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1、电梯的拖动控制系统第一节 概述第一节 概述同许多工业生产过程一样，电梯作为机电紧密结合的产品，在其运行过程中，为了维持正常的工作条件，就必须对某些物理量（如：电压、位移、转速等）进行控制，使其能按照一定的规律变化。一、拖动控制系统的基本概念(一)自动控制 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变化。（二）开环控制 图4-1所示开环转速控制系统，其特点是只有输入量ur对输出量n起单向控制作用，而输出量n对输入量ur却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4-2表示。图中箭头表示元部件之间信号的传
2、递方向。作用于电动机轴上的阻力矩用Mc表示，称之为干扰或扰动。锭味些媳浮眨直荐茅庄榆症稼厩像再氏喇培辕朽社诣来瞥欺樱兑村源湍柯第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-1 开环转速控制系统原理图 忱疚伟宽佛蕉壮墩矾炎患梯襟彪吴郎换室岿燎戌楼所碰坡柏彭察射遏底蓖第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-2 开环转速控制系统方框图 丽珍跑陡躺我艳峙将骨孙犹格俞险悍厅砷组绝烽荧灿贮舞泞拒县拔尼屯炉第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术开环控制系统的精度，主要取决于ur的给定精度以及控制装置参数的稳定程度。由于开环系统没有抵抗外部干扰的能力，故控制精度较低。但由于系统的结构简单、造价较低，故在系统结构参
3、数稳定、没有干扰作用或所受干扰较小的场合下，仍会大量使用。 （三）闭环控制系统 在图4-1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（如图4-3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4-4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。堆序辈恳图个珠类峪眨肮莹筏脱监蜂间衷泰照劲骇荔筛愁享湃吊涉她留抚第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-3 闭环转速控制系统原理图 承欠旭朱琢省组式啃料优鄂铅渣
4、历次谐嘱黄恋隐驯萎皂材蛆落枫解疏正浚第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-4 闭环转速控制系统方框图 贡冯诣剥泊甚掐凳丢预静暴肮秦瓦惑褥兆宅志矩腋臣读频瑞沉师但呜飞呵第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术闭环控制系统具有很强的抵抗扰动的能力。假设图4-3所示系统原已处在某个给定电压ur相对应的转速n状态下稳定运行，当受到某些干扰（如负载转矩Mc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：Mc n u =（ur-uf ） ua n结果，电动机的转速降落得到自动补偿，使被控量n基本保持恒定。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，若参数配合
5、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。甄昏苍盲地岁缄揍捶耙采泄刁令矫跌教剂酌虎套涛鼠兔触铭厘较栅缺脆碎第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术（四）基本性能要求 由于各种自动控制系统的被控对象和要完成的任务各不相同，故对性能指标的具体要求也不一样。总体目标都是希望实际的控制过程尽量接近于理想的控制过程，并归纳为稳定性、快速性、准确性和抗扰性。1）稳定性 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，首先必须是稳定的。图4-5为某随动系统对阶跃输入的跟踪过程，其中图4-5a为衰减振荡过程，表示系统是稳定的；图4-5b是等幅振荡过程，表示系统处于稳定与不
6、稳定的临界状态（一般认为是不稳定）；图4-5c是发散的振荡过程，表明系统是不稳定的。不稳定的系统是无法使用的，络硫罗弯筑形叹枪掸探颖内错葵为豫御蚌硫铀奸着则宪谅饱峙蛹诡无洪震第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-5 随动系统对阶跃输入的跟踪过程 a）衰减振荡过程 b）等幅振荡过程 c）发散振荡过程 崇顷监押豆转藩朔遍那豺承卞粟捶酚携急箕介砰意狸喘笛认河系施妥状而第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术2）快速性 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（给定输入或扰动输入）信号改变时，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平衡
7、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低的重要指标之一。3）准确性 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，它是衡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。4）抗扰性 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。（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，就必须改变单纯的比例控制规律，
8、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： 菜唬涎芝伶咏着澈仍沦肉患开牟虹辖腮鳃茅桔胖惨赏垢资炙卧寄二舍瓣厢第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-6 积分调节器 肿甩袭我佛播社肾夜冯侠僻煞闲吝乳厦僻习吗耸滚霉腿炬墟渠盂臂猎竞秤第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术1）积累作用 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。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。2）记忆作
9、用 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。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，保持恒速运行，从而得到无静差系统。3）延缓作用 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。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。2比例积分调节器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
10、器如图4-7（简称PI调节器）。讣汉纷淬新沉齿悄穆垛音缝蛮卑枉蒙句瞬资归全斩釉拍饱薄茨死刺戏批煮第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-7比例积分调节器 舆琢峙郡茨崇蛀憎擂滇油箭甭骋漱灌郸蕉票凛省渔鉴慨企洋泻扒峻截捡粳第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术阶跃输入时PI调节器的输出特性如图4-8。可见当突加输入电压Uin时，输出电压突跳到KpiUin，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，积分部分逐渐增大，调节器的输出Uex在KpiUin基础上线性增长，直至达到运算放大器的限幅值。图4-8 阶跃输入时PI调节器的输出特性 登弱揉蕉刮绑亲双佐蛛堵洋铲抑扬巾设酋轿朋刨柿含虚嫉
11、让幼株棋燕嘘颗第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术从PI调节器控制的物理意义上看，当突加输入信号时，由于电容两端电压不能突变，则电容相当于瞬时短路，此时的调节器相当于一个放大系数为Kpi=R1R0的比例调节器，在其输出端立即呈现电压KpiUin，实现快速控制。此后，随着电容C被充电，输出电压Uex在KpiUin基础上开始线性增长（积分），直至稳态。达到稳态后，电容C相当于开路，与积分调节器一样，调节器可以获得极大的开环放大系数，实现稳态无静差。 由此可见，比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，互相补充。图
12、4-9绘出了当PI调节器的输入信号为一般函数时（调速系统负载突加时，偏差电压Un即为此波形），调节器的输出动态过程。输出波形中比例部分和Uin成正比，积分部分是Uin对时间的积分曲线，PI调节器的输出电压Uex即为这两部分的和()。可见，Uex既具有快速响应性能，又可以消除系统的静态偏差。荡癸祖舷扩赫绦萨氮痕裹咋享劫绅茬负弗狱嫌莲蛛计拨傣沏盆侗罕悲卤颜第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-9 一般信号输入时PI调节器的输出特性 靶绞恢悲间帆碍推秃面幻顾搐箱哲澈浩享曹斡移漓钎懂凛辣双恨霍焦暇高第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术某调速系统的组成如图4-10所示，由于系统采用了PI调节器，必然
