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1、电梯系统-电梯的电力拖动系统电梯的电力拖动系统电梯的电力拖动系统内容框架：内容框架：n常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式n电梯的速度曲线电梯的速度曲线n曳引电动机及其功率的确定曳引电动机及其功率的确定n直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式n交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式n变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式 preceding电梯的电力拖动系统2.1 2.1 常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式n电梯的运动：电梯的运动：w轿厢的升降轿厢的升降曳引机组、主驱动。功率大（几千曳引机组、主驱动。功率大（几千瓦几十千瓦）。瓦几十千瓦）。w轿门和厅门的开关轿门和厅门的开关开关
2、门电机、辅助驱动。功开关门电机、辅助驱动。功率小（率小（200W200W以下）。以下）。 电梯的电力拖动系统2.1 2.1 常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式n电梯拖动的要求电梯拖动的要求w足够的驱动力和制动力；足够的驱动力和制动力；w正确的速度控制，舒适性，平层精度；正确的速度控制，舒适性，平层精度；w动作灵活；动作灵活；w高效，节能；高效，节能；w平稳，噪声小；平稳，噪声小；w维护方便、寿命长；维护方便、寿命长；电梯的电力拖动系统2.1 2.1 常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式n电力拖动系统分类（按电动机供电种类）：电力拖动系统分类（按电动机供电种类）：w直流拖动系统直流拖动
3、系统直流电动机调速，机械特性硬，直流电动机调速，机械特性硬，调速范围大等优点，但直流电动机具有换向器日常调速范围大等优点，但直流电动机具有换向器日常维护量大，耗能高的缺点。维护量大，耗能高的缺点。w交流拖动系统交流拖动系统有交流变极调速系统、交流调压有交流变极调速系统、交流调压调速系统及变频变压调速系统。由于电子元器件的调速系统及变频变压调速系统。由于电子元器件的高速发展大功率高反压场效应三极管高速发展大功率高反压场效应三极管IGBTIGBT的问世，的问世，使得变频变压调速系统更加成熟。电梯拖动系统被使得变频变压调速系统更加成熟。电梯拖动系统被采用已成为现实。变频变压调速系统用在电梯上有采用已
4、成为现实。变频变压调速系统用在电梯上有体积小、节能等优点，在调速性能方面可以与直流体积小、节能等优点，在调速性能方面可以与直流拖动系统媲美，目前采用变频变压调速的电梯其速拖动系统媲美，目前采用变频变压调速的电梯其速度可达度可达6m6ms s。 电梯的电力拖动系统2.1 2.1 常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式n轿厢的电力拖动方式：轿厢的电力拖动方式：w发电机组供电的直流电机拖动方式由于能耗大，只有少量旧梯还在运发电机组供电的直流电机拖动方式由于能耗大，只有少量旧梯还在运行。行。w2020世纪七八十年代出现的变压变频世纪七八十年代出现的变压变频(VVVF)(VVVF)交流异步电机拖动方式
5、由于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欢迎。其优异的性能和逐步降低的价格而大受欢迎。电梯的电力拖动系统2.1 2.1 常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式n轿门的电力拖动方式：轿门的电力拖动方式：w直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式通过改变电枢电路所通过改变电枢电路所串、并联电阻的阻值来改变电动机的转速，早年普遍采用，但由于切串、并联电阻的阻值来改变电动机的转速，早年普遍采用，但由于切换用的开关容易出故障，目前已较少采用。换用的开关容易出故障，目前已较少采用。w直流电动机斩波调压调速拖动方式直流电动机斩波调压调速拖动方式采用
6、大功率晶体管组成的无触采用大功率晶体管组成的无触点开关通过改变导通占空比实现直流调压调速，这种方法可靠性好，点开关通过改变导通占空比实现直流调压调速，这种方法可靠性好，效率高，平滑地调速。效率高，平滑地调速。w交流异步电动机交流异步电动机VVVFVVVF变频调速拖动方式变频调速拖动方式采用交流异步电动机，结采用交流异步电动机，结构简单，运行平稳，效率高。普遍采用。构简单，运行平稳，效率高。普遍采用。w力矩异步电动机力矩异步电动机具有较大转矩，适宜用于容易出现堵卡现象的电具有较大转矩，适宜用于容易出现堵卡现象的电梯中。梯中。w伺服电动机拖动方式伺服电动机拖动方式近几年出现，采用伺服电动机，其反应
