电梯的电力拖动系统PPT课件

1、1第1节 常见电梯电力拖动方式 电梯的运动： 轿厢的升降曳引机组、主驱动。功率大（几千瓦几十千瓦）。 轿门和厅门的开关门开关门电机、辅助驱动。功率小（200W以下）。 电力拖动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动。第1页/共111页2第1节 常见电梯电力拖动方式 电力拖动控制原理电力拖动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动。第2页/共111页3第1节 常见电梯电力拖动方式 电梯拖动的功能 足够的驱动力和制动力； 正确的速度控制，舒适性，平层精度； 动作灵活； 高效，节能； 平稳，噪声小； 维护方便、寿命长；第3页/共111页4第1节 常见电梯电力拖动方式 电力拖动系

2、统分类（按电动机供电种类）： 直流拖动系统有发电机电动机可控硅励磁系统。可控硅直接供电系统。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维护量大，耗能高的缺点。 交流拖动系统有交流双速电动机、交流调压调速系统及变频变压调速系统。由于电子元器件的高速发展大功率高反压场效应三极管IGBT的问世，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度可达6ms。 第4页/共111页5第1节 常见电梯电力拖动方式 轿厢的电力拖动方式： 发电机组供电的直

3、流电机拖动方式由于能耗大，只有少量旧梯还在运行。 20世纪七八十年代出现的变压变频(VVVF)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。第5页/共111页6第1节 常见电梯电力拖动方式 轿门的电力拖动方式： 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。 直流电动机斩波调压调速拖动方式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，效率高，平滑地调速。 交流异步电动机VVVF变频调速拖动方式采用交流异步电动机，结构简单，运行平稳

4、，效率高。普遍采用。 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梯中。 伺服电动机拖动方式近几年出现，采用伺服电动机，其反应灵活，响应迅速，有发展前途。第6页/共111页第7页/共111页8第1节 常见电梯电力拖动方式 本节思考： 1查找资料：电梯拖动的历史、现状、发展？第8页/共111页9第2节 电梯的速度曲线一、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 提高电梯额定速度 目前超高速电梯额定速度已达20米秒。 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。 集中布置多台电梯 通过电梯台数的增加来节省乘客侯梯时间。 减少电梯起、停过程中加、减速所用时间

5、 如：交、直流电梯快速平均加、减速度0.5m/s2。 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。速度变化要兼顾快速性和舒适感。 由合理的电梯运行的速度曲线来保证。第9页/共111页10第2节 电梯的速度曲线 2.舒适性要求 加速度引起不适由于电梯的负载是人，人在加速上升或减速下降时，会使人产生超重感或上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。考虑人体生理承受能力，GB/T10058-1997规定“加、减速度最大值 1.5m/s2” 加速度变化率引起不适实验证明，人体不但对加速度敏感，对加速度的变化率也很敏感。我们用a来表示加速度，用来表示加速度变化率，则当加

6、速度变化率较大时，人的大脑感到晕眩、痛苦，其影响比加速度a的影响还严重。我们称加速度变化率为生理系数，在电梯行业一般限制生理系数不超过1.3m/s3。第10页/共111页11第2节 电梯的速度曲线 3.电梯的速度曲线 当轿厢静止或匀速升降时，乘客不会感到不适；而在轿厢启动加速过程或制动减速过程中，既要考虑快速性的要求，又要兼顾舒适感的要求。也就是说，在加、减速过程中既不能过猛，也不能过慢：过猛时快速性好了，舒适性变差；过慢时舒适性变好，快速性却变差。因此，有必要设计电梯运行的速度曲线，让轿厢按照这样的速度曲线运行，既能满足快速性的要求，也能满足舒适性的要求，科学、合理地解决快速性与舒适性的矛盾

7、。第11页/共111页12第2节 电梯的速度曲线 3.电梯的速度曲线 几种电梯的速度曲线第12页/共111页13第2节 电梯的速度曲线图3-1中曲线ABCD就是这样的速度曲线。其中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。第13页/共111页14第2节 电梯的速度曲线AE段是一条抛物线，EF段是一条在E点与抛物线AE相切的直线，而FB段则是一条反抛物线，它与AE段抛物线以EF段直线的中点相对称。设计电梯的速度曲线，主要就是设计起动加速段AEFB段曲线，而CFED曲线与A