13、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4-11）。图4-10采用PI调节器的调速系统 肾奄绝将柠音秩姚臆患铬钳淡虐枷驼锋夺钢舷冀输姑蓑昂堪兵伶坚碌腊孝第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-11 采用PI调节器的调速系统突加负载时的过渡过程 曲线1比例部分的输出 曲线2积分部分的输出 曲线3比例积分的输出 妇痰翰医鸯昨贵蚤吝担醋鸥簧狙粗抄棉螟释蕊扩级昭纳镶襄标暂纤灶辛富第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术当负载由TL1突增到TL2时，负载转矩大于电动转矩而使转速n下降，转速反馈电压Un随之下降，使调节器输入偏差Un 0，于是引起PI调节器的调节过
14、程。在调节过程的初始阶段，比例部分立即响应，输出KpUn，它使控制电压Uct增加U ct1，经整流后整流输出电压Ud增加Ud1。其大小与转速偏差n成正比，n越大，Uct1（Ud1)越大，调节作用越强，从而使转速沿着曲线缓慢下降。积分部分的输出电压Uct2与Un对时间的积分成正比，即 或 （4-19）在初始阶段，由于n（Un）较小，所以积分部分的输出增长缓慢，如图4-11中曲线2所示。当n达到最大值nmax时，比例部分的输出Uct1达到最大值，积分部分输出Uct2的增长速度最大。此后，转速开始回升，n（Un）逐渐减小，比例部分的输出Uct1也逐渐减小，积分部分输出Uct2的增长速度逐渐降低，但其
15、数值本身仍然是向上增长的，并对转速的回升起主要作用，直至转速恢复到原值，n=0，U=0，此时Uct2停止增长，并保持在这个数值上，而比例部分输出Uct1衰减为零。这样积分作用的结果最终使Uct比原稳态值Uct1高出Uct成为Uct2,进而增加了整流电压Ud，从而使转速回到原来的稳态值上，实现了转速无静差调节。甜磷奎袋步取航缄狰推下淬宛洞齐唉婴莫橱察庆虽饿课懂郁入寐弯延絮拦第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术总的Uct变化曲线为曲线1和曲线2相加。在整个调节过程中，初始和中间阶段比例部分的调节起主要作用，它迅速抑制转速的下降，使转速回升。在调节过程的后期，转速降落已很小，比例调节的作用已不显著，
16、而积分调节作用上升到主要地位，并依靠它最终消除静差。从上述的系统抗负载扰动过程变化曲线可以看出，无静差调速系统只是在稳态上的无静差，在动态时（即过渡过程中）还是有差的。一般衡量调速系统抗扰过程的动态性能指标主要有最大动态速降nmax和恢复时间tv(见图4-11)。比例积分调节器的等效放大系数在动态和稳态时是不同的。在动态时放大系数较小，以满足系统稳定性的需要；在稳态时放大系数很大，以满足系统无静差的需要。所以比例积分调节器很好地解决了系统动、稳态之间的矛盾，因而在调速系统和其它控制系统中获得了广泛的应用。徽吹铣刷峪旋伺骑锣睬援陋瓢灸逞邹壳霖习塌麦搬淄世二朝选井储售芯彰第4章电梯控制技术第4章电
17、梯控制技术二、拖动控制系统的应用图4-12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uf 与转速n成正比，uf 作为系统的反馈电压与给定电压ug进行比较，得出偏差信号u，经电压放大器放大成uK，再经功率放大电路得到电动机的电枢电压ua（对于交流电动机还有频率f）。斋呛蛀奔转郑甸触盲辅溜夷奔藐莽诞哲万云砍株跺怖袄盂惦绸斋旱高潞霄第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-12 电梯拖动控制系统原理图 组承狈氮盛缔尸间划芋绽暴疼柔朵歪赘畏瓜嫁茫胆袒颅有靠亏州牺腥伤赠第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术当电梯需要
18、运行时，系统接收到起动信号，该信号使电源接通，继而功率驱动部分得电，则曳引电动机具备了工作的条件；同时，速度曲线发生器开始工作，即给出相应的代表速度的电压信号ug，该信号是预先设计好的，如图中的曲线所示。在曳引电动机启动的初始阶段，由于电机的转速n还没有建立起来，测速发电机的输出电压uf几乎为0，则差值u=uguf较大，于是经电压、功率放大后，电机在较大的电枢电压ua作用下很快启动，并逼近期望的速度曲线。若电动机的转速由于某种原因突然下降（例如：电源波动或导轨不直等），该系统就会出现以下控制过程： nufu =（ug-uf ）uKuan控制的结果是使电机转速回升，达到期望值为止。在本系统中，电
19、动机是控制对象，电动机轴上的转速n是被控量。转速n经测速发电机测出并转换成适量的电压后，再经反馈通道送至电压放大器的入端与速度给定电压比较后，控制电动机的转速，从而构成一个闭环控制系统。皇势鲸码讯亏耕救锻线狡沪极酶唆挨闯匣圈雾必冒扭岭赡拱矢囚第掣鹊锄第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术第二节 速度、位置检测装置在自控系统中，检测装置所起的作用相当于人的感觉器官，它们每时每刻都要完成对各种信息的测量，再将测得的大量信息通过转换、加工或处理，给自动控制系统、计算机系统提供有效的数据，用以完成控制过程、生产过程以及工艺管理、质量检测和安全方面的控制。可见，检测装置在自动控制领域中占有重要的地位。速度
20、检测装置（一）测速发电机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。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发电机、交流测速发电机和霍尔效应测速发电机等。测速发电机的电气图形符号如图4-13所示。噶孝珐蝎厅设援墓肃染神筐酋怠盅疙糜植溉扔飘箩蕊住筹气顷剂
21、贮阑猪党第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-13 测速发电机的图形符号 a）直流测速发电机 b）他励式直流测速发电机 c）永磁式直流测速发电机 d）交流测速发电机晤耗防惫博拖酷硅袁原栈搞纲腹袄氰赘针期戌暇已表只娃撅英和戎蹲搓轰第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术1直流测速发电机 直流测速发电机就是专门测量转速用的微型直流发电机。它的结构与直流电动机相似，由转子、定子及电刷和换向器组成。其中永磁式直流测速发电机采用永久磁铁作磁极，其结构见图4-14。图4-14 永磁式直流测速发电机结构原理图 凝沫问方急桔棱是束牧昼尹八丁路娶伯唉柬慕娄配塑谗早圆忽丸匆到罕薛第4章电梯控制技术第4章电梯控制技
22、术图4-14中的转子绕组仅画出了一个（实际有多个），它与电枢共同组成转子，永久磁铁作为磁极构成一个磁感应强度按正弦规律分布的磁场，电刷与换向器实现滑动的电接触，将发电机旋转时产生的电压向外送出。根据电磁感应定律，任何一个线圈在永久磁铁构成的磁感应强度按正弦规律变化的磁场中旋转时，感应电压随转角的变化也成正弦规律变化。这样，在恒速下电压是正弦变化的。由于转子线圈与换向器相连接，所以可以起到整流的作用，使输出的电压成为脉动的直流电压。因为多个转子绕组所产生的电压为相位不同的正弦电压，而每一个绕组又是均匀的分布在电枢上，因此，从电刷上输出的电压基本上是直流电压，其交流纹波仅有23%。当直流测速发电机
23、空载工作时，由于励磁磁通主要由永久磁铁提供，可以认定是恒定的，因此，发电机输出电压与电枢的转速成正比，即Uex=K （4-1）式中 K比例系数角速度因此，就可以根据测得的输出电压大小，得知被测转速。当直流测速发电机有负载时，电枢中的旋转线圈便会产生电流，该电流产生的磁通与永久磁铁的励磁磁通相互作用，消弱了励磁磁通，破坏了输出电压与转速的线性度，使发电机的输出特性产生误差。为了提高直流发电机的测速精度，应尽可能使测速发电机在低负载下工作，即工作在转速变化范围小而负载电阻较大的场合。瓶坪素筹赖遇腐荒拦炽忌委婪株说奔竿堵碴妇狮膝憋批圭印抄瞳魄姨删恫第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术由于永磁式直流测
24、速发电机的结构简单、紧凑，温度变化对激磁磁通的影响小，所以在小型测速机中应用很广，特别是随着高性能永磁材料的发展，使永磁式直流测速发电机系列得到迅速发展。图4-15是直流测速发电机的输出特性曲线。其中：RL为负载电阻，当RL=时，测速机空载，随着RL的减小，特性曲线的斜率变小。坟绥佐价标卜抒抵塔迄迹辅庭限澡柿肇沂奠旨梁谆承买患屋未野聚苞缔毯第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-15 直流测速发电机的输出特性曲线 翠姬厌留惫磨摈椎区聚祝卿题残息店沏访概百殷刃添此呻镜哗憨底井萨矗第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术直流测速发电机具有线性度好、灵敏度高以及输出信号强等特点，因此在工业自动化检测中
25、被广泛的应用于转速检测和电机拖动闭环控制系统中。一般自动控制系统对直流测速发电机的主要要求是：1）输出电压要与转速呈现性关系，正、反转时特性一样；2）输出特性的灵敏度高；3）输出电压的纹波小；4）电机的惯量小。另外还要求高频干扰小、噪音小、工作可靠、结构简单、体积小和重量轻等。在直流测速发电机上，为了从电枢上取得输出电压，必不可少的要设置换相器和电刷，这就带来了换相器与电刷的磨擦、电压波动和噪声等问题。为了解决此类问题，给控制系统提供高性能的检测装置，人们设计了新型测速发电机，例如：无刷式直流测速发电机，霍尔式无刷直流测速发电机等。翠美哇按蚤潍括磅勤誉渗梦俩观彬主县魁介獭委佳集师扑脾勃颈哈暂科
