第四章電力拖動系統(tǒng)

第四章電力拖動系統(tǒng)第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日直流電動機的調速原理：直流電機的轉速計算公式如下：n=(U-IR)/Kφ，其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量，K為電動機結構參數(shù)?？梢钥闯?，轉速和U、I有關，并且可控量只有這兩個，我們可以通過調節(jié)這兩個量來改變轉速。我們知道，I可以通過改變電壓進行改變，而我們常提到的PWM控制也就是用來調節(jié)電壓波形的常用方法，這里我們也就是用PWM控制來進行電機轉速調節(jié)的。通過單片機輸出一定頻率的方波，方波的占空比大小絕對平均電壓的大小，也決定了電機的轉速大小。

從以上公式可知直流電動機調速方法有三個：（P181）1.改變供電電壓達到調速目的；2.在轉子電路中串入可調電阻達到調速目的；3.改變定子磁通達到調速的目的。第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日直流電梯拖動系統(tǒng)調速方式有兩種，可控硅供電系統(tǒng)和可控硅勵磁系統(tǒng)。

一、可控硅供電系統(tǒng)

該供電系統(tǒng)一般用在無齒輪的高速電梯中，如圖4—3所示。三相變壓器BO對電網(wǎng)起電隔離作用，同時給可控硅整流裝置SCR1與SCR2供電。SCR1為正組可控整流裝置，SCR2為反組可控整流裝置，兩組可控硅反并聯(lián)。電梯向上運行時正向組工作，反向組處在逆變狀態(tài)。電梯向下運行時，反—向組工作，正向組處在待逆變狀態(tài)，1L、2L電抗器，M直流電動機轉子。

圖4—3主電路第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日二、可控硅勵磁系統(tǒng)

在直流快速電梯調速中已得到廣泛采用。主要是利用SCR整流橋調節(jié)直流發(fā)電機磁場電流的大小以改變發(fā)電機的轉子輸出電壓Ua，控制直流電動機的轉速，達到調速的目的。1．三相可控硅勵磁系統(tǒng)主電路如圖4—4所示，由6只SCR組成三相半波零式整流線路。電抗器1L與2L是均衡電抗器為限制環(huán)流。OFT是發(fā)電機勵磁磁場線圈，G發(fā)電機轉子、M電動機轉子、BO是△／Y接法的三相變壓器。

圖4—4三相勵磁電路第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日圖4—5是發(fā)電機電動機系統(tǒng)傳動示意圖。直流發(fā)電機G，由三相交流原動機M驅動。發(fā)電機磁場繞組OFT由三相或單相可控硅SCR整流裝置勵磁。測速發(fā)電機TG與直流電動機M同軸，測速發(fā)電機發(fā)出的電壓與電動機M的轉速成正比。電動機的它激磁場繞組OM由另一直流電源供電，電阻R用以調整勵磁電流。在方框圖4—6中。給定部分由直流穩(wěn)壓電源及由方向繼電器JSY，JXY及快車繼電器JQF，檢修繼電器JLF組成電壓分配器。給一次積分器輸入一個可以反向的節(jié)躍電壓。在一次積分電路中為了加快積分時間，提高速度曲線的線性度，還采用高壓附加電源。為了使速度曲線比較理想化在二次積分電路的輸入中附加了二極管轉換電路及100H的電抗圖4—5直流傳動示意圖器，以便得到起始拋物線，提高電梯啟動舒適感。二次積分后得到一個完整的以時間為原則的電梯運行速度曲線。其輸出給速度調節(jié)器，對電梯速度進行調節(jié)。速度調節(jié)器由比例放大器及比例積分環(huán)節(jié)組成。第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日圖4—6三相勵磁系統(tǒng)方框圖測速發(fā)電機由電動機帶動發(fā)電，得到一個與電梯速度成正比的電壓信號，其極性與給定電壓相反。在調節(jié)器輸入端給定電壓與測速發(fā)電機電壓串聯(lián)比較得到一個速度差信號，加到比例積分調節(jié)器中進行放大，調節(jié)器的輸出電壓施加到兩套觸發(fā)器，使正向及反向脈沖觸發(fā)器同時得到兩個大小相等、符號相反的控制信號，使兩組觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖同時向兩個相反的方向位移，用來控制可控硅整流器輸出電壓的大小和極性。第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日如果電梯控制電路定為上方向JSY↑，JQF↑給定為(+)電壓，與測速機比較后給調節(jié)器一個正輸入，其有一個負輸出，使正向脈沖前移，其對應的1·3·5SCR處在整流輸出狀態(tài)。與此同時反向組脈沖后移，其對應的2·4·6SCR處在待逆變狀態(tài)。整流組給發(fā)電機定子繞組一個I+方向的勵磁電流電梯向上運行，反之電梯向下運行。在系統(tǒng)中的電壓軟反饋環(huán)節(jié)由電感L及電阻R組成。取電阻R的電壓作為反饋信號，電感L把發(fā)電機電壓的高次諧波濾掉，電阻R的電壓經(jīng)RC微分后加到調節(jié)器的輸入端，此電路在電梯開始啟動和制動中起穩(wěn)定作用。2．單相可控硅勵磁系統(tǒng)三相可控硅勵磁系統(tǒng)，電路復雜成本高，為此采用單相可控硅勵磁系統(tǒng)也能滿足快速電梯的要求。在方框圖4—7中可以看出，調節(jié)器是單向輸出，用一個單結晶體管脈沖發(fā)生器可以同時觸發(fā)兩個可控硅。該系統(tǒng)是不可逆的。只有通過方向繼電器JSY，JXY改變勵磁電流方向控制電梯的上行與下行。積分器、轉換電路與三相勵磁系統(tǒng)相同。圖4—7單相勵磁系統(tǒng)方框圖第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日3．調節(jié)放大器的工作原理因為電力拖動系統(tǒng)中對速度的調節(jié)都采用比例積分調節(jié)器，在電梯拖動系統(tǒng)中無論交流調速還是直流調速都采用速度調節(jié)器，在這里簡述其工作原理和在系統(tǒng)中的作用。