8、EFB段镜像对称，很容易由AEFB段的数据推出，BC段为恒速段，其速度为额定速度，无需计算。第14页/共111页15第2节 电梯的速度曲线 满足舒适性和快速性的抛物线形电梯速度曲线AEAE段段w速度：速度：v=ktv=kt2 2w加速度：加速度：a=2kta=2ktw加加速度：加加速度： =2k=2kEFEF段段w速度：速度：v=vv=vE E+a+aE E(t-t(t-tE E) )w加速度：加速度：a=aa=aE Ew加加速度：加加速度： =0=0FBFB段段w速度：速度： v=vv=vN N-k(t-k(tB B-t)-t)2 2w加速度：加速度：a=2k(ta=2k(tB B-t)-t

9、)w加加速度：加加速度： =-2k=-2k可以看出，只要合适地选取k值和抛物线AE段的时间tE，就可以保证电梯的最大加度aM、最大生理系数不超过标准规定的最大值第15页/共111页16第2节 电梯的速度曲线 电梯与龙门刨床特点比较： 电梯的速度曲线光滑过渡、处处可导；而龙门刨床有突点，此处加加速度无穷大，这对于没有感官的机床和工件来说不成问题，而对于电梯或者车辆，其中的乘客就会感到头晕脑涨、严重不适。 加速、减速段的最大加速度数值不同。 电梯在加速、减速段有速度闭环控制。第16页/共111页17第2节 电梯的速度曲线二、抛物线型电梯速度曲线的设计 速度曲线要求 舒适性要求加速度：a=2kt 1

10、.5m/s2；加加速度：=2k 1.3m/s3； 快速性要求（起动段的平均加速度）加速度：aP=vN/tQ 0.48m/s2 (vN 2m/s时)；加速度：aP=vN/tQ 0.65m/s2 (vN 2m/s时)；vN电梯的额定速度第17页/共111页18第2节 电梯的速度曲线 起动段的速度曲线选择 图(a)有直线段，适合于高速电梯； 图(b)没有直线段，适合于中、低速电梯。第18页/共111页19第2节 电梯的速度曲线 设计举例：设计额定速度为2.5米秒的起动段速度曲线(抛物线类型) 解：按舒适感，并考虑余量 1.AE段（抛物线段）由 v=kt2；a=2kt；=2k m得 k= m/2=1.

11、0/2=0.5m/s3对E点：tE=aE/2k=am/m=1.2/1.0=1.2s vE=ktE22=0.72m/s; aE=am=1.2m/s2故： v=kt20.5t2 (0 t 1.2s)第19页/共111页20第2节 电梯的速度曲线 2. EF段（直线段）由v=vE+aE(t-tE)；a=aE；=0因FB段与AE段对称，即有：vAE= vFB= vE所以： vEF= vN2vE2.5-2*0.72=1.06m/s tEF= vEF /aE1.06/1.2=0.883s对F点：tF=tE+ tEF =1.2+0.883=2.083s vF=vE+ vEF =0.72+1.06=1.78m

12、/s; aF=aE=1.2m/s2故： v=0.72+1.2(t-1.2) (1.2 t 2.083s)第20页/共111页21第2节 电梯的速度曲线 3. FB段（反抛物线段）由v=vN-k(tB-t)2；a=2k(tB-t)；=-2k因FB段与AE段对称对B点：tB=tF+ tE =2.083+1.2=3.283s vB=vN=2.5m/s; aB=0;故： v=2.5-0.5(3.283-t)2 (2.083 t 3.283s)第21页/共111页22第2节 电梯的速度曲线 舒适性可以满足要求后，校验快速性(vN 2m/s时)aP=vN/tQ =vB/tB=2.5/3.283=0.760

