯上升运行。反之，则电机反转，电梯下行。之，则电机反转，电梯下行。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图

87、图4-35 4-35 高速电梯速度自动调节系统原理图高速电梯速度自动调节系统原理图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n二、变流装置直接供电的直流拖动控制系统二、变流装置直接供电的直流拖动控制系统 n n由于晶闸管励磁的发电机由于晶闸管励磁的发电机- -电动机拖动控制系统的电动机拖动控制系统的电路复杂，调试维修不便、体积大、噪音大、占电路复杂，调试维修不便、体积大、噪音大、占空间多而且能耗也大。因此在大功率晶闸管变流空间多而且能耗也大。因此在大功率晶闸管变流装置的技术及其元件质量得到极大提高的今天，装置的技术及其元件质量得到极大提高的今天，将完全有可能用晶闸管变流装置取代发电机组直将完全有可能用

88、晶闸管变流装置取代发电机组直接向直流电动机供电。这样的拖动控制系统控制接向直流电动机供电。这样的拖动控制系统控制方便、重量轻、噪音小、维修容易，可节能方便、重量轻、噪音小、维修容易，可节能3030左右。左右。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-36 4-36 变流装置直接供电的直流高速电梯速度自动调节系统原理图变流装置直接供电的直流高速电梯速度自动调节系统原理图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图4-37 控制电路框图 电梯的电气控制电梯的电气控制第四节 交流调压调速电梯的速度闭环控制n n一般的交流双速电梯结构简单可靠，但其制动时加速度大，运行不平稳，性能不如直流调速电梯。因此随着电

89、力电子器件和控制技术的发展，对交流电梯中的交流感应电动机采用速度反馈的闭环控制，在电梯的运行中不断检查其运行速度是否符合理想的速度曲线要求，并用晶闸管装置（可控硅）取代起、制动用电阻、电抗器，从而控制起、制动电流，以达到起、制动舒适以及运行平稳的目的。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-38 4-38 电梯各阶段的运行控制电梯各阶段的运行控制 电梯的电气控制电梯的电气控制n n一、能耗制动型一、能耗制动型n n这种系统采用可控硅调压调速再加直流能耗制动组成。通这种系统采用可控硅调压调速再加直流能耗制动组成。通常失电后对慢速绕组中的两相绕组通以直流电流，在定子常失电后对慢速绕组中的两相绕组

90、通以直流电流，在定子内形成一个固定的磁场。当转子由于惯性而继续旋转时，内形成一个固定的磁场。当转子由于惯性而继续旋转时，其导体切割磁力线，在转子中产生感应电势及转子电流，其导体切割磁力线，在转子中产生感应电势及转子电流，这一感应电流产生的磁场对定子磁场而言是静止的。由于这一感应电流产生的磁场对定子磁场而言是静止的。由于定子总磁通和转子中的电流相互作用，与定子电流相应产定子总磁通和转子中的电流相互作用，与定子电流相应产生了制动力矩，其大小与定子的磁化力及电机转速有关。生了制动力矩，其大小与定子的磁化力及电机转速有关。这种状态下的机械特性曲线是在第这种状态下的机械特性曲线是在第象限中通过坐标原点象

91、限中通过坐标原点向外延伸的曲线（见图向外延伸的曲线（见图4-394-39）。从曲线形状可见，当电机）。从曲线形状可见，当电机转矩下降为零，转速也为零，所以应用能耗制动使轿厢能转矩下降为零，转速也为零，所以应用能耗制动使轿厢能准确停车，再加上用晶闸管装置构成闭环系统以调节速度，准确停车，再加上用晶闸管装置构成闭环系统以调节速度，因而可以得到满意的舒适感及平层精度。因而可以得到满意的舒适感及平层精度。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-39 4-39 能耗制动特性曲线能耗制动特性曲线 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-40 4-40 能耗制动调速电梯主拖动控制系统原理框图能耗制动调速