7、灵活，近几年出现，采用伺服电动机，其反应灵活，响应迅速，有发展前途。响应迅速，有发展前途。电梯的电力拖动系统2.2 2.2 电梯的速度曲线电梯的速度曲线n电梯的速度曲线是舒适感与快速性的矛盾统一电梯的速度曲线是舒适感与快速性的矛盾统一1.快速性要求快速性要求n提高电梯额定速度提高电梯额定速度w目前超高速电梯额定速度已达目前超高速电梯额定速度已达1010米秒。米秒。w电梯额定速度高应加强安全性、可靠性的保证，造价也随之电梯额定速度高应加强安全性、可靠性的保证，造价也随之提高。提高。n集中布置多台电梯集中布置多台电梯w通过电梯台数的增加来节省乘客侯梯时间。通过电梯台数的增加来节省乘客侯梯时间。n减
8、少电梯起、停过程中加、减速所用时间减少电梯起、停过程中加、减速所用时间w如：交、直流电梯快速平均加、减速度如：交、直流电梯快速平均加、减速度0.5m/s0.5m/s2 2。w起、制动时间缩短意味着加速度、减速度的增大，而过分增起、制动时间缩短意味着加速度、减速度的增大，而过分增大和不合理的变化将造成乘客的不适感。速度变化要兼顾快大和不合理的变化将造成乘客的不适感。速度变化要兼顾快速性和舒适感。速性和舒适感。w由合理的电梯运行的速度曲线来保证。由合理的电梯运行的速度曲线来保证。电梯的电力拖动系统2.22.2电梯的速度曲线电梯的速度曲线2.舒适性要求舒适性要求n加速度引起不适加速度引起不适w超重感
9、，考虑人体生理承受能力，超重感，考虑人体生理承受能力，GB/T10058-1997GB/T10058-1997规定规定“加、减速度最大值加、减速度最大值 1.5m/s1.5m/s2 2”n加速度变化率引起不适加速度变化率引起不适w眩晕感，考虑人体生理承受能力，一般加加速度眩晕感，考虑人体生理承受能力，一般加加速度 1.3m/s1.3m/s3 3。电梯的电力拖动系统2.22.2电梯的速度曲线电梯的速度曲线3.电梯的速度曲梯的速度曲线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
10、。电梯的电力拖动系统2.22.2电梯的速度曲线电梯的速度曲线电梯的电力拖动系统2.3 2.3 电梯的负载机械特性电梯的负载机械特性n频繁起制动设备，需分析电梯的负载机械特性。频繁起制动设备，需分析电梯的负载机械特性。w静态负载机械特性静态负载机械特性当轿厢静止或匀速运动时表当轿厢静止或匀速运动时表现的电梯。现的电梯。w动态负载机械特性动态负载机械特性轿厢加、减速运动时、除包轿厢加、减速运动时、除包含静态负载机械特性外，还包含加速度造成的惯性含静态负载机械特性外，还包含加速度造成的惯性转矩部分。转矩部分。电梯的电力拖动系统2.3 2.3 电梯的负载机械特性电梯的负载机械特性n动态负载机械特性动态
11、负载机械特性w原因：当电梯起动加速或停车前制动减速时，由于原因：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。速度的变化将引起动态负载转矩。w通常，电梯的动态转矩可通常，电梯的动态转矩可达静态转矩的达静态转矩的1.51.53 3倍。倍。wAEAE段：抛物线段：抛物线wEFEF段：直线段：直线wFBFB段：反抛物线段：反抛物线wBCBC段：点段：点w制动段（制动段（CFCF、FEFE、EDED段）段）电梯的电力拖动系统2.3 2.3 电梯的负载机械特性电梯的负载机械特性n静态负载机械特性静态负载机械特性w原因原因：（：（1 1）负载转矩是由轿厢与对重的重量差造成负载转矩是由
12、轿厢与对重的重量差造成的。（的。（2 2）反抗性转矩是由传动系统的摩擦阻力引起）反抗性转矩是由传动系统的摩擦阻力引起电梯的电力拖动系统2.3 2.3 电梯的负载机械特性电梯的负载机械特性n电梯的负载机械特性电梯的负载机械特性w将电梯的静态负载机械特性与动态负载机械特性相将电梯的静态负载机械特性与动态负载机械特性相叠加得到电梯负载机械特性。叠加得到电梯负载机械特性。电梯的电力拖动系统2.3 2.3 电梯的负载机械特性电梯的负载机械特性n调速电梯曳引电动机机械特性与电梯负载机械调速电梯曳引电动机机械特性与电梯负载机械特性的关系特性的关系w调速电梯要求轿厢能按预定的速度曲线运行。调速电梯要求轿厢能按
13、预定的速度曲线运行。w要求曳引电动机在选定的调速方式下，电机的转矩要求曳引电动机在选定的调速方式下，电机的转矩总能达到负载转矩的要求，电机转矩应有一定裕度。总能达到负载转矩的要求，电机转矩应有一定裕度。w特点：包容特点：包容电梯的电力拖动系统2.42.4电动机及其功率的确定电动机及其功率的确定1.电梯梯对曳引曳引电动机的要求机的要求n要求电动机有较大的过载能力要求电动机有较大的过载能力w电梯的动态负载转矩大，要求电动机的过载倍数为电梯的动态负载转矩大，要求电动机的过载倍数为3 34 4。n能承受频繁起停，较高的每小时合闸次数能承受频繁起停，较高的每小时合闸次数w发热需散热、每小时合闸次数发热需