圖4—8PI調節(jié)器第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日

在電梯拖動系統(tǒng)中，電梯負載的變化，電動機勵磁電壓的波動，都可以維持電動機恒速。從而使系統(tǒng)具有機械特性硬，調速范圍大，電梯舒適感好，平層精度高的優(yōu)點。4．可控硅勵磁系統(tǒng)的速度曲線三相勵磁系統(tǒng)速度曲線：圖4—9a曲線1是一次積分電容1C的自然充電特性。曲線2是帶有附加電源VF的充電特性。圖4—9b是在二次積分電容2C充電電路中串有100H電感及電阻只的充電特性。圖4—9c當快車繼電器JQF↑時，積分電路有一個節(jié)躍電壓VG為高速給定電壓。當JQF↓時有一低速給定電壓VD。由于電容1C、2C、電感L的作用，在圖4—9d的輸出電壓Usc的輸出波形是圖4—9c的速度曲線。電容器1C及2C的作用是形成圓角2和4，電感L的作用是形成圓角1和3。從曲線K點發(fā)停車信號由機械抱閘制動形成K斜線。

第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日圖4—9給定積分電路第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日電梯的啟動是依時間為原則，當JQF↓在F點開始換速停車也是時間原則。以時間為原則減速的電梯控制系統(tǒng)，乘梯舒適感不易保證。低速爬行平層時間長，電梯效率低，平層精度差的缺點。在單相勵磁系統(tǒng)中，電梯在平層停車前，為了保證平層準確度，增加了平快給定，如圖4—10所示。

圖4—10真實的速度曲線

第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日第二節(jié)交流電梯拖動系統(tǒng)交流電拖動系統(tǒng)：以交流電動機為原動機的電力拖動系統(tǒng)稱為交流電力拖動系統(tǒng)。電力拖動系統(tǒng)在電梯使用上的要求：電梯的運作基本就是靠電力拖動控制系統(tǒng)。尤其是乘客電梯在垂直升降運行過程中，其運行區(qū)間較短，經(jīng)常要頻繁地進行啟動和制動，處于過渡過程運行狀態(tài)。因此，曳引電動機的工作方式屬于斷續(xù)周期性工作制。此外，乘客電梯的負載經(jīng)常在空載與滿載之間隨機變化?？紤]到乘坐乘客電梯的舒適性，需要限制最大運行加速度和加速度變化率?？傊丝碗娞莸倪\行對電力拖動系統(tǒng)提出了特殊要求。

電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展：自19世紀直流電動機拖動和交流電動機拖動問世，直至20世紀前半葉，凡是對調速性能要求較高的乘客電梯，都采用直流電動機拖動。僅在對調速性能要求不高的場合，才采用單速或雙速交流電動機拖動。

直流電動機拖動系統(tǒng)具有調速范圍寬、可連續(xù)平穩(wěn)地調速以及控制方便、靈活、快捷、準確等優(yōu)點。然而，早期的直流電動機拖動系統(tǒng)往往是直流發(fā)電機一電動機組調速系統(tǒng)，其體積、重量、能耗和噪聲都很大。盡管后來用晶閘管可控整流器取代了直流發(fā)電機，可是直第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日流電動機結構較復雜、價格較貴、可靠性差、維護較為困難。