92、电梯主拖动控制系统原理框图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n二、涡流制动器调速系统二、涡流制动器调速系统n n涡流制动器通常由电枢和定子两部分组成。电枢和异步电动涡流制动器通常由电枢和定子两部分组成。电枢和异步电动机的转子相似，其结构可以是笼型，也可以是简单的实心转机的转子相似，其结构可以是笼型，也可以是简单的实心转子。定子绕组通过直流电流励磁。涡流制动器在电梯中使用子。定子绕组通过直流电流励磁。涡流制动器在电梯中使用时，或与电梯的主电机共为一体，或与电动机分离，但两者时，或与电梯的主电机共为一体，或与电动机分离，但两者的转子是同轴相连的。因而它具有可调节制动转矩的特性。的转子是同轴相连的。

93、因而它具有可调节制动转矩的特性。当电梯在运行中需要减速时，则断开主电机电源，而给同轴当电梯在运行中需要减速时，则断开主电机电源，而给同轴的涡流制动器的定子绕组输入直流电源以产生一个直角坐标的涡流制动器的定子绕组输入直流电源以产生一个直角坐标磁场。由于此时涡流制动器转子仍以电动机的转速旋转，并磁场。由于此时涡流制动器转子仍以电动机的转速旋转，并切割定子产生的磁力线，这样在转子中产生一个与定子磁场切割定子产生的磁力线，这样在转子中产生一个与定子磁场相关的涡流电流，而这个涡流电流所产生的磁力线与定子的相关的涡流电流，而这个涡流电流所产生的磁力线与定子的磁力线相互作用，产生一个与其转向相反的涡流制动转

94、矩。磁力线相互作用，产生一个与其转向相反的涡流制动转矩。按照给定的规律输给涡流制动器定子绕组直流电流，就可控按照给定的规律输给涡流制动器定子绕组直流电流，就可控制涡流制动器转矩的大小，从而也就控制了电梯的制动减速制涡流制动器转矩的大小，从而也就控制了电梯的制动减速过程。过程。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-41 4-41 带涡流制动器的交流调速控制系统原理框图带涡流制动器的交流调速控制系统原理框图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n三、反接制动方式三、反接制动方式n n反接制动也是电梯的一种制动调速方法。电梯在反接制动也是电梯的一种制动调速方法。电梯在减速时，把定子绕组中的两相交叉改

95、变其相序，减速时，把定子绕组中的两相交叉改变其相序，使定子磁场的旋转方向改变，而转子的转向仍未使定子磁场的旋转方向改变，而转子的转向仍未改变，即电机转子逆磁场的旋转方向运转，产生改变，即电机转子逆磁场的旋转方向运转，产生制动力矩，使转速逐渐降低，此时电机以反相序制动力矩，使转速逐渐降低，此时电机以反相序运转于第运转于第象限。当转速下降到零时，需立即切象限。当转速下降到零时，需立即切断电机电源，抱闸制动，否则电机就自动反转。断电机电源，抱闸制动，否则电机就自动反转。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-42 4-42 反接制动的交流调速电梯拖动控制系统原理框图反接制动的交流调速电梯拖动控制系

96、统原理框图 电梯的电气控制电梯的电气控制变频调速电梯的速度闭环控制 n n 一、变频器n n变频器可以分为交一交变频器和交一直一交变频器两大类，其原理框图如图4-43所示。前者的频率只能在电网频率以下的范围内进行变化，而后者的频率是由逆变器的开关元件的切换频率所决定，即变频器的输出频率不受电网频率的限制。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-43 4-43 变频器原理框图变频器原理框图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n交一交变频器的工作原理如图4-44所示。它由两组反并联的整流器P和N所组成。经适当的“电子开关按一定的频率使P组和N组轮流向负载R供电，负载R就可获得变化了的输出电压uc。

97、uc的幅值是由各组变流器的控制角所决定的。uc的频率变化由“电子开关”的切换频率所决定。而“电子开关”由电源频率所控制，uc的输出波形由电源变流后得到。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-444-44交一交变频器工作原理交一交变频器工作原理 电梯的电气控制电梯的电气控制n n交一直一交变频器的工作原理如图4-45所示。变频器先将三相交流电整流后得到幅值可变的直流电压Ud，然后经过开关元件1、3和2、4轮流切换导通，则负载R就可获得幅值和频率均可变化的交流输出电压uc，其幅值由整流器输出的直流电压Ud所决定，其频率由逆变器的开关元件的切换频率所决定。 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图