14、散热、每小时合闸次数150150300300次次n周期断续工作制周期断续工作制w负载持续率负载持续率 FSFSt tg g/T100%/T100%w电梯的电梯的FSFS在在30%70%30%70%电梯的电力拖动系统2.42.4电动机及其功率的确定电动机及其功率的确定n足够的起动转矩、尽量小的起动电流足够的起动转矩、尽量小的起动电流w普通电动机起动电流大（普通电动机起动电流大（5757倍）、起动转矩小倍）、起动转矩小w电梯需克服静态转矩、其他机械摩擦。电梯需克服静态转矩、其他机械摩擦。w采用减压起动以降低起动电流。起动转矩足够即可，采用减压起动以降低起动电流。起动转矩足够即可，过大则冲击大。过大
15、则冲击大。电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式w直流电机的机械特性是直线，转速与转矩、电流的直流电机的机械特性是直线，转速与转矩、电流的关系是线性的，便于控制。因此，直流电动机广泛关系是线性的，便于控制。因此，直流电动机广泛地应用在需要大范围平滑调速的生产机械中。地应用在需要大范围平滑调速的生产机械中。 w在交流变频调速应用之前的一百多年里，直流调速在交流变频调速应用之前的一百多年里，直流调速处垄断地位。处垄断地位。w超高速电梯中直流电梯仍占绝大部分。超高速电梯中直流电梯仍占绝大部分。 电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式直流
16、直流电梯分梯分类（按直流（按直流电源的源的获取方式）：取方式）：n由交流电动机直流发电机组供电，由交流电动机直流发电机组供电，G-MG-M方式，方式，淘汰；淘汰；n由晶闸管整流器由晶闸管整流器( (逆变器逆变器) )供电，供电，SCR-MSCR-M方式，目方式，目前使用；前使用； 电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式1 单桥供供电的的SCR-M直流直流电梯梯 n电梯系统其电枢电路由单向整流桥供电，励磁电梯系统其电枢电路由单向整流桥供电，励磁电路由双向整流桥供电。电路由双向整流桥供电。 电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式n整流
17、原理：整流原理：由于由于这样只能只能产生生单方向的方向的电枢枢电流流Ia，而，而要想适要想适应电梯梯负载的要求，的要求，电机机M 必必须能灵活地能灵活地改改变电磁磁转矩的方向，矩的方向， 因此因此电机的励磁机的励磁统组WM则由两个反并由两个反并联的整流的整流桥供供电。当正。当正组励磁整流励磁整流桥UCF工作工作时，给励磁励磁绕组WM提供正向励磁，提供正向励磁，使使电机内机内产生正向磁通生正向磁通，这样电机机 M 的的电枢枢电流流Ia（只有正向（只有正向电流）在正向磁通流）在正向磁通的作用下就将的作用下就将产生正向生正向转矩。当反矩。当反组励磁整流励磁整流桥UCR工作工作时，则为励磁励磁绕组WM
18、提供反向励磁提供反向励磁电流，使流，使电机机产生反向磁通生反向磁通-，于是正向的，于是正向的电枢枢电流流Ia在反向的在反向的磁通磁通-作用下，作用下，产生反向生反向转矩。矩。电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式2 双双桥供供电的的SCR-M直流直流电梯梯 1-主变压器 2-正组晶闸管 3-反组晶闸管 4-平波电抗器 5-直流电动机6-测速发电机 7-曳引机 8-轿厢 9-对重 10-励磁变压器 11-励磁晶闸管整流器 12-励磁绕组 13-励磁指令及励磁控制器 14-速度指令 15-比较器 16-控制切换开关 17-正组晶闸管触发电路 18-反组晶闸管触发电路
19、电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式n整流原理：整流原理：w在电动机电枢回路中设置了两组晶闸管整流器，它在电动机电枢回路中设置了两组晶闸管整流器，它们彼此反向并联，为电枢提供正、反向电流。们彼此反向并联，为电枢提供正、反向电流。w而励磁回路则只是一个恒定大小、恒定方向的恒流而励磁回路则只是一个恒定大小、恒定方向的恒流控制，即控制电动机的磁通保持额定值。控制，即控制电动机的磁通保持额定值。w这时电动机四个象限运行的控制就靠对正、反两个这时电动机四个象限运行的控制就靠对正、反两个整流桥的控制来实现。整流桥的控制来实现。 电梯的电力拖动系统2.52.5直流电梯电力拖
20、动方式直流电梯电力拖动方式单桥供供电、双、双桥供供电的比的比较 w单桥供电电枢回路中只用一组晶闸管，相对于双桥单桥供电电枢回路中只用一组晶闸管，相对于双桥供电可节省一套大功率晶闸管整流器，减少设备投供电可节省一套大功率晶闸管整流器，减少设备投资。资。w双桥供电在电枢回路中采用正反两组晶闸管来实现双桥供电在电枢回路中采用正反两组晶闸管来实现电枢电流及电动机转矩的正、负过渡，由于电枢回电枢电流及电动机转矩的正、负过渡，由于电枢回路电感较小，因此快速响应性更好些。路电感较小，因此快速响应性更好些。 电梯的电力拖动系统2.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式调速原理速原理n从电机学可知交流