到了80年代，由于電力電子技術及電力電子器件的不斷發(fā)展和完善，相繼出現(xiàn)了交流調壓調速系統(tǒng)和交流變壓變頻調速系統(tǒng)，使交流調速系統(tǒng)的性能得到明顯改善;而交流感應電動機的結構簡單、運行可靠、價格便宜。因此，高性能的交流調速系統(tǒng)得到越來越廣泛的應用，而且顯示出了用可調速的交流電動機拖動取代直流電動機拖動的趨勢。目前，除了少數(shù)大容量乘客電梯仍然采用直流電動機拖動系統(tǒng)以外，幾乎都采用交流電動機拖動系統(tǒng)。

交流感應電動機具有結構簡單便于維護的優(yōu)點。供電電源可以直接取之電網(wǎng)。因此被廣泛用于在各個領域。（P189）電梯在運行中，速度變化很大，高、低速度與電動機的轉速有直接的關系。從電機學可知交流電動機的轉速公式：式中，n—電動機的轉數(shù)，s—轉差率，f—電網(wǎng)頻率，p—磁極對效。當s＝1時可以得到電動機的同步轉速。從公式分析，改變交流電動機的轉速有兩個方法，改變極對數(shù)P和電動機供電電源的頻率，在電機發(fā)熱允許的條件下，在附加繞組中加直流電壓產(chǎn)生能耗制動調速。)1(60spfn=＝－第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日一、改變磁極對數(shù)

以6極24極為例，1000／250r／min，本質上是兩臺電動機的定子線圈共用同一個轉子。由圖3—15可知該電動機是單繞組，每一個極相組的線圈都有一個抽頭即D4，D5，D6。在24極運行時D1，D2，D3端子接電源。在6極運行時把端子D1，D2，D3用接觸器CKF短接在一起，D4、D5、D6端子接電源，形成雙星形接線。1．電梯啟動運行(圖3—16，3—17)設電梯向上運行CS↑，CK↑，電機以轉矩Ma啟動運行，轉速上升，JQS延時，轉速升到b點JQS釋放，如圖4—11所示，CKF↑短路電阻RQ，電機從自然特性曲線1過渡到特性曲線2的C點，因為電動機的轉速不能躍變，轉矩Mc>MH，這時從自然特性曲線2的C點轉速繼續(xù)上升到d點，電梯在M11負載轉矩曲線2的d點高速穩(wěn)定運行。電磁力矩等于負載力矩Mc＝MH。圖4—11啟制動過程曲線第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日當電梯運行到欲往層站發(fā)出換速信號時，電機從快速繞組切換成慢速繞組，接觸器CK↓CKY↓CM↑。因為電梯系統(tǒng)轉動慣性的存在，電機的轉數(shù)不可能迅速下降。這時慢速繞組產(chǎn)生的是負轉矩，從24極繞組的自然特性曲線3的e點開始降速到f點，延時繼電器JXS↓，ICMY↑切掉，電阻Rz的一段。從曲線3到曲線4的g點。電機從曲線4的g點開始，由于負轉矩的存在，電機轉速延曲線4下降到A點。當JCS延時釋放時2CMY↑又切掉一段電阻Rz，電機從曲線4到曲線5的i點。當延時繼電器JYS延時釋放時，電機從曲線5的j點到曲線6的K點。這時電機24極繞組中串聯(lián)的電阻Rz全部切除。電機轉速曲線6繼續(xù)下降到24極L點穩(wěn)定運行，直到控制系統(tǒng)發(fā)出平層停車信號CM↓，CS↓電梯停止運行。2．交流雙速電梯拖動系統(tǒng)的速度曲線電梯在啟動時，一級切電阻RQ。在制動時首先是切換繞組，由6極改為24極，切換時間間隔是三個接觸器的動作時間，這時電梯靠慣性行駛，電機轉速接近同步轉速，當慢速繞組接入后24極繞組希望轉子的轉數(shù)立即變?yōu)?50r／min，由于系統(tǒng)的轉動慣性非常大，沖擊電流大，是作不到的?？傊倮@組對快速轉子產(chǎn)生一個電磁制動力矩。采用在慢速繞組中串入電阻并逐級切除電阻獲得電梯逐步減速最后停車。在電梯啟動和制動停車過程中都是有級的，完全依靠系統(tǒng)的慣性使臺階變的稍加平滑，這種電梯舒適感差。速度曲線如圖4—12所示。

第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日圖4—12切換電阻時序圖二、交流調壓調速拖動系統(tǒng)