98、4-45 4-45 交一直一交变频器工作原理交一直一交变频器工作原理 电梯的电气控制电梯的电气控制n n二、二、PWMPWM控制器控制器n n由交一直一交变频器工作原理可知，逆变器将直流电压转由交一直一交变频器工作原理可知，逆变器将直流电压转变为频率不同的交流电压。但因为其输出电压是方波电压，变为频率不同的交流电压。但因为其输出电压是方波电压，按傅立叶级数分解，除基波外，在其电压波形中还含有较按傅立叶级数分解，除基波外，在其电压波形中还含有较大成份的高次谐波分量。这样在曳引电机的供电电源中存大成份的高次谐波分量。这样在曳引电机的供电电源中存在谐波分量，使电机运行效率降低，矩形波供电的电机效在谐

99、波分量，使电机运行效率降低，矩形波供电的电机效率将比正弦波供电的效率下降率将比正弦波供电的效率下降5 57 7左右，功率因数下降左右，功率因数下降8 8左右，而电流却要增大左右，而电流却要增大1010倍左右。虽可在逆变器的输倍左右。虽可在逆变器的输出端采用交流滤波器来消除高次谐波分量，但又非常不经出端采用交流滤波器来消除高次谐波分量，但又非常不经济，且增大了逆变器的输出阻抗，使逆变器的输出特性变济，且增大了逆变器的输出阻抗，使逆变器的输出特性变坏。坏。n n 由于前述原因，目前电梯用由于前述原因，目前电梯用VVVFVVVF调速系统大多采用脉调速系统大多采用脉宽调制控制器宽调制控制器PWMPWM

100、。它按一定的规律控制逆变器中功率开。它按一定的规律控制逆变器中功率开关元件的通与断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅而关元件的通与断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅而不等宽的矩形脉冲波，用来近似等效于正弦波。不等宽的矩形脉冲波，用来近似等效于正弦波。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-46 PWM4-46 PWM输出波形输出波形 电梯的电气控制电梯的电气控制n n 三、低、中速VVVF电梯拖动控制系统n n主回路控制部分由以下几部分构成：n n 1）将三相交流电变换成直流的整流器部分；n n 2）平滑该直流电压的电解电容器；n n 3）电动机制动时，再生发电的处理装置以及将直流转变成交

101、流的大功率逆变器部分。 电梯的电气控制电梯的电气控制n n四、高速变频调速电梯的控制四、高速变频调速电梯的控制n n对变频调速电梯的控制主要包括电梯的速度控制对变频调速电梯的控制主要包括电梯的速度控制和信号控制。和信号控制。n n速度控制部分通常以一个十六位的单片机为核心，速度控制部分通常以一个十六位的单片机为核心，辅以其他检测、保护、驱动电路，实现变频调速辅以其他检测、保护、驱动电路，实现变频调速的矢量控制。为了提高矢量控制的精度，提高矢的矢量控制。为了提高矢量控制的精度，提高矢量变换的运算速度非常重要。因此在高性能的变量变换的运算速度非常重要。因此在高性能的变频调速控制中，常采用频调速控制

102、中，常采用3232位的具有高速运算能力位的具有高速运算能力的的CPUCPU。图。图4-484-48中简单地画出了速度控制的结构框中简单地画出了速度控制的结构框图。图。电梯的电气控制电梯的电气控制电梯的电气控制电梯的电气控制n n五、五、VVVFVVVF电梯的拖动控制系统电梯的拖动控制系统n n使用带有矢量变换控制的变频变压控制系统，能使高速使用带有矢量变换控制的变频变压控制系统，能使高速（甚至超高速）电梯充分满足系统的动态调节要求。图（甚至超高速）电梯充分满足系统的动态调节要求。图4-494-49是日立公司将逆变器装置及矢量控制系统应用于是日立公司将逆变器装置及矢量控制系统应用于9m/s9m/