21、电动机的转速公式：从电机学可知交流电动机的转速公式：w式中，式中，nn电动机的转数，电动机的转数，ss转差率，转差率，ff电网频率，电网频率，pp磁磁极对数。极对数。n从公式分析，改变交流电动机的转速有三个方法：从公式分析，改变交流电动机的转速有三个方法：w改变极对数改变极对数P P双速电梯；双速电梯；w改变电动机转差率改变电动机转差率S S调压调速电梯；调压调速电梯；w改变电动机供电电源的频率变频调速电梯；改变电动机供电电源的频率变频调速电梯；电梯的电力拖动系统2.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式n双速电梯运行时的速度曲线特点：双速电梯运行时的速度曲线特点：w在停车前有一个短
22、时间的低速运行，是为提高平层在停车前有一个短时间的低速运行，是为提高平层精度而设置的，因双速电梯中不采用速度闭环控制。精度而设置的，因双速电梯中不采用速度闭环控制。w只有两个稳定运行速度：正常运行速度，停车前的只有两个稳定运行速度：正常运行速度，停车前的低速。低速。 电梯的电力拖动系统2.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式异步异步电动机机变极的方法：极的方法：n双绕组变极双绕组变极比较简单，它是在电机定子槽内比较简单，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。当接入一套绕组时，电机具有一种的极对数。当接入一套绕组时
23、，电机具有一种转速，当接入另一套绕组时，电机则具有另一转速，当接入另一套绕组时，电机则具有另一种转速。种转速。 n单绕组变极单绕组变极只嵌放一套定子绕组，而通过对只嵌放一套定子绕组，而通过对定子绕组的不同接线组合得到不同的极数。内定子绕组的不同接线组合得到不同的极数。内部空间相对宽松一些部空间相对宽松一些 。电梯的电力拖动系统2.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式变极极调速速电梯主梯主电路路n（1 1）双绕组）双绕组6 62424极变极电机用作电梯曳引极变极电机用作电梯曳引电动机的主电路电动机的主电路 电梯的电力拖动系统2.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式说明：明
24、：n快速快速(6(6极极) )绕组的引出端：绕组的引出端：XKlXKl、XK2XK2、XK3XK3，在内部三，在内部三相接成相接成“Y Y”形接法；形接法；n慢速慢速(24(24极极) )绕组的引出端绕组的引出端: :XMlXMl、XM2XM2、XM3XM3，在内部三，在内部三相也是相也是“Y Y”形接法；形接法；n接触器接触器KS:KS:用于接通快速绕组实现快速启动、运行；与用于接通快速绕组实现快速启动、运行；与KM1KM1互锁。互锁。n接触器接触器KMlKMl：用于接通慢速绕组实现减速、慢速运行；用于接通慢速绕组实现减速、慢速运行；与与KSKS互锁。互锁。n上升接触器上升接触器KMKM和下
25、降接触器和下降接触器KMRKMR：用来改变电机相序实用来改变电机相序实现正反转运行，现正反转运行，KMKM和和KMRKMR需互锁；需互锁；nKRKR和和KRlKRl热继电器：热继电器：分别为快速运行和慢速运行热继电分别为快速运行和慢速运行热继电器。器。n（定子绕组中）串接电感、电阻：（定子绕组中）串接电感、电阻：满足电梯运行中舒满足电梯运行中舒适感的要求，使速度尽量平滑过渡，减缓冲击。适感的要求，使速度尽量平滑过渡，减缓冲击。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式1.变频调速速发展概况展概况n2020世纪世纪50506060年代，年代，采用采用交流发电机组交流
26、发电机组作为变频电源，作为变频电源，设备复杂，造价高，只能在特殊场合下使用，没有推设备复杂，造价高，只能在特殊场合下使用，没有推广价值。广价值。n随着电力电子技术的发展，随着电力电子技术的发展，60607070年代年代出现了出现了晶闸管晶闸管变频器、大功率晶体管变频器变频器、大功率晶体管变频器。其体积小，价格较低，。其体积小，价格较低，运行噪声小，维护管理工作量小。因此电子变频器逐运行噪声小，维护管理工作量小。因此电子变频器逐步进入实际应用领域。步进入实际应用领域。n开关元件工作频率开关元件工作频率提高，变频器输出电压的波形更加提高，变频器输出电压的波形更加接近正弦波。接近正弦波。n8080年
27、代中期，年代中期，变频调速电梯投入实际应用。变频调速电梯投入实际应用。n变频调速只涉及异步电机的定子电源部分，因此可以变频调速只涉及异步电机的定子电源部分，因此可以采用采用笼式异步电动机笼式异步电动机。其有结构简单，价格低廉，坚。其有结构简单，价格低廉，坚固耐用、固耐用、调速范围宽、特性硬、节能调速范围宽、特性硬、节能的优点。的优点。变频调变频调速电梯正在逐步取代其他类型的电梯，成为电梯的主速电梯正在逐步取代其他类型的电梯，成为电梯的主流产品。流产品。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式2. 变频调速的分速的分类n按有无直流环节分类按有无直流环节分类 w有直