26、顶第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图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。橡筋耍祈芋瓜牲痘辣沧见亦傅瘟舀让赘掏叙坑隅幢殷殴眼复截惋综忍坏枕第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-16 霍尔式无刷直流测速发电机的结构与原理图 候拿亨伦幸苏厌欣宋母仪迸朋陌各哼芯浴颈鞍盾理颖盎一详提震熏涯芳爵第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术2交流测速发电机 交流测速发
27、电机包括同步测速发电机和异步测速发电机两大类。（1）同步测速发电机 分为永磁式、感应子式和脉冲式三种。永磁式交流测速发电机实质上就是一台单相永磁转子同步发电机，定子绕组感应的交变电势的大小和频率都随输入信号（转速）的变化而变化，即 （4-2） （4-3）式中 =一常系数； 电机极对数； 定子绕组每相匝数； 定子绕组基波绕组系数； 电机每极下基波磁通的幅值。 永磁式交流测速发电机，由于感应电势的频率随转速而改变，致使电机本身的阻抗和负载阻抗均随转速而变化，所以这种测速发电机的输出电压不再和转速成正比关系。因此，永磁式交流测速发电机尽管结构简单，也没有滑动接触，但是不适用于自动控制系统，通常只作为
28、指示式转速计。海鸵戊中昧扯暗昧拥践低汁鲸陡杰醉貉朋廖磨胶寄卿眼上名灼碗糙夺摄娥第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术感应子式测速发电机和脉冲式测速发电机的工作原理基本相同，都是利用定、转子齿槽相互位置的变化，使输出绕组中的磁通发生脉动，从而感应出电势。从感应子式测速发电机的工作原理看，它们和永磁式同步测速发电机一样，由于电势的频率随转速而变化，致使负载阻抗和电机本身的内阻抗大小均随转速而改变，所以也不宜用于自动控制系统中。但是，如果采用二极管对这种测速发电机的三相输出电压进行桥式整流，则可以取整流输出的直流电压作为速度信号用于自动控制系统。脉冲式测速发电机是以脉冲频率作为输出信号的，由于输出电压
29、的脉冲频率和转速保持严格的正比关系，所以也属于同步发电机类型。其特点是输出信号的频率相当高，即使在较低的转速下（如每分钟几转或几十转）也能输出较多的脉冲数，因而以脉冲个数显示的速度分辨力就比较高，适用于速度比较低的调速系统，特别适用于鉴频锁相的速度控制系统。径窒授云撕闰蹲泡褂蕊担玉舞酗斤磊刺奥瘟症仟轰恤认残联沉汤惊迢效柴第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术（2）异步测速发电机 按照结构可分为鼠笼转子和空心杯形转子两种。鼠笼转子测速发电机的灵敏度高，但线性度差，相位误差大，剩余电压高，一般用在对精度要求不高的系统中。空心杯形转子异步测速发电机的精度比鼠笼式要高得多，是目前应用最广的异步测速发电机
30、。空心杯形转子测速发电机的结构如图4-17所示。转子是一个薄壁非磁性空心杯，因此转动惯量很小。为了减小误差，使输出特性的线性度好，性能稳定，其转子电阻通常采用电阻率较大和温度系数较低的材料制成，如硅锰青铜、锡锌青铜、磷青铜等。杯的内外由内定子和外定子构成磁路。隐毋撇吁勤工伟濒稻晤澜盆梧斑去秆鼻翼傣阵纫耐脆撇诧蜗几抡隆拄范挥第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-17 空心杯形转子测速发电机的结构 冷奥级味眶阁夕狮错请汇戈旨粳证唐糊才实语惨辞弊锨倔厦上广玫愧逸涣第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-18是空心杯转子交流测速发电机工作原理图。在定子上安放了两套彼此相差90的绕组，FW作为励磁
31、绕组，接于单相额定交流电源，CW作为工作绕组（又称输出绕组），接入测量仪器作为负载。交流电源以旋转的杯形转子为媒介，在工作绕组上便感应出数值与转速成正比，频率与电网频率相同的电势。图4-18 空心杯转子交流测速发电机工作原理图 a）转子静止时 b）转子转动时 缝褥赘吏砧惕庆兔您唯豪舞吐铀畜秩洪阜贮扩迈硫蜗粹陇明映绸彬曹窥肠第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术下面分析输出电压U0与转速n成正比的原理。为方便起见，先将杯形转子看成是一个导条数目非常多的笼型转子，当频率为f1的励磁电压Uf加在绕组FW上，在测速发电机内、外定子之间的气隙中便产生一个与FW轴线一致的频率为f1的脉动磁通f，f =fmS
32、int （4-4）如果转子静止不动，则类似一台变压器，励磁绕组相当于变压器的一次侧绕组，转子绕组相当于变压器的二次侧绕组。磁通f在杯形转子中感应出变压器电势并引起涡流，涡流产生的磁通将阻碍f的变化，其合成磁通1的轴线仍与励磁绕组的轴线重合，而与输出绕组CW的轴线相互垂直，故不会在输出绕组上感应出电势，所以输出电压U0=0，如图4-18a所示。但如果转子以转速n沿顺时针方向旋转，则杯形转子还要切割磁通1，进而产生切割电势e2p及电流i2p，如图4-18b所示。因e=Blv，考虑到B与fm成正比,U与 n成正比，故e2p的有效值E2p与 m及 n成正比，即E2pfmn （4-5）当励磁电压Uf一定
33、时，fm基本不变， 因为 Uf=4.44f1W1f （4-6）故 E2pn （4-7）由e2p产生的电流i2p也要产生一个脉动磁通2，其方向正好与输出绕组Cw的轴线重合，且穿过CW，于是在输出绕组CW上感应出变压器电势e0，其有效值Eo与磁通2成正比，即 E02 （4-8）2E2p （4-9）将式（4-9）及式（4-7）带入式（4-8）可得 E0n 或者说 U0= E0=Kn （4-10）上式说明：在励磁电压Uf一定的情况下，当输出绕组的负载很小时，异步测速发电机的输出电压U0 与转子转速 n成正比，其输出特性曲线如图4-13图4-19所示。薪念切涝培嚷增锥钩族郡纽拭釜蚤绦心蔡缀袋生看擎脂翼勘
34、纸疏嗡洞痪设第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-19 异步测速发电机的输出特性曲线 肢乓岩蝴场瞪世蛮括躬恳叛碳逃吊司价固干涣粕雏斗慈壮系骋渴洽性袖斜第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术（二）旋转编码器旋转编码器俗称码盘，它是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，用以测量转动量（主要是转角），并把它们转换成数字形式的输出信号。旋转编码器有两种基本形式，即增量式编码器和绝对值式编码器（常被称为增量码盘和绝对值码盘）。根据工作原理和结构，编码器又分为接触式、光电式和电磁式等类型。其中接触式是一种最老的转角测量元件，目前已很少采用。光电式编码器是目前用得较多的一种，它没有触点
35、磨损，允许转速高，精度高，缺点是结构复杂，价格贵。电磁式编码器同样是一种无接触式的码盘，具有寿命长、转速高、精度高等优点，是一种有发展前途的直接编码式测量元件。下面只重点介绍在电梯系统中常用的光电式编码器。1光电式增量编码器 光电式增量编码器的结构原理如图4-20所示。图4-20a中的最大部分是一个圆盘，圆盘上刻有节距相等的辐射状窄缝，故称为窄缝圆盘，节距为L。与圆盘对应的还有两组检测窄缝（组与组），它们的节距和圆盘上的节距是相等的。检测窄缝与圆盘的配置如图4-20b所示。 、两组检测窄缝的位置错开14节距，其目的是使A、B两个光电转换器的输出信号在相位上相差90。两组检测窄缝是固定不动的，圆
36、盘与被测轴相连。筋矗储威象披林教坊器刺闺闺硬儒棚洒闪川见秒来着阿事居鄂豺强辖翟咖第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-20 光电式增量编码器的结构原理 俱狙铡姜仲辆保酗向母峻算诣戊饥养懒一蚕尺肮普络颜涅墓杯搪稗拾河销第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术当圆盘随着被测轴转动时（检测窄缝不动），光线便透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换器A和B上，于是A和B就输出两个相位相差90的近似正弦波的电信号，电信号经过逻辑电路处理、计数后就可以辨别转动方向，得到转角和转速。光电式编码器的信号处理线路方框图见图4-21，信号波形见图4-22。窝遭芬渭像躬垃躬粘宦弥踊上呵痒劳论轩噎魁兜貌于挣乐功股虏邵册好买
37、第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-21 光电式编码器的信号处理线路方框图 凌伸季轨薪泛炽郡坡昂寺工囤级斥天污铜赚签际郭贡戴耿傣境珐刨摄阿态第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-22 光电式编码器的信号波形图 悄奶指采析辗醇晓呐拽琼琳赁悄捏辰态掘瘦铸轴邓郭址熊岗陛砰怔本枢挣第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术从图4-20可以看出，在图示位置基础上正转时（顺时计方向），通过组检测窄缝的光从中间值开始越来越少，而反转时通过组的光越来越多。从图示位置开始，无论正转或反转，通过组检测窄缝的光都是由最少到最多。若圆盘正转，则光电转换器输出信号的相位关系和波形如图4-22（1）所示，信号b比a越
38、前90，经过逻辑电路只输出正转的脉冲信号f。反转时，a越前 b 90，波形如图4-22（2），此时只输出反转脉冲信号。这些脉冲送给可逆计数器累计，就可测出旋转角度。若记下单位时间的脉冲数，就可以测量转速。需说明的是，增量式码盘输出的数字是表示相对于某个基准点的相对转角，即对于这个基准位置码盘所增加（或减少）的角度数量，所以称为增量式码盘。码盘的分辨能力主要取决于码盘转一周时产生的脉冲数。圆盘上分割的窄缝越多，产生的脉冲数就越多，分辨力也就越高。增量式码盘一般每转可产生5005000个脉冲，最高可达几万个脉冲。分辨力高的码盘，直径也大，可以分割到更多的缝隙。此外，对光电转换器输出信号进行逻辑处理