調壓調速電動機是一種特殊電機，要求啟動轉矩大，啟動電流要小，一般啟動轉矩是額定轉矩的2～3倍，啟動電流是額定電流的2～2．5倍。從電機學得知電動機的電磁力矩與定子電壓的關系式為：式中：m1——電機定子繞組相數(shù)

ω0——轉子同步機械角速度U1——加在定子繞組上的電壓第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日

S——電機轉差率

ｒ1——定子繞組的電阻

ｒ2——折算到定子邊的電阻X1——定子繞組的漏抗X2——折算到定子邊的轉子漏抗當定子與轉子參數(shù)一定時，在轉差率S—定時，電動機的電磁轉矩M與加在電動機定子繞組上的電壓U1的平方成正比。即：M∝。由于電機設計時在額定電壓下磁路已接近飽和，所以定子電壓不易升高，只有在額定電壓以下來調節(jié)對應于輸出轉矩下的電動機轉速。圖4—13是在定子電壓變化時按照M∝U2的公式計算繪制的M—S曲線。從曲線看出，在額定負載下，定子電壓從UH降低到0．8UH時，曲線與負載轉矩的交點是A和B及C點。A點與B點之間轉速差是An，而C點與A點的轉速差很大，但C點是在臨介轉矩MLi以下，電機工作不穩(wěn)定。由于電壓U1變化，同步轉速n0臨介轉差率SLi不能變。但最臨介轉矩MLj及起始轉速MQ卻隨U1變化。從工作點C來看當U1波第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日動△U1時，轉速耀變化非常大。因而在開環(huán)情況下，用改變U1降壓調速范圍是很小的。電壓U1越低，機械特性越軟。

圖4—13不同電壓時的電機自然特性因為電梯由高速運行到低速平層，電機轉速變化很大，我們希望在C點能夠穩(wěn)定運行，滿足電梯在啟動、制動、慢速爬行平層的全過程中電機轉速平滑調節(jié)。所以在交流調壓調速系統(tǒng)中必須加入速度負反饋進行閉環(huán)控制。圖4—14中，1是速度給定發(fā)生器。2是反應運行速度的測速發(fā)電機，它與電動機同軸聯(lián)接，其信號極性與1相反。3是給定1與測速發(fā)電機2的比較電路，其輸出是比較的結果，送到控制輸出電壓大小的第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日脈沖發(fā)生器4，5是可控硅調速裝置。該系統(tǒng)的控制過程：電動機穩(wěn)定運行時，1與2的差值為“0”，3的輸出信號為恒定值。給定1不變，電機DY穩(wěn)定運行。如果負載轉矩變大，電機轉數(shù)相應下降，2的輸出下降，1與2比較為正值時4使5輸出增加，電壓提高，DY轉速升高圖4—14方框圖，測速發(fā)電機2轉速也升高，1與2比較值減小，經(jīng)反復調節(jié)當電機DY轉速重新恢復到穩(wěn)定值時，1與2的差值為“0”。當負載轉矩減小時，在給定電壓1不變的情況下，DY轉速變快比較后差值為負，經(jīng)調節(jié)后維持電機轉速不變。電梯的拖動調速系統(tǒng)要求恒轉矩調速，因為電梯是恒轉矩負載?，F(xiàn)以雙速電動機4極繞組為電動組，圖4—17，16極繞組為制動組圖4—16。4極繞組中每相都串聯(lián)兩個反并聯(lián)的可控硅即SCR1～6。16極中串有單相半控橋式整流電路，其中有兩只可控硅SCR7，SCR8，結合圖4—15分析電梯滿載上與下的起動加速，高速運行、制動減速、低速平層的工作過程。