28、流环节的变频器（交直交变频）有直流环节的变频器（交直交变频）电梯常电梯常用。电路中，首先由晶闸管用。电路中，首先由晶闸管V1V1V6V6将工频交流电整将工频交流电整流成直流电，然后再由晶闸管或大功率晶体管流成直流电，然后再由晶闸管或大功率晶体管V7V7V12V12将直流电压逆变成改变了频率的交流电，从而实将直流电压逆变成改变了频率的交流电，从而实现变频。现变频。w无直流环节的变频器（交交变频）无直流环节的变频器（交交变频）它没有直流它没有直流环节，通过对晶闸管环节，通过对晶闸管V1V1V18V18的控制，直接从工频电的控制，直接从工频电转变出可变频率的交流电。此变频器的输出频率只转变出可变频率
29、的交流电。此变频器的输出频率只能在比输入频率低得多的范围内改变，多用于低转能在比输入频率低得多的范围内改变，多用于低转速、大转矩场合，在中小功率场合较少采用，在电速、大转矩场合，在中小功率场合较少采用，在电梯中基本不用。梯中基本不用。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n有直流环节的变频器（交直交变频）原理有直流环节的变频器（交直交变频）原理 n变频器先将三相交流电变频器先将三相交流电源整流得到幅值可变的源整流得到幅值可变的直流电压直流电压UdUd，然后经开，然后经开关元件关元件1 1、3
30、 3和和2 2、4 4轮流轮流切换导通，则在负载上切换导通，则在负载上就可获得幅值和频率均就可获得幅值和频率均可变化的交流输出电压可变化的交流输出电压UcUc。其幅值由整流器输。其幅值由整流器输出的直流电压出的直流电压UdUd所决定，所决定，其频率由逆变器的开关其频率由逆变器的开关元件的切换频率所决定。元件的切换频率所决定。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n整流、滤波和逆变三部分是组成交整流、滤波和逆变三部分是组成交直直交变交变频器的主要环节。频器的主要环节。w通过改变可控整流器通过改变可控整流器( (桥桥I)I)晶闸管的触发延迟角，可晶闸管的触发延迟角
31、，可调节电动机供电电压的幅值；改变三相逆变器调节电动机供电电压的幅值；改变三相逆变器( (桥桥)开关元件的切换频率，可调节电动机供电频率。开关元件的切换频率，可调节电动机供电频率。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n按直流环节的特点分类按直流环节的特点分类w电压型变频器（电压源变频器）电压型变频器（电压源变频器）变频器中，若直变频器中，若直流（滤波）环节中电容器流（滤波）环节中电容器C C的电容量较大，而电感的电容量较大，而电感L L的电感量较小的电感量较小( (或根本不接电感或根本不接电感) )，那么直流侧的电，那么直流侧的电压将不能突变。其输出电压的波
32、形为矩形波，输出压将不能突变。其输出电压的波形为矩形波，输出电流的波形则由输出电压和电机感应电势来共同决电流的波形则由输出电压和电机感应电势来共同决定，通常接近正弦波，但有一定的谐波电流分量。定，通常接近正弦波，但有一定的谐波电流分量。 w电流型变频器（电流源变频器）电流型变频器（电流源变频器）电容量较小，而电容量较小，而电感量较大，那么直流侧的电流就不能突变。其输电感量较大，那么直流侧的电流就不能突变。其输出的电流为矩形波，输出电压由电机感应电势和定出的电流为矩形波，输出电压由电机感应电势和定子漏阻抗压降决定，而漏阻抗压降通常很小，电机子漏阻抗压降决定，而漏阻抗压降通常很小，电机感应电势为正
33、弦波，因此输出电压基本上是正弦波。感应电势为正弦波，因此输出电压基本上是正弦波。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n按改善输出电压、电流波形的方法分类按改善输出电压、电流波形的方法分类 w采用多重化技术采用多重化技术 通常用在大容量、高电压电机的通常用在大容量、高电压电机的变频调速中。变频调速中。 w采用脉冲宽度调制技术（采用脉冲宽度调制技术（PWMPWM）是中、小容量变频）是中、小容量变频器改善波形常用的方法。器改善波形常用的方法。 电梯常用。电梯常用。电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n多重化技术多重化技术 w原理：
34、原理：w是采用两组或两组以上变频器给同一台电机供电，是采用两组或两组以上变频器给同一台电机供电，通过协调地处理几组变频器对应开关元件的导通时通过协调地处理几组变频器对应开关元件的导通时间，使电机得到的电压、电流不再是一个简单的方间，使电机得到的电压、电流不再是一个简单的方波，而是一个阶梯波，变频器的组数增加，阶梯波波，而是一个阶梯波，变频器的组数增加，阶梯波的阶梯数就会增加，还同时经变压器给电机供电，的阶梯数就会增加，还同时经变压器给电机供电，通过适当地选择变压器的接线方式和变比，增加输通过适当地选择变压器的接线方式和变比，增加输出阶梯波的阶梯数及形状，使之接近正弦波。出阶梯波的阶梯数及形状，