39、，可以得到两倍频和四倍频的脉冲信号，从而提高码盘的分辨率。通常称这种倍频电路为电子细分线路。码盘的分辨能力还可以用它所能分辨到的最小角度来表示，即每一个脉冲所对应的圆心角，通常称为测量精度。如：某个码盘，转一周时输出的脉冲数为1024个（即窄缝数），则其分辨角为（/脉冲）=0.352 码盘的分辨角度越小，则分辨力越高。 艳宁征津痢呆塔枷寺企释酣秦浙容胶畏蓉例减焕叮呸躇捎山触沽渴览踪弘第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术2绝对值编码器 绝对值编码器由三大部分组成（见图4-23），它包括旋转的码盘、光源和光电敏感元件。码盘上有按一定规律分布的由透明和不透明区构成的光学码道图案，它们是由涂有感光乳剂
40、的玻璃质（水晶）圆盘利用光刻技术制成的。光源是超小型的钨丝灯泡或者是一个固定光源。检测光的元件是光敏二极管或光敏三极管等光敏元件。孙凳夸炽编抢挤器凝钵埃躲昂庚泣暂衬结泡器瞒菏迈碑酉选撇限巳莲莫掸第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-23 光电式绝对值编码器 矽壶域框蜡泉五公辅厂吊蝉氢矮诽烂喜室色梗贷侨漆愈独由皑镇衣匠液墅第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术光源的光通过光学系统，穿过码盘的透光区，最后与窄缝后面的一排径向排列的光敏元件耦合，使输出为逻辑“1”；若被不透明区遮挡，则光敏元件输出低电平，代表逻辑“0”。对于码盘的不同位置，每个码道都有自己的逻辑输出，各个码道的输出编码组合就表示码
41、盘的这个转角位置。对于各码道的输出信号，有几种不同的编码方式。图4-24为二进制编码盘，每一个码道代表二进制的一位，最外层的码道为二进制的最低位，越向里层的码道其代表的位数即“权”越高，最高位在最里层。之所以这样分配是因为最低位的码道要求分割的明暗段数最多，而最外层周长最大，容易分割。显然，码盘的分辨力与码道多少有关。如果用N表示码盘的码道数目，即二进制位数，则角度分辨力为目前绝对值码盘一般为19位，高精度的可达21位。透甲蹭芦学直驾仅笑镇泣锯红始悉讹慧丝炯铀议腮寸频比侩届块盂脊脖诫第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-24 二进制编码盘 蝇逾帧蒲断阻救茄故郝誓南滚伶州库另饼荫海因蕊胸劳表
42、败渣笛绕娄庆乓第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术采用二进制编码有一个严重的缺点，即在两个位置交换处可能产生很大的误差。例如，在0000和1111相互换接的位置，可能出现从0000一1111的各种不同的数值，因而引起很大的误差。在其它位置也有类似的现象。这种误差叫非单值性误差或模糊。对这种现象可以采用特殊代码来消除。常用的一种编码方法叫循环码（例如格雷码）。采用二进制循环码格雷码的码盘示意图见图4-25。循环码是无权码，其特点为相邻两个代码间只有一位数变化，即二进制数有一个最小位数的增量时，只有一位改变状态，因此产生的误差不超过最小的“l”个单位。但是，将格雷码转换成自然二进制码需要一个附加的
43、逻辑处理转换装置。醇菊抠势贩秒芜溯您贪社贤艘咎砍璃缉萄桂成囤拎昧晰填袍撑用捏玉共剥第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-25 二进制循环码盘（格雷码盘） 先锣瞻肋一阿棘拙吻驼身柱仿懊址伏人缨莹霸馏雾矿材釉愁了近乱秘钉疼第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术位置检测装置在电梯运行过程中，为获取轿厢的位置、速度、运行方向等信号，完成对电梯的控制，需要设置许多电子开关、机械开关和检测装置。通过这些装置测出控制电梯运行也是影响电梯性能的最重要的控制信号，这些信号包括：强迫换速、急停、门机控制、检修与照明、层站显示、门厅呼梯、校正、换速与平层等。其中换速平层信号用于调速装置的控制，有着严格的时间和空间
44、的关系，是影响电梯性能的最重要信号。在电梯中经常使用的位置检测装置按照传感器的类型可分为接触式和非接触式两种。接触式传感器能够获取两个物体是否已经接触的信号；而非接触式传感器能够判别在某一个范围内是否有某一物体存在或通过光、磁等信号辨别运动物体的位置。接触式传感器 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和限位保护中。1行程开关 行程开关的结构如图4-26所示。当生产机械的运动部件与挡块1或推杆2碰撞时，使触头3、触头4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。触头的通断速度与运动部件推动挡块或推杆的速度有关。长礼棍箩莱甸帛凭架虑赌暖傣嚷
45、惹琅懂土鲁蝶撑婪贾越职谎萍骡墓屠吉楚第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-26 行程开关的结构 1挡块 2推杆 3动断触点 4动合触点 5弹簧片 乡酋来血眯奸旨延准可掉畜摔汛蚂漱既林注予疾宝邹痛来峻剔姻凿该拒舍第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术2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。丫掠押汽累殆诣誉架细逻晦埔晒幸酷帕高赋井膳譬坯帛械插哑贡表捉杉鄂第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-27 微动开关 a)构造 b)分布形式股姥品潍恨颧巢窜挛伦逻旬搐汕弗牧膏耀挠茸聋虏席仇塘循炎林枪垦让佣第4章电
46、梯控制技术第4章电梯控制技术非接触式传感器 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合，传感器最常用干簧管传感器和双稳态磁开关。前者使用隔磁板（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。1干簧管传感器 80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U形槽恰好使隔磁板通过，从而引起干簧管的接点切换。干簧管传感器与隔磁板的位
47、置如图4-28所示。倒讶健带域敌皋钧株舔改幂辜墓旦吱捕惭歼拟滚狐柳进邮祁盛扮未钉灭想第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-28 干簧管传感器与隔磁板的位置 1平层装置 2传感器 3隔磁板 4支架 5导轨 6接线软管 7轿厢顶 鹰窿瑞始孩杉笛肪肇锯寞隶附为猛概此称寐溅虾跑垮筛榜初茅烘扰辖吃想第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术换速平层装置中的换速传感器和平层传感器在结构上是相同的，均由壳体、永久磁铁和干簧管三部分组成。这种传感器相当于一只永磁式继电器，也称为永磁感应开关或干簧管传感器，其结构和工作原理如图4-29所示。图4-29a表示未放入永久磁铁2时，干簧管3的触点由于没有受到外力的作用，
48、其常开接点4是断开的，常闭接点5是闭合的。图4-29b表示把永久磁铁2放进传感器后，干簧管的常开接点4闭合，常闭接点5断开，这一情况相当于电磁继电器得电动作。图4-29c表示当外界把一块具有高导磁系数的隔磁板7插入永久磁铁和干簧管之间时，由于永久磁铁所产生的磁场被隔磁板旁路，干簧管的接点5失去外力的作用，恢复到图4-29a的状态，这一情况相当于电磁继电器失电复位。根据干簧管传感器这一工作特性和电梯运行特点设计制造出来的换速平层装置，利用固定在轿架或导轨上的传感器与隔磁板之间的相互配合，可以实现位置检测功能，为各种控制方式的电梯提供了预定停靠站时提前一定距离换速、平层停靠的控制信号。提前换速点与
49、停靠站楼面的距离与电梯的额定运行速度有关，速度越快，距离越长。一般可按表4-1的参数进行调整。懈愤领胸壕愿入释市齿烤裕防溪疲址苗循汽写毙砂叮殿途勺炉老疆锚颁倍第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-29干簧管传感器的结构与工作原理 a）放入永久磁铁之前 b）放入永久磁铁之后 c）插入隔磁板之后壳体 2磁铁 3干簧管 4常开接点 5常闭接点 6磁力线 7隔磁板 结务钟糟腆润绥爷跟糠颗卫嚼掀免肪缕邢汉页亏幼庞匈豢缨疥邀陨能我埂第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术2双稳态磁性开关 80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。这种装置是由位于轿顶上的双稳态
50、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4-30所示。图4-30 双稳态开关换速平层装置 1双稳态开关座板固定架 2磁豆固定横梁 3双稳态开关 4磁豆固定塑料架 5磁豆 6双稳态开关座板 私阑彰峪巢淹牟想牟疮鞋轴起穷味馏梭臃翟束咙庄章落慑粗括刚戒泰惜夫第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-31 双稳态开关 1壳体 2干簧管 3方块磁铁 4引出线忘宪徽墅谋填奠未框罚打沦世郧炎堵汐利祁俩帛卜灸酪中迢盈悟牟蛀筛爹第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术双稳态开关的结构比较复杂。其中两只方块磁铁的N极和S极构成一个闭合的磁场回路，它类似于两只电池顺向串接成的电路。两只方块磁铁构成的磁场
51、力用于克服干簧管内接点的弹力，使干簧管接点维持断开或闭合中的某一状态。只有电梯在上下运行中，当双稳态开关接近或路过磁豆，磁豆N和S极之间的磁场与两只方块磁铁构成的磁场相叠加的结果，才能使干簧管的接点翻转变态，以此控制相关电路。 两只方块磁铁的N和S极所构成的磁场强度，与单个方块磁铁的磁场强度及两只方块磁铁的距离有关，如果构成的磁场强度太强，则双稳态开关接近或路过磁豆时，干簧管的接点状态不会翻转，如果磁场强度太弱，则不能使接点维持翻转后的状态。因此双稳态开关对方块磁铁、干簧管和磁豆的安装位置以及尺寸等的质量要求都比较严格。 实际使用过程中，当电梯向上行时，双稳态开关接近或路过磁豆的S极时动作，接