第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日圖4—15制動過渡過程圖4—16制動電路

滿載上行時，電梯轎廂比平衡器側重。在電梯啟動瞬間，制動器剛打開，電梯企圖向下溜車，因為電梯還沒有啟動，電動機轉速是零。為了不溜車，制動阻繞組起作用產(chǎn)生電磁制動力矩。圖4—17啟動電路第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日電梯開始啟動并加速時，制動繞組失電，電動繞組起作用。在n＝0時負載力矩MH小于MB電磁力矩，電機正轉電梯開始啟動向上運行，沿曲線2上升到點C，由于給定電壓逐步升高，4極繞組電壓升高電磁力矩逐漸加大，沿曲線點C→D→E→F→G變化最后穩(wěn)定在G點，給定電壓不升高為止。4極繞組產(chǎn)生的電磁力矩等于負載力矩MH電梯高速穩(wěn)定運行在G點。當電梯開始制動減速時給定電壓下降，電動繞組和制動繞組同時得電，交替工作。剛開始減速時制動繞組在P點產(chǎn)生的制動力矩再加上負載力矩大于電動繞組產(chǎn)生的電磁力矩，電機從G點開始減速給定電壓逐步下降，隨著電機轉速下降，電動與制動繞組的電壓也隨給定電壓逐步下降，經(jīng)過電動機在Ⅰ與Ⅱ象限不斷的變化電動與制動的工作狀態(tài)交替變化。當給定電壓不再下降時，電機的電磁力矩等于負載力矩，電機穩(wěn)定運行在A點，制動繞組失電，電梯進入低速平層狀態(tài)。在制動停車時，電動繞組失電，制動繞組得電，電機從Ⅰ象限到Ⅱ象限的A′進行能耗制動最后停車，電機轉速為零。滿載下行時，負載力矩變成了電動力矩，在電梯剛啟動時，制動繞組起作用，以防電梯溜車，在加速過程中，電動繞組起作用，制動組失電，這時使電機加速的力矩是小的電磁力矩加上負載力矩，使電梯按著給定曲線向下加速。在高速運行過程中電動與制動繞同時得電交替工作。在減速過程中電動繞組失電，制動繞組得電，制動力矩強迫減速。按給定電壓進入到平層狀態(tài)。在停車時電動繞組失電，制動繞組得電，加強制動，電梯停止運行。

第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日1．交流調壓調速系統(tǒng)方框圖為了獲得較硬的機械特性，擴大系統(tǒng)的調速范圍，采用速度負反饋組成單閉環(huán)調整系統(tǒng)。測速發(fā)電機同軸聯(lián)接，當電動機轉動時，測速發(fā)電機的輸出電壓Uf直接反映電動機的轉速變化，與系統(tǒng)中給定電壓UG組成比較電路，圖4—19所示比較后的差值電壓△U送到PI調節(jié)器，其輸出電壓Uk，控制電動單元與制動單元的觸發(fā)器，使脈沖位移，控制可控硅的開放角改變電動機的轉速和工作狀態(tài)。

圖4—18高、中速給定曲線在自控系統(tǒng)中UG不等于Uf，總是產(chǎn)生一個差值△U。其近似為零但不等于零，以此調節(jié)電機轉速，使電梯穩(wěn)速運行。第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日給定電路中間繼電器JGS，JZS，JDS給出UG、UZ，UD三種不同電壓值并與速度曲線對應，如圖4—19所示，在給定速度圖中還標出了三個繼電器的吸合時間。在電梯運行過程中，始終有控制電壓△U的存在，使電梯速度變化嚴格遵循給定速度曲線。電動機的電動狀態(tài)和制動狀態(tài)交替工作。在電動狀態(tài)，P1調節(jié)器的輸出為+Uk，電動組觸發(fā)器工作，三相交流電壓逐步升高，電動機轉速逐步加快。經(jīng)反向器A反向后Uk為負，封鎖制動組觸發(fā)器，制動組不工作。在制動狀態(tài)PI調節(jié)器的輸出負Uk，經(jīng)A反向后為正Uk，制動組觸發(fā)器工作，電動機處于制動狀態(tài)轉速變慢，負Uk封銷電動組觸發(fā)器。

圖4—19調壓調速方框圖

第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日利用方框圖4—19進一步說明調節(jié)系統(tǒng)的工作過程。電梯滿載向上開始啟動時，UG電壓加入并逐步升高，由于系統(tǒng)中的慣性及負載力矩的作用，電機DY還沒有啟動。測速發(fā)電機Uf＝0，△U=UG為正值，由于UG升高，電動組觸發(fā)器有脈沖輸出，向左移。三相反并聯(lián)可控硅有輸出電壓，電動機DY快速繞組有電流并產(chǎn)生電動力矩，當該力矩大于負載力矩時，電動機開始啟動。反饋電壓Uf開始有輸出，UG隨著啟動時間增加而增加，在啟動過程中UG始終大于Uf?！鱑為正。當UG≌Uf時，Uk不再增加，快速繞組的電壓不再升高，電機啟動完畢。這時P1調節(jié)器通過觸發(fā)器自動調節(jié)三相可控硅的輸出電壓，使電機穩(wěn)定在快速運行狀態(tài)。當電梯減速時，UG減小而Uf由于系統(tǒng)慣性還沒有來得及減小，這時Uf＞UG并處在領先地位，Uk為負，電動組觸發(fā)器被封鎖，三相可控硅輸出為零，電動力矩為零。電梯靠慣性行駛，經(jīng)反向的Uk為正，制動組觸發(fā)器工作脈沖向左移，單相半控橋有輸出，產(chǎn)生制動力矩，電動機處在能耗制動狀態(tài)。電動機DY轉速下降，Uf的變化一直大于UG的變化。直到UG不再下降為止。當UG下降到低速給定值時，電動組觸發(fā)器又開始工作，制動組觸發(fā)器封鎖，電梯低速穩(wěn)定運行。電梯進入平層區(qū)時，制動組工作電機能耗制動，直到DY轉速為零，屯梯停止運行。電梯滿載下降時，在啟動過程中，負載力矩幫助電梯啟動，電機就轉入制動狀態(tài)，這時制動力矩與負載反拖力矩平衡。電梯在換速時，需要更大的制動力矩電機DY才能減速。在低速穩(wěn)定運行時，制動組工作，制動力矩與反拖力矩平衡。電梯平層時制動力矩加大電機轉速為零電梯停止運行。第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日