103、s的高速电梯拖动控制系统的原理图。实际使用的逆的高速电梯拖动控制系统的原理图。实际使用的逆变器能控制满量程电机的转矩脉动量，包括了变器能控制满量程电机的转矩脉动量，包括了1HZ1HZ及及1HZ1HZ以下的频率范围，使电梯乘坐舒适，平层精度好，为减以下的频率范围，使电梯乘坐舒适，平层精度好，为减少电机的噪音，大功率变换器还须用高频载波器控制。少电机的噪音，大功率变换器还须用高频载波器控制。除使用正弦电流源的逆变系统外，日立公司还研究了一除使用正弦电流源的逆变系统外，日立公司还研究了一种种3KHZ3KHZ的开关功率转换器，这种转换器使用并行连接的的开关功率转换器，这种转换器使用并行连接的800A8

104、00A功率晶体管和具有高精度的正弦电流控制的正弦功率晶体管和具有高精度的正弦电流控制的正弦PWM/PFMPWM/PFM控制系统，以及对已经产生的非正常过电压采控制系统，以及对已经产生的非正常过电压采取抑制的控制电路。该系统的功率因数几乎为取抑制的控制电路。该系统的功率因数几乎为1 1，减少，减少了所要求的功率容量，谐波分量也可减至了所要求的功率容量，谐波分量也可减至5%5%以下。以下。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-49 4-49 矢量变换控制的高速矢量变换控制的高速VVVFVVVF电梯拖动控制系统电梯拖动控制系统 ASRASR速度速度调节器调节器 ACRACR电流调节器电流调节器

105、L1L1、L2L2电抗器电抗器 TATA电流转换器电流转换器 电梯的电气控制电梯的电气控制n n（一）电梯速度曲线的产生（一）电梯速度曲线的产生n n首先要计算速度曲线，一种是在线计算，另一种是离线计首先要计算速度曲线，一种是在线计算，另一种是离线计算。算。n n在线计算又称即时计算，这种方法是：预先将设计好的速在线计算又称即时计算，这种方法是：预先将设计好的速度曲线公式编写成计算机程序，在电梯运行时不断地计算度曲线公式编写成计算机程序，在电梯运行时不断地计算出下一个工作点的速度值作为速度给定送给速度闭环部分。出下一个工作点的速度值作为速度给定送给速度闭环部分。在线计算要求速度闭环控制计算机有

106、冗余的运算能力。在线计算要求速度闭环控制计算机有冗余的运算能力。n n离线计算又称速度曲线表法，它是先将速度曲线按一定的离线计算又称速度曲线表法，它是先将速度曲线按一定的时间间隔（例如时间间隔（例如10ms10ms）计算出一系列速度值，把它们预先）计算出一系列速度值，把它们预先写到存储单元中，当接收到信号控制系统送来的开始起动写到存储单元中，当接收到信号控制系统送来的开始起动运行指令时，将存储的数据按预定的时间间隔逐个取出，运行指令时，将存储的数据按预定的时间间隔逐个取出，将其作为速度给定送给速度闭环部分。离线计算法减少了将其作为速度给定送给速度闭环部分。离线计算法减少了在线计算的负担，但要求

107、增加存储单元的存储容量。在线计算的负担，但要求增加存储单元的存储容量。电梯的电气控制电梯的电气控制第六节 永磁同步电梯闭环控制系统n n一、永磁同步电梯闭环控制系统构成一、永磁同步电梯闭环控制系统构成n n电梯的电气控制系统可分为通信、信号控制与电梯的电气控制系统可分为通信、信号控制与拖动控制两大部分。其中电梯的拖动控制部分如拖动控制两大部分。其中电梯的拖动控制部分如图图4-544-54所示，它由永磁同步电动机、编码器、电所示，它由永磁同步电动机、编码器、电流控制器、逆变器组成。永磁同步电机拖动系统流控制器、逆变器组成。永磁同步电机拖动系统采用矢量控制原理，实现了电流和速度的双闭环采用矢量控制

108、原理，实现了电流和速度的双闭环控制，较好的实现了同步电机的低速控制，有良控制，较好的实现了同步电机的低速控制，有良好的抗扰性能，满足了无齿轮电梯电气拖动系统好的抗扰性能，满足了无齿轮电梯电气拖动系统的要求。电梯控制系统对位置反馈信号要求很高，的要求。电梯控制系统对位置反馈信号要求很高，特别是同步电机低速运行时，位置信号的误差对特别是同步电机低速运行时，位置信号的误差对系统性能有很大的影响。本系统采用进口高精度系统性能有很大的影响。本系统采用进口高精度编码器作为位置传感器。编码器作为位置传感器。电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-54 4-54 永磁同步电梯闭环控制系统结构框图永磁同步电梯