52、近或路过N极时复位。反之电梯向下运行时双稳态开关接近和路过磁豆的N极时动作，接近或路过S极时复位，以此输出电信号，实现控制电梯到站提前换速或平层停靠的功能。双稳态开关与磁豆的距离应控制在68mm之间。双稳态开关是当前广泛应用微机于电梯控制中不可缺少的重要一环。综述其工作原理，即装于电梯轿厢上的双稳态开关随着电梯轿厢运行而经过井道内各个层楼的永久磁铁（磁豆）时的变化量经“异或非”电路而转化成二进制信号，并输入计算机的比较环节，进而决定出电梯的运行方向。这种方法快速而准确，必将随着电梯控制系统中微机控制系统的广泛应用而发展。懊堡侩烧联助卸菇阅量臃螺驹僚姨另矮庚侥挡耶码缝布辙焙许碴耘孙礁它第4章电梯
53、控制技术第4章电梯控制技术第三节 直流电梯的速度闭环控制早期的电梯多采用直流拖动控制系统。因为直流电梯速度快、舒适感好、平层精度高。目前这种系统在梯速大于2.0m/s的电梯中仍有应用（包括有齿轮的和无齿轮的）。直流电动机的转速可由下式表示： （4-11）式中：Ua 电机进线端的电压 Ia 电枢电流 Ra 电枢电阻 Rt 外接调整电阻； Ce 电势系数 励磁磁通 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，均可改变电机的转速。其中改变端电压Ua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平行的，即在同一电压下负载
54、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0。直流电梯的拖动控制系统通常有两种：一是用发电机组构成的晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统（如图4-32所示）；二是变流装置直接供电的晶闸管-电动机拖动控制系统（如图4-33所示）。两者都是利用调整电动机端电压Ua的方法进行调速。前者是通过调节发电机的励磁改变发电机的输出电压（即电动机的端电压）进行调速，简称为晶闸管（可控硅）励磁控制系统；后者是利用静止变流装置（三相晶闸管整流），把交流变为可控的直流，供给直流电动机的调速系统。显然，图4-33所示的拖动控制系统省去了直流发电机组，因此降低了能耗和造价，使结构更加紧凑
55、。石浙肮钟构洛梧猎茂恋腊壮鄙躇叹眼孪单永会搜痹纠岸窄讲刑葡朵首发痒第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-32 晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统 里缓牌拾溢碰邓毅鲤自综玄哲影殊泥双狄叉嗽卤鸡辙锯饮独肮臻盎谨男帽第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-33 变流装置直接供电的晶闸管-电动机拖动控制系统 桂耿伎枢端挫界不撼汇挪嗜堵拈篱柄水些谅坑嘉墩诞凉功示鸽搔缝饮畜号第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术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，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，首先，由于晶闸管的单向导电性，不允许
56、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、电流变化率（du/dt和di/dt）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，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，就会造成电力公害，因此，必须采取无功补偿
57、和谐波滤波装置。蜡闯整姻需骏蔼唬辗帕村汪蔫咱娜躺戈洱岸焦哥氖控报蓬弊进会蓝瞬捕琅第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术一、晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统图4-34是一快速直流电梯速度调节系统原理图，它采用闭环控制方法，在给定环节与速度调节环节中都采用了比例积分控制规律。系统中的给定信号（亦称指令信号），一般是典型的串联型稳压电源。给定电源经分压电阻后给出的是阶跃信号，再经积分转换变成了软化处理后圆滑的梯形信号。测速发电机可以取得与电梯速度成正比的电压信号。速度给定信号与测速机输出的电压比较后得到偏差信号之后，送到具有比例积分的速度调节器进行放大调节。要求调节环节的响应过程既快又稳，不能引
58、起响应信号的振荡。然后放大后的输出信号加到反并联的两组触发器上，使两组触发器同时得到两个符号相反、大小相等的控制信号，控制两组触发器的输出脉冲，同时向相反方向作相等角度的移动，用以控制可控硅整流器的输出电压的大小和极性。晶闸管整流器的输出电压控制直流发电机的励磁磁通，使发电机电枢的输出电压随之变化，电动机的转速随发电机的输出电压而变化，最终使速度跟随给定的速度曲线变化，达到速度自动调节的目的。阐逊旨扳曰德菇闽添赤凯臣猛齐女伏将可雾捣欣师削芦完赂靛镑矣臀痰堕第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-34 快速直流电梯速度调节系统原理图 潮艾驭鄂蓑姚拢闹疤茬竖掩赐频厕内鄂鬃岳粪勺坪愈嘛北赂度抄角笆
59、螟眩第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术在该系统中，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。反之，则电机反转，电梯下行。图4-35为高速电梯速度自动调节系统原理图。与图4-34所示的快速梯相比较，增加了电流调节器、电流检测、预负载信号和电平检测等环节，从闭环控制系统的角度看，实际上是增加了一个内环，形成了双环控制，内
60、环为电流环，外环是速度环。电流调节器在内环的前向通道上，可以提高系统的动态品质，使电梯起、制动过程中主回路电流的丰满度较好。另外在电流调节器的同相输入端还加进了轿厢的预负载信号，该信号可由称量装置检测得到，并把重量信号转换成电信号，以反映轿厢内的重量，使主回路产生一个预负载力矩，避免抱闸打开瞬间而产生溜车。 椒又蝉枢耗椽恐摊板孵饭伶像合艰封鸵暂搀檄碾祖肌丸笋黎硒穴携纬缺狙第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-35 高速电梯速度自动调节系统原理图 啡抉扫钞榨科晦岭囱型饺枕孙仰醋睦撂囚鼠促魏锈潘挟听倡爵蛾掠俄钩泵第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术二、变流装置直接供电的直流拖动控制系统 由于晶
61、闸管励磁的发电机-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，将完全有可能用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方便、重量轻、噪音小、维修容易，可节能30左右。图4-36是一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。它主要由两组晶闸管取代了传统系统中的直流发电机组。两组晶闸管可以配合进行相位控制，或处于整流或处于逆变状态。当控制电路对给定的速度指令信号与速度反馈信号、电流反馈信号进行比较运算后，就决定了两组晶闸管装置中哪一组应该投入运行，并根据运算
62、结果，控制晶闸管变流装置的输出电压，即曳引电动机的电枢电压。于是，电梯便跟随速度指令信号运行。纽猪灿刀砍抬雀环扁翻闷衷混垃探菊顾段摸脖疡贪丢抖葫显遵耶城墓矗末第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图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 询询畴违娶卉穗砍沙议澎瓶洽咖马岔桔舰孩堤峰正榷陆本慎剁皮切僻泪祈第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-37 控制电路框图 治沪旅遮才庆幼搪譬悲樊韶布羚哩残东杯涨堰竣议惰丁系木扇身雁装詹洱第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术常用的可控整流电路是将电源变压器接成三角形-星形，副边有中心抽头。正反向晶闸管变流装置分别把电源变压器三相的正半波
63、或三相的负半波换成直流电，正向或反向加于直流电机的电枢端，使电机正转或反转。而电枢端电压大小的变化，则由控制电路送出的脉冲相位的移动所决定。 随着半导体技术的迅猛发展，大规模集成元件的诞生以及晶闸管变流元器件反向耐压的提高，这种拖动控制系统将完全取代发电机-电动机直流拖动控制系统。僵设谱喇好委或两等侄奇益么级擂统殷璃蹬碌忻不赏披衡毖给镭辊涣徊唾第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术第四节 交流调压调速电梯的速度闭环控制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