2．速度曲線發(fā)生器電梯運行的全過程由速度曲線發(fā)生器控制，對電梯的啟動、制動、平層停車的舒適感有直接關系。理想的速度曲線如圖4—20所示，o—a，b—c，d—e，f—g是拋物線。a—b，e—f是直線。在電梯拖動系統(tǒng)實現(xiàn)f—g段的直接?？渴怯须y度的，一般都是盡量使曲線的f—h縮短即平層爬行時間短，提高電梯的利用率。

圖4-20速度曲線為了保證電梯的使用效率，電梯在啟動加速時采用以時間原則的啟動曲線即V＝f(t)的曲線。在降速和平層時采用距原則V＝f(s)的曲線。即保證了電梯降速過程的舒適感又保證了平層準確度。第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日下面介紹一種利用運算放大器實現(xiàn)以時間為原則的模擬電路，如圖4—21所示。

圖4—21給定電路電路的組成：有五個部分組成，以三極管IBG01，IBG02為主的電子開頭電路。以運算放大器為主的微分電路。以運算放大器IB041，IBG42為主的減速及加速比較電路。以運算放大器IBG31為主的反向加法電路。以運算放大器IBG51，IB061為主的積分電路和濾波電路。第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日電路的工作原理：輸入端子，1．12JDS低速、1．13JZS中速、1．14JGS高速、1．02是負偏壓，此電壓在電梯啟動時接入，在電梯停車后斷開。輸出端子1．01。在電梯開始啟動時t0時刻，如是高速運行，JGS↑。JDS↑，給端于1．14，1．12提供正陛躍給定電壓UG，同時由外電路提供負偏壓UF。電子開關1BG02由1．12端子經(jīng)1D01二極管，1R09電阻提供集電極電壓，由1．14端子，1R07電阻提供基極電壓則三極管1BG02導通。把由電阻1R10，電位器1W11，電阻1R33提供的低速給定電壓短路。電子開關1BG01由電阻1R03提供正基極電壓，也處于導通狀態(tài)，把由電位器1W05，電阻1R06，1R32提供的中速給定短路。由電位器1W01及電阻IR31取出的高速正電壓低消掉由。電位器1W36及電阻1R34取小的制動電流負電壓后，輸入到反向器1BG31，反相后把負電壓經(jīng)1R41輸送到減速比較器1BG41，其輸出正陛躍電壓經(jīng)電阻1R45被二極1D51短路。同時1BG31的負輸出經(jīng)電阻1R42輸送到加速比較器1BG42，其輸出負陛躍電壓。由端子1．12和1．14提供的正陛躍電壓經(jīng)電容1C21，1C23，1C22及電阻1R22，1R23的微分電路進行微分合成后，進行疊加經(jīng)電位器1W54、電阻1R53形成回路，并由電阻1R56取出作為1BG51的輸入。所以在時間t0～t1的時間內1BG51的輸出是速度曲線的起始段拋物線。在t1～t8時間內沒有微分作用，1BG51的輸入是一個恒定電壓，由于電容的積分作用其輸出是一條斜線。在t2～t3的時間內，積分器1BG51的輸出幾乎于1BG51的輸出相等，比較器1BG42的輸出緩慢變第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日低，1BG51的積分作用很小，得到速度曲線的第二段拋物線。在t3～t4時間內電容器1C51充電結束，1BG42的輸入處在平衡狀態(tài)，其輸出近似為零。1BG51輸出達到最大值，并保持這一最大值，所以速度曲線呈現(xiàn)水平狀態(tài)。當電梯開始換速時，高速繼電器JGS在t4時間釋放，電子開關1BG02截止，由電位器1W11及電阻1R33取出一個低速電壓輸入到1BG31，其輸入電壓為一正跳變輸入給比較器BG41，BG42。比較器lBG42輸出為負同時被二極管1D52短路。由于1BG02裁止在1BG21的輸出微分一個正脈沖，并與減速比較器的負跳變相疊加，由電位器1W51經(jīng)電阻1R55取出作為積分器1BG51的輸入。在t4～t5的時間內得到第三段拋物線。在t5～t8時間內微分作用消失，比較器的輸出一個恒定電壓，由于電容器1C51的放電作用1BG51輸出為斜線。在t6～t7時間內，電容器1C51放電緩慢，1BG41的輸入幾乎相等，其同輸出緩慢下降，得到了速度曲線的第四段拋物線。在t7～t6時間內1BG41的輸入出現(xiàn)平衡，速度曲線呈現(xiàn)水平狀態(tài)。在t8～t9時刻發(fā)出平層停梯信號，JDS釋放，低速電壓為零，在1BG31的輸入端又出現(xiàn)負跳變，1BG31輸出正跳變，速度曲線下降過程同t4～t5相似。此時給定電壓由正變?yōu)樨?。并等于制動電?W36取出的負電壓，在t9～t10時間內電梯制動停車。而后由外電路切除負偏壓。在電路中1BG61是低通濾波器，通過電容1C61與1C62的充放電作用，可使速度曲線的拋物線段更加圓滑，1BG61起反向作用，在1．01輸出端得到正的給定速度曲線，如圖4—22所示。第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日三、交流變頻調速拖動系統(tǒng)