35、使之接近正弦波。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n脉冲宽度调制技术（脉冲宽度调制技术（PWMPWM） w脉宽调制的基本思路：脉宽调制的基本思路：就是用一组脉冲波取代简单变频器的单个方波，这组就是用一组脉冲波取代简单变频器的单个方波，这组脉冲波的宽度具有正弦变化的规律，而幅度相同。脉冲波的宽度具有正弦变化的规律，而幅度相同。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n第第i i个方波在第个方波在第i i个区间的电压平均值为：个区间的电压平均值为：wKvKv基
36、波电压幅度系数；基波电压幅度系数；wUdUd变频器直流侧电压。变频器直流侧电压。n可见，第可见，第i i个方波的面积与基波电压曲线在第个方波的面积与基波电压曲线在第i i个区间个区间所包围的面积近似相等。所包围的面积近似相等。 n可见，在脉宽调制变频器中，要改变变频器输出的基可见，在脉宽调制变频器中，要改变变频器输出的基波电压大小的两个途径：波电压大小的两个途径：w改变脉宽调制时的系数改变脉宽调制时的系数KvKv只需对变频桥的六个开关元件进行只需对变频桥的六个开关元件进行控制，直流侧电压可以不变，因此可以节省直流调压电路。控制，直流侧电压可以不变，因此可以节省直流调压电路。w改变直流侧电压改变
37、直流侧电压UdUd的大小。的大小。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n注：其各次谐波幅值的表达式：注：其各次谐波幅值的表达式：w上式计算结果表明：上式计算结果表明：波形中基波占绝对主要的成分，波形中基波占绝对主要的成分，2N2N（N N即为波头数）次以下谐波数值极小。因此，只要即为波头数）次以下谐波数值极小。因此，只要选择足够高的脉宽调制频率，可有效地消除高次谐选择足够高的脉宽调制频率，可有效地消除高次谐波，改善变频器的输出波形，降低电机噪声。波，改善变频器的输出波形，降低电机噪声。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n
38、实际常用脉冲宽度调制技术正弦波实际常用脉冲宽度调制技术正弦波PWMPWM（SPWMSPWM）w原理：原理： w利用等幅的三角波利用等幅的三角波( (称为载波称为载波) )与正弦波与正弦波( (称为调制波称为调制波) )的相交点发出触发脉冲信号，并经基极驱动电路放的相交点发出触发脉冲信号，并经基极驱动电路放大后送至逆变器的开关元件控制极，即幅值和频率大后送至逆变器的开关元件控制极，即幅值和频率可变的正弦调制波与幅值恒定、频率很高可变的正弦调制波与幅值恒定、频率很高( (为正弦调为正弦调制波频率的几十到几百倍制波频率的几十到几百倍) )的三角载波进行比较，在的三角载波进行比较，在两个波形的交点时刻
39、比较器的输出发生跳变，从而两个波形的交点时刻比较器的输出发生跳变，从而得到一系列幅值相等、宽度不等的矩形脉冲列。得到一系列幅值相等、宽度不等的矩形脉冲列。电梯的电力拖动系统电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式w当正弦波的数值大于三角波数值时，输出正跳，产当正弦波的数值大于三角波数值时，输出正跳，产生正向脉冲，可使逆变器中的功率开关管导通；生正向脉冲，可使逆变器中的功率开关管导通；w当正弦波的数值小于三角波数值时，输出负脉冲，当正弦波的数值小于三角波数值时，输出负脉冲，可使该功率开关管截止。可使该功率开关管截止。wPWMPWM的输出脉冲列的平均值近似于正弦波。三
40、角波的的输出脉冲列的平均值近似于正弦波。三角波的频率越高，波头数频率越高，波头数N N就越大，就越大，PWMPWM的输出脉冲系列的的输出脉冲系列的平均值就越接近于正弦波。平均值就越接近于正弦波。n由图可见，提高由图可见，提高UdUd就可提高输出等效正弦波的就可提高输出等效正弦波的幅值；改变正弦调制波的角频率幅值；改变正弦调制波的角频率，就可以改，就可以改变输出等效正弦波的频率，从而就可以实现变变输出等效正弦波的频率，从而就可以实现变压变频。压变频。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n按变频桥所采用的开关元件类型分类按变频桥所采用的开关元件类型分类 功率开关
41、元件新品种不断出现，其性能也越来越优良。功率开关元件新品种不断出现，其性能也越来越优良。n开关元件的主要性能指标有：开关元件的主要性能指标有：w耐压能力耐压能力w工作电流工作电流w最高工作频率最高工作频率w可控性可控性电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n变频器中的逆变桥所采用的开关元件主要有：变频器中的逆变桥所采用的开关元件主要有：w晶体闸流管晶体闸流管Th(SCR)Th(SCR)晶闸管变频器晶闸管变频器w门极关断晶闸管门极关断晶闸管GTOGTO可关断晶闸管变频器可关断晶闸管变频器w双极型晶体管双极型晶体管BJTBJT（又称电力晶体管（又称电力晶体管GTR)