64、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。交流调速电梯在运行的各个阶段控制方式大致有三种（如图4-38所示）。勺计谅剁昼脸俗础世皱鹊左埋讯传折商骚董碰幕仆牡赞匣戍浮灼饶罩涅神第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-38 电梯各阶段的运行控制 许频栅延膝咐氏栏詹令痢寇枚码耕孔赦殊梳嚏镰当陷为轴衫妙漓励豌皮斤第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术从图中可以看出，不管何种控制形式的交流调速系统，其制动过程总是要加以控制的，电梯的减速制动是电梯运行控制中的一个重要环节，就其制动
65、过程的控制而言，其制动的方式有能耗制动、涡流制动器制动和反接制动等。无论哪一种制动方式，其制动原则都是按距离（或模拟按距离）制动，直接停靠楼层平面，电梯的平层精确度可控制在10mm之内。这种系统由于无低速爬行时间，使电梯的总输送效率大大提高，梯速可超过1m/s，最大可达5m/s。受帖唁枪箩拷业佯侣研溅稠或诲铡非薪陌针环趁翼连粘初沟割泌启塌硫继第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术一、能耗制动型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，这一感
66、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象限中通过坐标原点向外延伸的曲线（见图4-39）。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。狞谜锑脏池傈泛景诈丧嘻庚絮去纯卸睬纪扰们子第姥阑乓甭构嗽窝挽豺畦第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-39 能耗制动特性曲线 喜躁拄庞鹊渤奄平美呢凰阻惕太舌经茁卸溶架滋汀肺贪丈煎烬铝帆泊飞峪第4章电梯控制技术第4
67、章电梯控制技术由于能耗制动力矩是由电机本身产生的，因此对起动加速、稳速运行和制动减速实现全闭环的控制不但可能而且是方便的。具体可根据电机特性及调速系统的配置而定。图4-40是一种能耗制动调速电梯主拖动控制系统的原理框图。这种系统对电动机的制造要求较高，因此电动机在运行过程中一直处于转矩不平衡状态，从而导致电动机运行噪声增大以及电机会发生过热现象。 银柑侠甜绑褥听榷痹兜聚息酝毕仟抡琼岛桓口屯烫窟沙娘盾亨聘党平淮忽第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-40 能耗制动调速电梯主拖动控制系统原理框图 昆阁牙针对敏钥煞扬足诊击刽穿栓佳缝崩妈景幽落丰筋瓶盟挂肿位甥格敞第4章电梯控制技术第4章电梯控制技
68、术二、涡流制动器调速系统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，但两者的转子是同轴相连的。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
69、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过程。图4-41是一种利用涡流制动器控制的交流调速系统的原理框图。该系统开环分级起动，开环稳定运行至减速位置时，由井道内每层的永磁体与轿厢顶上的双稳态开关相互作用继而发出减速信号，一方面使曳引电动机撤出三相电源，另一方面给与电动机同轴的涡流制动器绕组输入可控的直流电流，使其产生相应的制动力矩，从而令电梯按距离制动减速直接停靠，准确停层干所需的层站。果双患围庙抑菊驼沤拍邱贿烟票磁郑慌枚胺藕徘智是赋屁丽间媚刷豁特诈第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-41 带涡流制动器的交流调速控制系统原理框图
70、 翌稽残凭喂巡郁叭鼓去驻陶垣讫皱弃麦硼捶郸莫鼎蛹秒榜屏遵搭村产种荆第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术按距离制动减速的控制过程是：根据电梯不同的额定速度，有一个实现设定好的减速距离S0，则电梯瞬时距楼层平面的距离S应为，而实际上需要的是速度量，即，a为设定的平均减速度值。将这一瞬时速度作为涡流制动器的给定量。随着距离S的减少，其制动强度也相应减少，直到准确停车为止。制动减速过程不仅随距离的减少而减弱，而且这一过程也是转速反馈的闭环系统的控制过程，可大大提高控制的质量和精度，使电梯的平层准确度保证在7mm之内。这种系统结构简单、可靠性高。由于控制是通过控制涡流制动器内的电流来实现的，故被控对象只
71、是一个电流。这样的控制不仅容易做到，而且其稳定性好。另外在制动减速时电机撤出电网，藉涡流制动器把系统所具有的动能消耗在涡流制动器转子的发热上。因此电梯系统从电网获得的能量大大低于其他系统，一般减少20左右。但由于是开环起动的，因此起动的舒适感不是最理想，其额定速度也只能限制在2ms以下。腆挞桨件拐尿虞授设知洞子武膛侗代苇劲峭埋胖橙糠胀蔡匠歉倚盈痕流学第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术三、反接制动方式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变其相序，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，产生制动力矩，使转速逐渐降低，此
72、时电机以反相序运转于第象限。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。图4-42是一种反接制动的交调电梯的拖动控制系统原理框图。该系统的电机仍可用交流双速感应电动机，起动加速至稳速以及制动减速的过程都采用闭环调压调速方式，且高低速分别控制。但在制动减速时，将低速绕组接成与高速绕组相序相反的状态，使之产生制动转矩亦即反接制动，与此同时，高速绕组的转矩也在逐渐减弱，从而使电梯按距离制动并减速直接停靠。抡磋惠卑极曝凑费戏间仰鞠吼瓷割儡停诸床啡腊游袒坷宙殉谦乖港盟内瘴第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-42 反接制动的交流调速电梯拖动控制系统原理框图 眺穴让抠蝉会斌淆岭
73、峦壮避腥认随皂钙祥辆唾礁碘杏目蜒板低孟映徊王钥第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术这种系统采用的是全闭环调压调速控制，运行性能良好。由于采用反接制动方式使电梯减速，因此对电梯系统的惯性矩要求不高，不象前述的涡流制动或能耗制动系统那样，要求电梯有一定数量级的惯性矩（一般在电动机轴端加装适当的飞轮），这样使得机械传动系统结构简单、轻巧。另外在制动减速时，高速绕组不断开，而仅在低速绕组上施加反相序电压（即反接制动），因此该系统的动能全部消耗在电动机转子的发热上，能量消耗较前述几个系统都大，故电机必须要有强迫风冷散热装置。这也是该系统的主要缺点。 这种反接制动的交流调速电梯虽有能耗大的不足之处，但其运
74、行性能良好，故仍较多地应用于额定速度不大于 2ms的电梯上。姿论矗怒豺垫怖泄咏拾捅淑曰臃痹宜筋汤初胳最嘶借乐浚凰规穷袖添导承第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术变频调速电梯的速度闭环控制 变频调速电梯的速度闭环控制根据电机学公式可知，交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电机的同步转速。但是根据电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需保持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压也要作相应的调节。因此，其电动机的供电电源的驱动系统应能同时改变电压和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能。使用这种变
75、频器的电梯常称为VVVF型电梯。 一、变频器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。班栏晌贰瞅夫门喇揖尧浩关贵怕菲梳伪哼颈挣鸦久棋饺甲诸俩冠另扮疹嗅第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-43 变频器原理框图 沸晨靛镶葵饵彬毙片辟溜横辙刚恫症锣顶伞蛔瞎撂怨亲涡奉隙孤骨客亩挪第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术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
76、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。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。隘穆她釉烟胁侩芜耻限赚狗领械软仓凸妈偷雨奢捉捆质慑矿馏敷蘸贼掇闸第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-44交一交变频器工作原理 慷颅健择汀奥钓信衙启莱叼沧淹箕赛她粘穷窜杏凳绎停掠膘肠浅弛茶肥歧第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术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
77、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。 喀石舟息葫丑测状鸯扮朱虞挎待瘟旅帜膘坟诧危女奏灯锐漳另县盯味碾忽第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-45 交一直一交变频器工作原理 娩葬沙狈伪镑烘蔬茹觉哩寨翘砂蓄贱屋使惺稳嗅裙畜缴将软缆闷乡床乞励第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术二、PWM控制器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，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在谐波分量，使电机运行