變頻變壓調速就是改變交流電動機供電電源的頻率和電壓來調節(jié)電動機的同步轉速。系統(tǒng)具有調速范圍寬、特性硬、節(jié)能等優(yōu)點。（P202）從電機學可知，電動機的同步轉速是：

前面已講過，從公式可知f1與n成正比，如果均勻地連續(xù)改變電動機定子供電電源的頻率f1就可以連續(xù)調節(jié)電動機的同步轉速n，電動機定子感應電動勢。圖4－22速度曲線的形成)1(601Spfn-=?mkfEω111144.4=第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日如果忽略電動機定子繞組中的阻抗壓降則定子繞組的供電電壓近似等于定子的感應電動勢。

如公式中U1不變，若改變f1并使其增加時，定子磁場必須降低。從電動機電磁力矩公式得知。因為電梯是恒轉矩負載，當電梯負載不變時，電磁力矩M不能變，但f1的增加或減少導致向相反方向增減，由于的變化使轉子電流變化，導致電動機的效率降低或最大轉矩MK的變化。因此在調頻調速的同時也必須改變電動機定子繞組施加的電壓U1。在U1=E1公式中近似得到

＝常數(shù)的比例控制方式?mkfEUω1111144.4=='2'2cos??ICMmm×=

mCfU?111=第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日從上式中我們可得到臨介最大轉矩為：在低頻時，定子繞組的r1，x1及轉子的X2，將不可忽略，式中(L1+L2′)將上升，隨著f1的降低Mk也將減小，為了保證Mk不變必須適當?shù)奶岣叨ㄗ永@組的供電電壓U1。這樣我們可以得到一簇理想的電動機機械特性即n＝f(M)的曲線，如圖4—23所示。從圖中看出它們是一簇平行的曲線。

所以說在改變f1時要保證MK不變，調頻必須調整U1才能在調壓過程中轉矩圖4－23電機特性曲線恒定。'21211'211211)(481.93)(2281.93LLfUpXXfUpMk＋×＋′×=＝л第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日1．交—交變頻器和交—直—交變頻器兩種變頻器的框圖與主電路原理圖如下：(1)交—交變頻器交—交變頻器具有兩組反并聯(lián)的變流器P組與N組組成。如圖4—24所示，由電子開關按一定的頻率使尸組與N組輪流向負載電阻R供電，負載R就可以得到按一定頻率變化的電壓Uc。而電子開關由電源頻率來控制，Uc的輸出波形是由電源變流后得到的，所以輸出頻率不可能高于電網(wǎng)頻率，也只能在電網(wǎng)頻率以下進行調節(jié)。

圖4—24交—交變頻調速原理圖第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日(2)交一直一交變頻器該變頻器工作原理是先把三相交流電源進行整流，得到幅值可變的直流電壓Ud，然后經(jīng)電子開關1．3和2．4輪流切換導通，在負載電阻R上得到幅值和頻率變化的交流輸出電壓Uc，如圖4—25所示。所以變頻器的頻率變化不受電網(wǎng)頻率的限制。其電壓幅度由整流器的可控硅控制。

圖4—25交—直—交變頻調速簡圖

第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日在圖4—26、圖4—27交直交電壓源變頻器中，在直流側并聯(lián)大電容以緩沖無功功率，從直流側看進去電流具有低阻抗，因此輸出電壓波形接近矩形波。在電路中設有二極管D1～D4，為滯后的負載電流iL。提供反饋到電源的通路所必須的。圖4—26電壓流型交直交電路圖4—27電流流型交直交電路

