第六章電梯電力拖動系統(tǒng)

1、電梯與自動扶梯技術(shù)檢驗第六章電梯電力拖動系統(tǒng)主講：王立忠時間：2013年10月13日2018/10/51| 一、拖動系統(tǒng)作用| 拖動系統(tǒng)就是給電梯提供源動力的系統(tǒng)。通俗講就是電梯電動機的控制。| 電梯的電力拖動系統(tǒng)對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行、制動減速起著控制作用。| 拖動系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響起、制動加速度、平層精度、乘坐舒適感。第一節(jié)02| 二、分類| 1.交流變極調(diào)速系統(tǒng)：第一節(jié)1采用雙速或多速電動機做動力，需要變速時改變電機極對數(shù)（類似于汽車換檔）， 使用接觸器直接控制電動機。起、制動時在回路中串接電阻或電抗器，限制電流改善運行沖擊?？刂葡到y(tǒng)簡單、造價低、舒適感較差，適用1m/s以下低速電梯

2、及貨梯。90年前是各電梯公司的主流產(chǎn)品！|3| 交流雙速電梯曳引機采用變極調(diào)速系統(tǒng)曳引機4| 二、分類| 1.交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)：采用雙速或帶有渦流制動器的電動機，高速繞組電動運行，低速繞組或渦流制動器直流制動，晶閘管閉環(huán)或半閉環(huán)控制、有較好運行舒適感；平層精度比高；優(yōu)于雙速電梯，適用于中速電梯。但能耗較大、電動機發(fā)熱較大，所以電動機配有溫度保護裝置。90年代后期的主流產(chǎn)品，隨著變頻技術(shù)的出現(xiàn)，屬于淘汰性產(chǎn)品。|第一節(jié)25| 調(diào)壓調(diào)速曳引機雙繞組或雙速設計，帶有強制風冷裝置曳引機6| 二、分類| 3.變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)：采用單速電動機作為動力，使用電力半導體元件供電，對供電電壓和頻率進行調(diào) 節(jié)，改

3、變電動機轉(zhuǎn)速（屬無極調(diào)速）。調(diào)速性能達到直流電機的水平，運行舒適感好；平層精度高；可提供能量反饋裝置； 節(jié)能環(huán)保；是發(fā)展的必然。隨著變頻器的大量應用，造價逐漸降低。缺點造價高、系統(tǒng)復雜。|第一節(jié)37頻調(diào)速曳引機組設計，內(nèi)渦輪風機冷卻。8| 三類驅(qū)動主機比較圖曳引機對比9| 二、分類| 3.直流拖動系統(tǒng)：采用交流電動機拖動直流發(fā)電機，控制發(fā)電機勵磁大小，改變發(fā)電機輸出電壓，提供給直流電機動力?；蛑苯涌刂凭чl管整流對直流電機進行供電。一般用于高速電梯，運行舒適感好；平層精度高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，將被變頻控制取代。主要缺點：使用發(fā)電機系統(tǒng)，體積大、能源使用率低、噪聲大需經(jīng)常維護。|第一節(jié)410|

4、三、特點| 1.電梯的負載情況：第一節(jié)5電梯負載隨載重量而變化，運轉(zhuǎn)方向隨控制需要而改變，對重與轎廂存在重量差 別，在不同條件下，電動機處于電動或制動狀態(tài)且有可控的輸出轉(zhuǎn)距，在任何情況下都要有良好機械控制性能。|11| 三、特點| 2.運行速度與控制：一般起重機械運行速度在0.1m/s-0.4m/s之間.電梯運行速度關系到電梯運行效率，又要保證良好運行舒適感，因此要求速度調(diào)節(jié)范圍大；速度過渡平滑；加、減速度可控制。目前運行速度最高的電梯是迪拜塔，運行速度達到17.5m/s，其次是臺北101大廈，速度達16.8m/s。|第一節(jié)612T0 電梯啟動加速；F0電梯勻加速； T1 勻加速到穩(wěn)速運行；T

5、2穩(wěn)速運行到勻減速；F1勻減速運行；T3勻減速到停止。|電梯理想運行曲線13三、特點3.控制精度：電梯對控制精度要求較高。根據(jù)國標，雙速電梯允許平層誤差在15mm，調(diào)速電梯允許平層誤差5mm。在負載情況經(jīng)常發(fā)生改變的情況下，要達到這種精度需要拖動系統(tǒng)強有力支持。因此電梯拖動要求精度較高。|第一節(jié)7|14| 新技術(shù)及其應用1. 永磁同步電機同步電機不是新技術(shù)，高強永磁體技術(shù)的發(fā)展帶動了電機的革命。永磁同步電機在電梯上的應用就是代表，主要特點為：輸出力矩大，多采用無齒輪形式，機械結(jié)構(gòu)簡單，可做到免維護運行；無減速箱，傳動效率高，省去了加油、換油的麻煩；速度調(diào)節(jié)范圍廣且在高速和低速狀態(tài)下都具有良好的