42、 GTR) 电力晶电力晶体管变频器体管变频器w绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管IGBTIGBT绝缘栅晶体管变频器绝缘栅晶体管变频器 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n特性：特性：w每种开关元件极每种开关元件极限曲线的左下方限曲线的左下方区域是该类元件区域是该类元件的正常工作区。的正常工作区。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n由图可见：由图可见：晶闸管晶闸管(Th(Th或或SCR)SCR)w特点：特点：容量可以做得很大，由于工作频率较低，不容量可以做得很大，由于工作频率较低，不适于作脉宽调制控制。可控硅一经触发导通，关
43、断适于作脉宽调制控制。可控硅一经触发导通，关断就很困难，需关断电路，控制电路复杂，增加了能就很困难，需关断电路，控制电路复杂，增加了能量的损耗。量的损耗。w应用：应用：目前在中、小容量的变频器中己很少采用晶目前在中、小容量的变频器中己很少采用晶闸管。在大容量闸管。在大容量( (高电压、大电流高电压、大电流) )变频器中，目前变频器中，目前仍使用其做开关元件，采用多重化技术来改善波形。仍使用其做开关元件，采用多重化技术来改善波形。电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式门极关断晶闸管门极关断晶闸管(GTO)(GTO)w特点：特点：正向脉冲时导通，反向的较大脉冲电流时
44、可正向脉冲时导通，反向的较大脉冲电流时可以关断，其可控性比晶闸管要好；其工作频率极限以关断，其可控性比晶闸管要好；其工作频率极限比晶闸管提高，容量也较大。缺点：关断时需要有比晶闸管提高，容量也较大。缺点：关断时需要有较大功率的反向脉冲，增加了控制电路的难度，关较大功率的反向脉冲，增加了控制电路的难度，关断时会引起较大的过电压，断时会引起较大的过电压，w应用：应用：在中、大容量变频器中，采用较多。在中小在中、大容量变频器中，采用较多。在中小容量变频器中较少采用。容量变频器中较少采用。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式w电力晶体管电力晶体管(GTR)(GTR)
45、开关频率较高，容量中等，在中开关频率较高，容量中等，在中小容量变频器中是主流产品。小容量变频器中是主流产品。w绝缘栅晶体管绝缘栅晶体管(IGBT)(IGBT)其栅极具有其栅极具有MOSMOS结构，需要的结构，需要的驱动功率很小，控制电路比驱动功率很小，控制电路比GTRGTR简单，在中、大功率简单，在中、大功率时，工作频率比时，工作频率比GTRGTR高，可以制成性能优良的正弦波高，可以制成性能优良的正弦波PWMPWM变频器，有逐渐取代变频器，有逐渐取代GTRGTR变频器的趋势。变频器的趋势。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式4. 变频调速的控制原速的控制原则
46、VVVFn在设计电机时，希望磁通在设计电机时，希望磁通尽量大，因为电机尽量大，因为电机的电磁转矩与磁通成正比：的电磁转矩与磁通成正比：电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n交流异步电动机的磁化特性曲线：交流异步电动机的磁化特性曲线： w可以看出，磁通可以看出，磁通不能无限制增大，磁通过大将使不能无限制增大，磁通过大将使铁芯进入过饱和区，将导致励磁电流铁芯进入过饱和区，将导致励磁电流ImIm的大大增加。的大大增加。w因此在设计电机时都将磁通选择在磁化曲线刚开始因此在设计电机时都将磁通选择在磁化曲线刚开始进入饱和的转弯处，我们称该磁通为额定磁通（进入饱和的转弯处，
47、我们称该磁通为额定磁通（N N），此时的励磁电流），此时的励磁电流ImIm近似等于电机的空载电流近似等于电机的空载电流IoIo，中小型异步电动机的空载电流，中小型异步电动机的空载电流IoIo为额定电流为额定电流I IN N的的1 13 3左右。左右。w注意：如果要将磁通增大注意：如果要将磁通增大2020，励磁电流（空载电，励磁电流（空载电流）就可能增大到数倍于额定电流，即电机尚未带流）就可能增大到数倍于额定电流，即电机尚未带负载便已过热损坏了。故应当控制磁通不要超过额负载便已过热损坏了。故应当控制磁通不要超过额定磁通。定磁通。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动