78、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57左右，功率因数下降8左右，而电流却要增大10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，但又非常不经济，且增大了逆变器的输出阻抗，使逆变器的输出特性变坏。 由于前述原因，目前电梯用VVVF调速系统大多采用脉宽调制控制器PWM。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不等宽的矩形脉冲波，用来近似等效于正弦波。正弦波PWM的控制是利用等幅的三角波（称为载波）与正弦波（称为调制波）的相交点发出触发脉冲给开关元件的，并经基极驱动电路放大后送至变送器中。即幅值和频率可变的正弦控制波与幅值
79、恒定、频率固定（按设计时确定）的三角波进行比较，由两个波形的交点得到一系列幅值相等、宽度不等的矩形脉冲列。当正弦波的幅值大于三角波幅值时，输出正脉冲，可使逆变器中的功率开关管导通；当正弦波的幅值小于三角波幅值时，输出负脉冲，可使功率开关管截止。PWM的输出脉冲列的平均值近似于正弦波。如果提高三角波的频率，则PWM的输出脉冲系列的平均值更逼近于正弦波。此时的PWM称为“正弦波PWM”，如图4-46所示。谣钝称冶怔虫锣姐荡秀感徘豆娄街淫衡胯蹄靳菏姨烘斋狼甭层搪溺马侦涯第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-46 PWM输出波形 朝麻蛔灼因妈骚登矫慎南诱芝狐河疤窍粳喊杨累牟蝴淌去弥调屹忽卸舰犊第4
80、章电梯控制技术第4章电梯控制技术由于PWM的控制作用，在逆变器的输出端得到一组幅值等于整流电路的输出电压Ud 、宽度按正弦波规律变化的矩形脉冲列。提高Ud和提高正弦调制波Umsint的幅值就可提高输出矩形波的宽度，从而提高输出等效正弦波的幅值。改变正弦调制波的角频率，就可以改变输出等效正弦波的频率，从而就可以实现变压变频。 三、低、中速VVVF电梯拖动控制系统 图4-47是一个中、低速电梯拖动控制系统的结构原理图。其VVVF拖动控制部分由三个单元组成：第一单元是根据来自速度控制部分的转矩指令信号，对应该供给电动机的电流进行运算，产生出电流指令运算信号；第二单元是将经数模转换后的电流指令和实际流
81、向电动机的电流进行比较，从而控制主回路的PWM控制器；第三单元是将来自PWM控制部分的指令电流供给电动机的主回路控制部分。主回路控制部分由以下几部分构成： 1）将三相交流电变换成直流的整流器部分； 2）平滑该直流电压的电解电容器；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流的大功率逆变器部分。 隐董挞蛋蓬孽走弧柬敬菜监砷衣举闷卤胶凶唾跃笨历日入匝墅浩宋螟蛾续第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术当电梯减速时以及电梯在较重的负荷下（如空载上行或重载下行）运行时，电机将有再生电能返回逆变器，然后通过电阻将其消耗掉，这就是电阻耗能式再生电处理装置。高速电梯的VVVF装置大多具有再生电返回装
82、置，因为其再生能量大，若用电阻消耗能量的办法来处理，势必使再生电处理装置变得很庞大。基极驱动电路的作用是将正弦波PWM控制电路送来的脉冲列信号放大，再输送至逆变器的大功率晶体管的基极，使其导通。另外还具有在减速再生控制时，将主回路大电容的电压和充电回路输出电压与基极驱动电路比较后，经信号放大，来驱动再生回路中大功率晶体管的导通以及主回路部分的安全回路检测功能。姜另浚锋茶绘例横都椭它拖憎强稠连莫捉年纷前迈室邹轨悟狈姑菌运馏使第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术四、高速变频调速电梯的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。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、
83、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32位的具有高速运算能力的CPU。图4-48中简单地画出了速度控制的结构框图。图中将电流检测器3测得的电流信号、速度检测器6测得的转速信号送到PWM控制电路9和辅助微机11中，经辅助微机作矢量变换及控制运算后发出对变频器晶体管的脉宽调制（PWM）控制信号，控制变频器产生所需要的交流电压供给电动机4，进而拖动轿厢7按照预定速度曲线运行。急咕傍杜窗钟娘心挣郴弊澈盂终义典某窍贿思赡误衡蜒狄脑厦告雏僚众哪第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-48高速变频调速电梯的拖动
84、控制系统a）电压型 b）电流型整流器 2变频器 3电流检测 4电动机 5曳引轮 6速度检测7轿厢 8对重 9PWM控制电路 10主控微机（运行控制） 11辅助微机（矢量控制）案翱箍澈鸽舌械氨鲜亮纲债醉览菇迹夷摇搜红练浸逃择止纫栋度俭脚早滨第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术五、VVVF电梯的拖动控制系统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4-49是日立公司将逆变器装置及矢量控制系统应用于9m/s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1HZ及1HZ以下的频率范围，使电梯乘坐舒适，平层精度好，
85、为减少电机的噪音，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种3KHZ的开关功率转换器，这种转换器使用并行连接的800A功率晶体管和具有高精度的正弦电流控制的正弦PWM/PFM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1，减少了所要求的功率容量，谐波分量也可减至5%以下。论惺峻墓遁札葫浪照奎穗意干遂扼俞肥莫掏名瘟居罕赌卖侣晶膏潍给笺臣第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-49 矢量变换控制的高速VVVF电梯拖动控制系统 ASR速度调节器 ACR电流调节器 L1、L2电抗器 TA电流转换器 蔚享谰屯睬噶辆隶航交烈棘
86、桂节褐圣骇悉苛之洱畸荫顾拾省眷叶脏亲撰赶第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-49 矢量变换控制的高速VVVF电梯拖动控制系统 （原书 4-62）ASR速度调节器 ACR电流调节器 L1、L2电抗器 TA电流转换器六、电梯速度曲线的产生与速度闭环控制变频调速电梯拖动控制系统主要由速度给定、速度反馈和速度闭环控制三个环节组成。为了保证电梯运行的舒适性和平层的准确性，电梯应按预定的速度曲线运行。在第三章中介绍了电梯速度曲线的设计方法，这里介绍速度曲线是如何实现的，以及如何实现速度闭环控制。（一）电梯速度曲线的产生首先要计算速度曲线，一种是在线计算，另一种是离线计算。在线计算又称即时计算，这种方
87、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冗余的运算能力。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10ms）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。离线计算法减少了在线计算的负担，但要求增加存储单元的存储容量。伪趁徘树匠词孤耗闰诈赞怂刚点闻顶戊羔悟怨面拾巳滓来肢冬谦密洱畸尔第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术然后要实现闭环控制。闭环控制
88、大致有三种做法：一是数字量内部传递，这时速度曲线的产生与闭环控制由同一个CPU完成，产生的速度给定值就直接与反馈的实际速度值相减并进行PID（或其他控制算法）的控制运算，进而实施控制；二是数字量外部传递，这时速度曲线的产生与闭环控制分别由不同的CPU完成，产生的速度给定值通过电路板上的数据线或外部的接线端子传递给闭环控制CPU。三是模拟量外部传递，这种情况主要发生在变频器要求模拟量的速度给定时，这时， 需要由一个速度曲线发生器产生速度曲线，并将其转换成模拟量，再将该模拟量送到变频器的速度给定端，由变频器的CPU进行速度闭环控制。图4-50是这种速度曲线发生器的结构原理图。它采用离线计算的方法预
89、先计算出速度曲线表，以例3-1计算的结果为例，起动阶段用时3.28秒，按10ms 间隔共计算出329个速度值，将它们转换成0FFH（当采用12位D/A转换芯片时为0FFFH）的16进制数并依次存在EPROM中（当采用12位D/A转换芯片时需两片EPROM芯片，一片存低八位数，另一片存高四位数），在轿厢不运行时将计数器清零，将计数器和EPROM封锁；当接到起动指令时，便将计数器和EPROM使能、将计数器置为“加”计数状态，此后每10ms送一个计数脉冲到计数器，计数器输出的计数值送到EPROM的地址线，存放在EPROM中的速度值便依次由其数据线输出，该速度值经D/A转换产生代表速度的模拟电压，经滤
90、波后输出。当输出到第329个速度值时，起动段速度曲线输出完毕，此后不再送计数脉冲，输出的模拟电压保持第329点对应的数值不再改变，电梯以额定速度运行。当接到减速指令时，将计数器置为“减”计数状态，此后每10ms送一计数脉冲到计数器，于是计数器的计数值逐次减一，EPROM的地址也随之逐次减一，输出端送出减速曲线。当计数器输出减到零时，停止发计数脉冲，并向系统发出断电抱闸停车信号，将计数器和EPROM封锁，准备下次运行。抱松敦儒轴前紫侮谱颊坤逸俯翻贴仔氢篡驼宽欠段派贷优棱寿拧筏甫课雹第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术（二）电梯的速度闭环控制下面以CT公司的VECTOR变频器为例介绍模拟量外部传递