6、性能；各方面性能指標都接近直流電動機的水平，使用變頻器控制，并配備高精度旋編，調(diào)速比在1000:1以上，控制精度非常高，非常適合在電梯上應用。應用時間較短，技術(shù)仍需要改進和完善。|第一節(jié)補充|15| 永磁同步曳引機圖片永磁曳引機16| 新技術(shù)及其應用| 2. 能量反饋裝置| 電梯在制動段電動機處于發(fā)電狀態(tài)，通過能量反饋裝置，可將多余能量回饋回電網(wǎng)，在低壓回路中被其他用電器使用，提高能源利用 率。符合現(xiàn)代綠色環(huán)保的時代要 求?，F(xiàn)在越來越多用戶要求配備能量反饋裝置，應用到電梯設備中。第一節(jié)補充17根據(jù)國標9.10.4上行超速保護裝置應作用到轎廂、對重、鋼絲繩、曳引輪。原理：同步主機既是電動機也是發(fā)

7、電機， 通電時產(chǎn)生機械能，不通電有機械能時， 向外發(fā)電，當電梯不運行時，控制系統(tǒng)短接電機進線，當電動機非正常運轉(zhuǎn)時，所發(fā)出的電力被短路，能量消耗在電機繞組的內(nèi)阻里；另外同步曳引機的曳引輪與電動機同軸，可以看做上行超速保護裝置作用在曳引輪上！試驗：在轎廂空載時，強制打開制動器， 電梯的向上運行速度會被控制在0.2m/s以下。檢驗注意事項：短接電動機的接點，應當有足夠的負荷能力，接點容量不足，會造成保護時直接燒毀，使保護裝置失效！|關于同步無齒上行超速|(zhì)18| 新技術(shù)及其應用| 雙向逆變變頻器第一節(jié)雙向變頻技術(shù)這種變頻器采用兩組IGBT模塊，一組用于曳引機供電，跟常規(guī)變頻器相同，另一組則是在直流母

8、線電壓高于閥值時，向電源側(cè)反饋多余電能，這種變頻器沒有使用制動電阻，是區(qū)分非反饋變頻器的標志。市場上可見到產(chǎn)品有OTIS的Gen2；三菱GPM和凌云帶能量反饋的產(chǎn)品，通力電梯今年也推出了自己的帶有能量反饋的產(chǎn)品。|19| 供電與主機控制| 1. 供電電梯應使用獨立電源，由配電間到達電梯機房。電源的穩(wěn)定性高，波動范圍7%范圍內(nèi)。照明電源與動力電源分開。緊急情況下，使用后備電池進行緊急照明和通話。|第一節(jié)8|20供電與主機控制2. 主開關每臺電梯都應裝設一個能切斷該臺電梯電路的主開關，開關容量應稍大于所有電路的總?cè)萘浚⒕哂星袛嗾Ｇ闆r下最大電流的能力。開關具有穩(wěn)定的斷開和閉合位置。在斷開位置能鎖

9、住。各臺電梯必須有與曳引機、控制柜對應的明顯標識。不能切斷照明電路、通風、報警、插座， 相應開關應裝設在主開關附近。漏電保護開關不能應用在變頻調(diào)速電梯中，開關易發(fā)生錯誤動作。|第一節(jié)9|21| 簡易配電箱圖片簡易配電箱22| 供電與主機控制| 3. 井道布線使用符合標準線材，主回路滿足載流量和機械強度要求。安全回路、門鎖回路使用的導線截面積不得小于0.75mm2。護套線可直接明敷在井道壁上；敷于地面或使用其他線材應穿管或敷設在線槽中。填充面積少于60%。|第一節(jié)10|23| 供電與主機控制| 4. 隨行電纜隨行電纜安裝前應消除應力，防止打結(jié)和波浪扭曲，安裝位置不與其他電梯部件相干涉；（平層板、

10、限速器、行程開關）轎廂和對重完全壓縮緩沖器后，隨行電纜不應拖地或拉直；不運動部分應可靠進行固定?；剞D(zhuǎn)半徑大于電纜厚度（扁電纜）或直徑（圓電纜）的30倍（內(nèi)控標準） 。|第一節(jié)11|24| 供電與主機控制| 5. 轎頂、地坑布線使用符合國家標準的線材；轎廂加強筋內(nèi)不得布線；線路敷設應遵循美觀、同路的原則。維修時，易踩踏部位，不宜布線，必須布線時應穿管或使用線槽防護。|第一節(jié)12|25| 供電與主機控制| 6. 制動器及主機控制制動器在動力電源或控制電源失電時，應無延遲自動制動。切斷制動器的電流至少應有兩個獨立電氣裝置來實現(xiàn)。如其中一個主接點未打開，最遲到下一次運行方向改變時，能防止電梯再起動。制