48、方式n交流异步电动机定子绕组感应电势公式为：交流异步电动机定子绕组感应电势公式为：n分析：分析：w磁通磁通超过额定磁通（超过额定磁通（N N）将造成电机过热损坏。）将造成电机过热损坏。w电势高于额定值（电势高于额定值（E EN N）对电机的绝缘造成威胁，是不允许的。）对电机的绝缘造成威胁，是不允许的。w可见，为使磁通保持为可见，为使磁通保持为N N，在变频调速改变频率，在变频调速改变频率f f1 1时，必须同时，必须同时改变定子绕组电势时改变定子绕组电势E E1 1，应注意，应注意E E1 1EEN N。w可见，为使电势保持为可见，为使电势保持为E EN N，这时，这时1/f1/f，应注意，应
49、注意N N。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n得出异步电动机变频调速时的控制原则：得出异步电动机变频调速时的控制原则：w当频率低于额定频率当频率低于额定频率f fN N时，时，应保持应保持E1/f1=EE1/f1=E1N1N/f/f1N1N=const=const，以保证磁通为，以保证磁通为N N。w当频率高于额定频率当频率高于额定频率f fN N时，时，应保持应保持E=EE=EN N不变，此时不变，此时磁通可保证磁通可保证N N。 n电机定子电势电机定子电势E1E1难难于直接控制。故用于直接控制。故用电压电压U1U1（易于检测（易于检测和控制）代替和控
50、制）代替E1 E1 ，因此采用曲线因此采用曲线2 2或或4 4作为变频调速实际作为变频调速实际采用的控制依据。采用的控制依据。电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式5.变频调速的机械特性：速的机械特性：w当频率高于额定频率时当频率高于额定频率时由由于保持于保持U=UU=UN N不变，因而磁通不变，因而磁通将下降。其机械特性是频率将下降。其机械特性是频率升高转速加快，但转矩减小，升高转速加快，但转矩减小，功率近似不变，接近于恒功功率近似不变，接近于恒功率调速。但电梯属于恒转矩率调速。但电梯属于恒转矩负载，因此变频调速电梯是负载，因此变频调速电梯是不使用这部分机械特
51、性。不使用这部分机械特性。w当频率低于额定频率时当频率低于额定频率时这这时电机的磁通时电机的磁通N N不变，不变，属于恒转矩调速类型，它的属于恒转矩调速类型，它的机械特性是一组彼此平行的机械特性是一组彼此平行的曲线。曲线。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n注：注：w按按曲线曲线3 3来控制频率和电压时，在频率较低时，其电来控制频率和电压时，在频率较低时，其电机的电势机的电势E1E1减小得低于应有的大小，因而电机磁通减小得低于应有的大小，因而电机磁通减小，造成转矩下降，其机械特性曲线如上图虚线。减小，造成转矩下降，其机械特性曲线如上图虚线。w当电机启动或过
52、载运行时，电机电流超过额定电流，当电机启动或过载运行时，电机电流超过额定电流，这时按这时按曲线曲线2 2进行控制，也将造成低频时电机磁通减进行控制，也将造成低频时电机磁通减弱，从而使电机转矩下降。弱，从而使电机转矩下降。w故为了进一步提高低速启动、过载运行时的电磁转故为了进一步提高低速启动、过载运行时的电磁转矩，可以采用矩，可以采用3 34 4间可调曲线间可调曲线。 电梯的电力拖动系统2.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式6.变频调速速电梯的主梯的主电路路 采用直流侧能耗方式的变频调速电梯(a)主电路及系统结构 (b)放电曲线1-整流桥 2-逆变桥 3-电流检测 4-电动机 5-
53、曳引轮 6-速度检测 7-轿厢 8-对重 9-PWM控制电路 10-主控微机（运行控制） 11-辅助微机（矢量控制） 12-预充电电路 电梯的电力拖动系统w在主电路的直流侧设置了由晶体管在主电路的直流侧设置了由晶体管V V与能耗电阻与能耗电阻R R构构成的能耗电路，当轿厢轻载上升或重载下降运行时，成的能耗电路，当轿厢轻载上升或重载下降运行时，以及减速过程中，由于电机的转速高于同步转速，以及减速过程中，由于电机的转速高于同步转速，电机的感应电势高于电压，该电势经与三极管电机的感应电势高于电压，该电势经与三极管VD1VD1VD6VD6反并联的二极管整流桥向直流侧电容充电，当电反并联的二极管整流桥向
54、直流侧电容充电，当电容上的电压上升到一定程度时，晶体管容上的电压上升到一定程度时，晶体管V V的基极得到的基极得到控制电压而导通，电容经控制电压而导通，电容经V V向电阻向电阻R R放电，将过多的放电，将过多的能量消耗掉。当电容上的电压降低到某一数值时，能量消耗掉。当电容上的电压降低到某一数值时，关断晶体管关断晶体管V V，停止放电；，停止放电；w由于直流例电容由于直流例电容C C的容量很大，在其电压为零时突然的容量很大，在其电压为零时突然加上高压会引起特别大的充电电流，这将造成整流加上高压会引起特别大的充电电流，这将造成整流二极管的过电流损坏，因而设置预充电环节。二极管的过电流损坏，因而设置预充电环节。电梯的电力拖动系统