在換流后iL還未來得及改變方向時，由二極管D2、D3將無功電流反饋到電網(wǎng)。即可控硅D5、D8決定iL方向當開始換流時由可控硅D6、D7決定iL方向，此時反因有電感存在iL還沒有換向，由二極管D2、D3流過無功電流到電源。在電流源電路中，由于直流Id的方向是不變的，所以在可控硅回路中沒有二極管。(3)PWM控制器

第三十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日PWM變頻就是脈沖寬度調制變頻，基波稱調制波，如圖4—28中Udsinωt的正弦波。三角波是載波。

圖4—28波形圖圖4—29變頻調速簡圖電路結構如圖4—29所示，與電壓源型電路相似，只不過原來的SCR可控硅，采用了IGBT新型電子元件。如BG1～BG6是場效應三極管，D1～D6續(xù)流二極管，C濾波電容，D7～D6是整流二極管，DY是電動機。

第三十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日晶體管逆變器可以把直流電壓逆變成交流電壓。因為三極管BG是工作在開關狀態(tài)，所以其輸出電壓是方波。按傅立葉級數(shù)展開可以分解成基波及高次諧波，由于上述原因目前調速系統(tǒng)大多數(shù)采用PWM調制變頻?？刂凭€路按一定的規(guī)律控制BG1～BG6的開與關，從而在其輸出端獲得一組等幅不等寬的矩形波，如圖4—28中的+E1波形。近似等效于正弦波sinωt。為了獲得不等寬的方波，在載波與調制波的交點a及b…發(fā)出BG1～BG6開關元件的觸發(fā)脈沖，在正弦波的瞬時值大于三角波的瞬時值時控制逆變器BG1～BG6導通，反之當三角波的值大于正弦波時BG1～BG6截止。三角波與正弦波都加在BG1～BG6三極管的柵極。在逆變器的輸出端得到一組幅度值等于直流電壓正，寬度按正弦規(guī)律變化的一組矩形脈沖波，它等效于正弦曲線Sinωt。從圖中可以看出提高正弦波電壓的幅值就可以提高矩形波的寬度，從而提高輸出等效正弦波的幅值Um。改變整流電壓正的值可以改變輸出端矩形波的幅值。改變加在BG1～BG6柵極上調制波的頻率可以改變輸出電壓的頻率。對正弦波的負半周改變三角波的極性，提高三角波的頻率可以提高輸出等效正弦波的線性度。2．VVVF電梯拖動系統(tǒng)(1)速度及電流指令電路PG光電編碼器與電動機同軸聯(lián)接，直接反映電梯的實際運行速度，把速度信號送到速度控制及電流指令電路。由電梯運行速度曲線發(fā)生器產(chǎn)生給定速度信號送速度控制電路與第三十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日PG信號比較后，作為轉矩信號輸出，并和速度反饋信號共同決定電流信號的幅度和角度，然后輸出正弦波電流指令。經(jīng)D／A轉換作為電壓指令送入正弦波PWM控制電路。(2)PWM控制電路與柵極驅動電路來自D／A轉換的電流指令再和實際流向電動機的電流進行比較后給PWM控制電路。該信號輸送到柵極驅動電路，對PWM控制電路來的脈沖信號進行放大后，再送到逆變器的大功率效應晶體管使其導通。其輸出是按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖系列。該脈沖系列等效交流正弦波。給電動機DY提供電源。(3)整流電路與充電電路整流電路采用不可控三相橋式電路。輸出有大電容C，輸出直流電壓Usc=Ur。以防電梯啟動電流沖擊損壞整流元件，充電器是為了當重電路接通時事先給電容C充電。二極管D起隔離作用。(4)逆變電路的工作原理見圖4—30。D1～D6是不可控二極管，組成三相橋整流電路。及是放電電阻。ZD是制動單元。C濾波電容。BG1～BG6是大功率三極管IGBT。組成三相橋式可控逆變電路。D7～D12是續(xù)流二極管。DY是三相交流感應電動機。第三十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日

圖4—30交—直—交電路由BG1～BG6組成的三相逆變電路是電壓源型，其導通角120°。觸發(fā)脈沖間隔60°并依次輪流觸發(fā)BG1～BG6三極管。在120°導通角逆變器電路中，任何瞬間最多有兩個IGBT同時導通。一個是在其陽極橋臂一個是在其陰極橋臂。在同一個橋臂中的兩個IGBT之間不進行換流。DY負載是純電阻負載分析逆變器輸出逆變電壓波型的形成過程。第三十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日從圖4—31看出BG1的觸發(fā)脈沖從ωt＝0