11、動器線圈不得直接并聯(lián)續(xù)流裝置（二極管必須串聯(lián)電阻器）|第一節(jié)13|26| 供電與主機控制| 6. 制動器及主機控制由外電源直接供電的驅(qū)動主機，必須由兩個獨立的接觸器切斷電源使主機停止運行必須串聯(lián)在電源電路中，電梯停止時，若有一個接觸器的主觸點未打開，則最遲到下次運行方向改變時，必須防止電梯再運行。由靜態(tài)元件供電（變頻器、調(diào)速器）和控制時，采用兩個接觸器分別切斷供電電源和電機電流。|第一節(jié)14|27| 交流變極調(diào)速系統(tǒng)改變電機磁場極數(shù)達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的，屬于間歇式工作狀態(tài)。電機轉(zhuǎn)速=60電源頻率極對數(shù)電機結(jié)構(gòu)為雙繞組設計，分別設有高速繞組和低速繞組。正常運行采用高速繞組，電源通過方向接觸器，

12、快速接觸器，串接電抗器、電阻器作用到電動機，接近額定轉(zhuǎn)速時，短接起動元件，使電源直接作用電動機。電梯需要減速時，斷開高速繞組，接通低速繞組，串接電抗、電阻再生發(fā)電制動， 減速至接近低速額定速度時，短接起動元件，電源直接作用低速繞組，運行到平層位置時，所有接觸器斷電，制動器制動。|第二節(jié)1|28| 交流變極調(diào)速檢修操作時，只控制低速繞組工作，禁止高速繞組工作。一般情況下不允許慢車繞組長時間通電運行！電機起動時，無論高速還是低速，都需要起動元件串接在電路中，降低起動電流， 改善起動、減速時的沖擊，提高運行舒適感，降低對電網(wǎng)的影響。根據(jù)標準要求，上下行接觸器、快慢車接觸器應加有機械互鎖裝置，防止接觸

13、器同時吸合。看原理圖，如果出現(xiàn)上述情況， 相當于電梯電源直接短路！|第二節(jié)2|29交流電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)30| 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)基本原理：使用晶閘管控制電機起動電壓，使電梯穩(wěn)定加速，需要減速時采用能耗制動方式， 降低電機轉(zhuǎn)速。具有速度測量裝置，將電機轉(zhuǎn)速信號反饋到調(diào)速裝置。調(diào)速裝置內(nèi)部產(chǎn)生運行曲線，與反饋曲線進行比較， 依據(jù)差值運算，控制電機電動還是制動。測速裝置一般使用測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)編碼器或光電碼盤。應用測速發(fā)電機一般是模擬控制系統(tǒng)，采用運放作為主要元件。采用碼盤或旋編的一般為數(shù)字控制系統(tǒng)，采用微處理器作為中心元件。|第三節(jié)1|31| 1、簡易交流調(diào)速（半閉環(huán)）使用交流雙速電機，電梯快車起動

14、串接電抗器，需要減速時，起動直流能耗控制系統(tǒng)，將可控制直流電施加到電動機低速繞組，控制電機減速停止。系統(tǒng)通常配盤計數(shù)系統(tǒng)，從減速點到停止點有固定距離，考慮到負載變化，通常在電機軸上增加飛輪，進行儲能，同時電梯起動時飛輪可降低機械沖擊。檢修運行直接使用慢車繞組，控制電路與雙速電梯相同。|第三節(jié)2|32| 全閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)速度反饋裝置貫穿整個電機控制，由調(diào)速裝置精準控制電機運行。起動時，調(diào)速器依據(jù)內(nèi)部運行曲線給電動機輸出電壓，通過速度反饋信號，靠改變調(diào)速器輸出電壓使電動機起動，并按照內(nèi)部曲線運行。需要減速時，調(diào)速裝置向電動機低速繞組或渦流制動器內(nèi)接入可控直流電，使電機穩(wěn)定減速，按照內(nèi)部曲線運行，

15、如果減速度不夠，將加大直流電的強度；如果減速度太大就減小直流電的強度；甚至直接起動電動環(huán)節(jié)增加電機速度，直至能跟隨曲線運行?？傊?，在整個電機運行中，調(diào)速器始終監(jiān)控和調(diào)節(jié)電機的運轉(zhuǎn)，控制精度較高。|第三節(jié)333| 米高330調(diào)壓調(diào)速器外形調(diào)壓調(diào)速器圖片34| 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)| 3. 基本原理：交流電機速度變化與供電頻率有直接關系。通過均勻改變電動機供電頻率，就可均勻改變電機運轉(zhuǎn)速度，但電網(wǎng)供電頻率為固定值（50Hz），因此需要頻率變換裝置改變電動機供電頻率，這個裝置就是變頻器。80年代初，由日本三菱公司率先在電梯上應用，其優(yōu)異的性能；和顯著的節(jié)能效果；促成了變頻控制在電梯領域的廣泛應用。|第四