109、闭环控制系统结构框图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n二、系统控制原理二、系统控制原理n n本系统采用矢量控制原理，将电机模型建立在与转子磁链本系统采用矢量控制原理，将电机模型建立在与转子磁链同步旋转的旋转坐标上，分别对速度、转矩实现闭环控制。同步旋转的旋转坐标上，分别对速度、转矩实现闭环控制。双闭环系统中外环为速度环，内环为电流环。转矩控制在双闭环系统中外环为速度环，内环为电流环。转矩控制在电流环上实现，采用最大转矩电流环上实现，采用最大转矩()()控制方法。控制方法。n n1 1、矢量控制原理、矢量控制原理n n矢量控制的基本思想是将交流电机电流矢量分解成两矢量控制的基本思想是将交流电机

110、电流矢量分解成两个互相垂直、彼此独立的产生磁通的励磁电流分量和产生个互相垂直、彼此独立的产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，使得交流电机的转矩控制和直流电转矩的转矩电流分量，使得交流电机的转矩控制和直流电动机相似。矢量控制的关键在于对电流矢量的幅值和相位动机相似。矢量控制的关键在于对电流矢量的幅值和相位的控制，目的是通过控制定子电流来控制转矩。的控制，目的是通过控制定子电流来控制转矩。n n 电梯的电气控制电梯的电气控制n n图图4-55 4-55 永磁同步电梯矢量控制系统框图永磁同步电梯矢量控制系统框图 电梯的电气控制电梯的电气控制n n2 2、电流环、电流环n n图图4-554

111、-55中控制回路的内环为电流环，应用中控制回路的内环为电流环，应用d-qd-q变换将采样到的电流值从三相静止坐标系分解到变换将采样到的电流值从三相静止坐标系分解到与转子磁链同步旋转的两相直角坐标系的与转子磁链同步旋转的两相直角坐标系的d d、q q轴，轴，实际上得到了转矩电流采样分量和励磁电流采样实际上得到了转矩电流采样分量和励磁电流采样分量。采用最大转矩控制方式时，励磁电流给定分量。采用最大转矩控制方式时，励磁电流给定分量为零，使转矩电流分量达到最大。转矩电流分量为零，使转矩电流分量达到最大。转矩电流给定分量由外环速度环计算给出。电流环中给定给定分量由外环速度环计算给出。电流环中给定电流分量

112、与实际电流分量的差值经过电流分量与实际电流分量的差值经过PIPI调节器以调节器以后得到输出的后得到输出的d d、q q轴电压分量和，即得到了输出轴电压分量和，即得到了输出的电压空间矢量。的电压空间矢量。电梯的电气控制电梯的电气控制n n3 3、速度环、速度环n n图图4-554-55中外环为速度环，通过速度环计算转矩中外环为速度环，通过速度环计算转矩电流给定分量，为转速指令（电流给定分量，为转速指令（rad/srad/s）和转速反馈）和转速反馈（实际转速）（实际转速）（rad/srad/s）的差值经过）的差值经过PIPI调节器计算调节器计算出的结果。控制过程中，转矩的扰动通过速度的出的结果。控

113、制过程中，转矩的扰动通过速度的变化传递给电流环进行补偿。变化传递给电流环进行补偿。4 4、SVPWMSVPWM空间矢量输出：电流环计算得到的电空间矢量输出：电流环计算得到的电压空间矢量和应用空间矢量法进行矢量分解后，压空间矢量和应用空间矢量法进行矢量分解后，以以SVPWMSVPWM（空间矢量脉宽调制）方式输出三相电压（空间矢量脉宽调制）方式输出三相电压信号，经过逆变器逆变后，得到了永磁同步电机信号，经过逆变器逆变后，得到了永磁同步电机所需的三相控制电压。所需的三相控制电压。电梯的电气控制电梯的电气控制人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。电梯的电气控制电梯的电气控制电梯的电气控制电梯的电气控制