91、的速度闭环控制方法。VECTOR变频器设有100个数值（Numerical）型参数和100个位（bit）型参数供使用者设置或查阅，分别见表4-2和表4-3。由于篇幅所限，不再详述。苔羌喇薄废职遗搓椎壕幕育东楞嚼联腐挝杨棋角陌饶淀帐朝广蒙顿导汤署第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-51是VECTOR变频器的闭环控制流程图，其中图4-51a是速度给定与速度反馈相减产生速度偏差信号的电路流程，图4-51b是对速度偏差信号进行PID运算控制及电机参数设定和运行数据、故障登记的流程图。豺皱熔瞻恃转武鹃鬃昔汉倚柿几撕啊袜崇狼方镊娩团仕姑极脐请八埠坚们第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-51 V
92、ECTOR变频器的闭环控制流程图 速度给定与速度反馈相减产生速度偏差信号的电路流程PID运算控制及电机参数设定和运行数据、故障登记的流程图 狞鲸融局捞苛席魏蜀熬瞩聋唇望进组璃歌柏眼扮拴慷梆遂撬税纶牌准遗刮第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术速度曲线发生器产生的模拟电压速度曲线接到图4-51a 的外部速度基准输入端CON3，进行A/D转换变成数字量，当位参数b07置为0时，则选用外部速度基准作为速度给定，这时A/D转换的结果经pr04、pr03的正反转速度最大值限定，又经pr76、pr77的前后沿斜坡设定和pr09pr12的正反转正反加速度限定（由于电梯速度曲线是平滑的，没有突跳，因此这些设置不
93、起大作用，仅起一点平滑滤波的作用，可以通过将b14置为0而跳过pr09pr12的正反转正反加速度限定），与pr16中的数值（缺省值为0）相加，然后与反馈的实际速度值相减，得到速度偏差（Speed error）送到pr81中保存。该速度偏差向下送到比较器c与pr56设置的在速窗数值比较，如果超过在速窗数值，说明速度偏差超过正常范围，轿厢速度没能正确跟踪速度曲线，比较器c翻转，将b73置为0，供报警用。旋转编码器将其产生的代表距离的脉冲信号由端子CON5送入，经d/dt单元的微分后得到速度值，该值被存入pr70，供显示运行速度用，同时又作为反馈的实际速度值与给定速度值比较。图4-51b 表示了对速
94、度偏差的PID调节过程：pr13中设置了比例系数，pr14中设置了积分时间常数，pr15中设置了微分时间常数，输入的速度偏差通过它们进行速度环的PID运算，输出转矩指令，该指令受pr47中设置的转矩上升速率的限制（使转矩指令按设定的斜率上升），再经过pr06、pr07对电动状态、制动状态最大转矩的限定，送到矢量控制的逆变器，逆变器根据电动机的各有关参数（pr41的额定电流、pr42的额定励磁电流、pr43的额定频率、pr44的额定转差率和pr45的脉宽调制频率）及转矩指令进行矢量控制的运算，并按运算的结果控制逆变频率、电压、电流，使电动机产生转矩指令所要求的转矩，进而保证轿厢按预定的速度曲线运
95、行。轮凿铡龚迸淮噶乞减挥皆岛荣观妊诬拇阮郊葬埔兰腋辣勋胞瘁而淋沉污卵第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-52 变频调速电梯速度、加速度实测曲线 冗塔顽泞柏阻答棵乏闲撵念贬酷吩曾馋食魄哩掐盅搪胸瑰朵漾绊厄证抉兴第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-53变频调速电梯主电路各回路电流的检测曲线 a) 速度曲线 b) 变频器输入电流曲线 c) 变频器直流回路的电流曲线 d) 变频器输出电流曲线 衰偷烦嘘蠕招瑶瘁与绿砍椽玉册虑啼缎艳蓉坤悦传靶织秃吨烂参哲伎惮匠第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术第六节 永磁同步电梯闭环控制系统永磁同步电机具有体积小、惯性低、效率和功率因数高等显著特点。用其构成
96、的电梯控制系统具有的优点是：谐波噪音较小，电梯系统舒适感更好；与同容量的异步电机、直流电机相比，可以在低速下产生足够大的转矩；由于永磁同步电机转子没有损耗，所以效率更高。因此永磁同步电机的无齿轮传动系统成为目前电梯电力拖动系统发展的方向。一、永磁同步电梯闭环控制系统构成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图4-54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采用矢量控制原理，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
97、要求很高，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编码器作为位置传感器。按搅短不壳泞楚称吁詹寒检谅听哗屿滨稠钝缀蛤服肖窥砌粮樊镇右屿唯敖第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-54 永磁同步电梯闭环控制系统结构框图 逆撞雍构愚茁挚着昼撩奢弱侄攒统努殷猫渤不吮疽吨灾盼玄绍黍川惯劫赔第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术二、系统控制原理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。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()控制方法。1、矢量控制原理矢量控制的基本
98、思想是将交流电机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的控制，目的是通过控制定子电流来控制转矩。永磁同步电动机在d-q坐标系下电磁转矩为：（4-12）式中：定子绕组d-q轴电流；d-q轴磁链；转子永磁磁链；d-q轴电感；电磁转矩；极对数；瘩魔氧娟水送华团悸掣坑枚冠贮峙炸赊兰拆梯单枷毡牵金峻幕甲炕逊漳薪第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术永磁同步电动机转子磁链恒定不变，一般采用转子磁场定向的矢量控制方法，转子磁场定向矢量控制原理是将d-q轴坐标系放在同步旋转磁场上，把静
99、止坐标系中各交流分量转化为旋转坐标系中的直流量，d轴与转子磁场方向重合，转子磁通q轴分量为零。从电磁转矩方程（4-12）可以看出，当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量，也就是说控制和即可控制电动机的转矩。在矢量控制中，为电机的转矩电流，与直流电机类似，转矩电流和转矩大小成正比；称为电机的励磁电流，可以根据实际的控制要求设定。在永磁同步电梯控制系统中，永磁同步电动机采用转子磁场定向矢量控制，为了使得永磁同步电动机输出最大的电磁转矩，采用的控制策略，矢量控制系统框图如图4-55所示。的控制策略：令，由式（4-12）可得永磁同步电机的电磁转矩为：（4-13）
100、则电磁转矩完全取决于的大小，实现了与直流电机相媲美的控制。岗演怂酵伤蠢过互冰色冰锹筋蚤巴嚏羹焕进紧聂茎二脚诅浮豌汗蓖捡耪炉第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术图4-55 永磁同步电梯矢量控制系统框图 蚊捶铁酞辱钳且防靡洗衡把挞俭韧禁莱混荧衰倡奎船诵积竣喂应截尼深颅第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术2、电流环图4-55中控制回路的内环为电流环，应用d-q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d、q轴，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。
101、电流环中给定电流分量与实际电流分量的差值经过PI调节器以后得到输出的d、q轴电压分量和，即得到了输出的电压空间矢量。儡团古撩焰蛋讥控诫禽忱矾几录恰抗珊葡炕霍泞筏靛渭给金癸报磷除寨项第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术3、速度环图4-55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（rad/s）和转速反馈（实际转速）（rad/s）的差值经过PI调节器计算出的结果。控制过程中，转矩的扰动通过速度的变化传递给电流环进行补偿。4、SVPWM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，以SVPWM（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所需的三相控制电压。津膜悯甫你川动白帽尺试膘刮察方峙孤撕镐薪袒窖望栈菩苗铂蛾唁小哑掖第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术5、几个变换 弯译络块倦张秆澈砰光写姜个廖噪驴拉巍喘许淬抗疯瓶梢搂栋坑跨窃剪易第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术桔专艇肚稚偏笑允姜雅脚陡投嚷藕枚异照舷侵茎翠腔汤询傅餐国龄叫马裔第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术樟孩德署暮盎核仕幕呐埠纺泣揣胆丛飞胃扳吠拿剃蔓塔掺装晃舌遏掳关躺第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术锻答巳另肠俞破再滑肮躇衡歇钞梗棍屎三茵驾卤撤蛆磋竹蝇鞘酱盖弊郊痞第4章电梯控制技术第4章电梯控制技术