16、節(jié)1|35| 常用變頻器圖片變頻器實物照片36| 變頻器工作原理將供電進行三相整流，通過電容器進行濾波，在直流母線上獲得波形較好的直流 電。按照三相電的供電原則，控制電力半導體元件有序的導通和關斷，在輸出側(cè)得到頻率經(jīng)過改變的電壓和電流，供給電動機電力。電動機跟隨頻率的變化，改變運轉(zhuǎn)速度，拖動電梯的運行。電力半導體控制采用脈寬調(diào)制（PWM） 技術(shù)，使其在開關狀態(tài)工作，可以降低電能在半導體元件上的損耗，同時可以選用功率較小的半導體元件。|第四節(jié)2|37| 主回路原理圖變頻器主電路38| 雙向逆變式變頻器主回路正常工作類似普通變頻器，直流母線電壓|雙向逆變主電路大于閥值時，Q1Q6的IGBT輪流導通

17、，將多余能量反饋回電網(wǎng)。39| 變頻拖動電梯電梯起動時，變頻器輸出較低頻率，并按照給定曲線在一定時間將頻率上升至額定頻率，電機以額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。在電機需要減速時，降低輸出頻率，此時的轉(zhuǎn)差造成電機處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電反給變頻 器，造成直流母線電壓升高，變頻器系統(tǒng)檢測直流母線電壓，當高于設定值后，接通制動電阻，消耗掉多余能量，讓電動機減速，跟隨運行曲線運行。在電動機接近零速時，變頻器輸出直流制動電壓，并維持設定時間，讓電機停止運轉(zhuǎn)，隨后制動器落閘，電梯停止。|第四節(jié)340| 變頻器驅(qū)動信號1. 方向信號：由控制系統(tǒng)給出，控制變頻器輸出相序，改變電機運轉(zhuǎn)方向。2. 速度指令：由控制系統(tǒng)給出，控制變頻

18、器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機運轉(zhuǎn)。速度信號分為兩大類型，分別是多段速指令（數(shù)字量信號），模擬量速度信號（電壓或電流信號）。3. 速度反饋信號：由與電動機同軸的旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生，輸出給變頻器，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。4. 力矩補償信號：由稱載裝置提供給變頻器，用于同步無齒曳引機，受重量差影響，在電機起動前對起動轉(zhuǎn)距進行矯正。|第四節(jié)3|41| 常用編碼器圖片旋轉(zhuǎn)編碼器實物圖片42| 直流調(diào)速系統(tǒng)| 3. 基本原理：根據(jù)直流電機的特性，電機轉(zhuǎn)速與電壓成正比，給定電壓越高，電機轉(zhuǎn)速也就越高。控制電機電壓就控制了電機轉(zhuǎn)速。早期直流電梯以交流電動機作為源動力， 拖動直流發(fā)電機，控制直流發(fā)電機勵磁， 改變發(fā)電機輸出電壓的

19、形式，實現(xiàn)以小功率控制大功率目的，原因所在是電力半導體技術(shù)的不成熟?，F(xiàn)代直流控制，舍去了直流發(fā)電系統(tǒng)，直接采用晶閘管調(diào)節(jié)輸出電壓，控制直流電機運行。|第五節(jié)1|43直流電梯的運轉(zhuǎn)早期源動力交流電動機始終運轉(zhuǎn)，直流發(fā)電機沒有勵磁，發(fā)電機輸出電壓為零。需要起動電機時，勵磁電壓不斷增加到設定值，發(fā)電機既發(fā)出不斷增高到額定值得電壓，驅(qū)動直流電機運轉(zhuǎn)，達到額定速度。需要減速時，發(fā)電機勵磁不斷減小，電動機隨之跟隨減速直至停止?，F(xiàn)在使用晶閘管或脈寬調(diào)速的直流電機則是由控制電路，依據(jù)電梯運行速度要求， 逐漸增大晶閘管的導通角或脈寬寬度，增加輸出電壓，使直流電機速度隨之增加。需要減速時，控制電路減小晶閘管的導通角，減小輸出電壓，降低電機轉(zhuǎn)速，直到停止。|第五節(jié)2|44| 直流電動機解剖圖直流電動機結(jié)構(gòu)45| 優(yōu)點：調(diào)速性能優(yōu)異；機械特性硬。| 缺點：電動機結(jié)構(gòu)復雜，經(jīng)常需要檢查維護；存在勵磁系統(tǒng)耗費