13、.7m/s2 故：满足快速性要求 起动段（或制动段）过程走过的距离实际根据曲线的对称性有： 第22页/共111页23第2节 电梯的速度曲线 无直线段的电梯速度曲线例题见教材P68的例3-2。 单层的电梯速度曲线例题见教材P69的例3-3。第23页/共111页24第2节 电梯的速度曲线三、其它类型的电梯速度曲线 要保证电梯有良好的舒适性，设计的速度曲线必须是平滑的，只有这样，加速度曲线才是连续的、没有突跳，加加速度才是有限数值，不会出现无穷大，再适当限制加速度、加加速度的数值，使其符合标准要求（既符合舒适性要求，又符合快速性要求）。第24页/共111页25第2节 电梯的速度曲线 本节思考： 1电

14、梯的快速性和舒适性要求是一对矛盾，实际上是如何解决的？ 2电梯的快速性和舒适性要求有何具体规定？第25页/共111页26第3节 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。 静态负载机械特性当轿厢静止或匀速运动时表现的电梯。 动态负载机械特性轿厢加、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转矩部分。第26页/共111页27第3节 电梯的负载机械特性 静态负载机械特性 原因：负载转矩是由轿厢与对重的重量差造成的。 重载运行时:轿厢的负载系数大于对重的平衡系数KP，这时电梯的静态负载机械特性由两部分组成：一是由桥厢、对重的重量差引起的位能性转矩,另一部分是由传

15、动系统的摩擦阻力引起的反抗性转矩，这两部分转矩之和为电梯重载运行时的静态负载转矩 轻载运行时:电梯轻载运行时，KP，轿厢、对重的重量差为负值，引起的位能性转矩也是负值，加上摩擦力引起的反抗性负载转矩得到轻载运行时电梯的静态负载转矩 半载运行时:电梯半载运行恰使=KP，轿厢侧与对重侧重量相等，位能性负载转矩为零，这时电梯的静态负载转矩只有摩擦力引起的反抗性负载转矩，电梯的静态负载转矩如图3-10中的曲线3（3曲线也就是曲线）第27页/共111页28第3节 电梯的负载机械特性 动态负载机械特性 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。w通常，电梯的动态转矩可通常，

16、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）第28页/共111页29第3节 电梯的负载机械特性 电梯的负载机械特性 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。第29页/共111页30第3节 电梯的负载机械特性 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 调速电梯要求轿厢能按预定的速度曲线运行。 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

17、一定裕度。 特点：包容第30页/共111页31第4节 电动机及其功率的确定 1.电梯对曳引电动机的要求 要求电动机有较大的过载能力 电梯的动态负载转矩大，要求电动机的过载倍数为34。 能承受频繁起停，较高的每小时合闸次数 发热需散热、每小时合闸次数150300次 周期断续工作,选用周期断续工作制的电动机 负载持续率 FStg/T100% tg为T内电机工作的时间 电梯的FS在30%70%第31页/共111页32第4节 电动机及其功率的确定 足够的起动转矩、尽量小的起动电流 普通交流异步电动机起动电流大，可达额定电流的57倍，起动转矩小，一般在额定转矩的0.71.8倍。 电梯需克服静态转矩、其他

18、机械摩擦。 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。第32页/共111页33第4节 电动机及其功率的确定 2.曳引电动机额定功率的粗选 电梯负载转矩随时间变化关系 应根据工作区段的等效负载转矩来确定电动机的额定功率。根据图312电梯负载机械特性曲线1及动态转矩公式可以画出轿厢一次重载上升运行过程中负载转矩随时间变化曲线 粗选时可以近似用静态负载来代替等效负载，并用等效负载转矩来确定电动机的额定功率第33页/共111页34第4节 电动机及其功率的确定 卷绕式拖动系统电动机额定功率的粗选 一般施工设备、起重机上常用。 K系数，1.11.6 m全部负载重量（kg），包括轿厢、钢丝

19、绳、额定负载。 vN额定速度 QN额定重量 传动系统的效率102NNNNNKmvKmgvvKQp第34页/共111页35第4节 电动机及其功率的确定 有对重曳引系统电动机额定功率的粗选 民用电梯常用 KP一般取0.40.5(平衡系数或对重系数)。 传动效率取值与轿厢悬吊方式和曳引类型有关。见表3-4。102)1 (NNPNvmKKPNjPPQQQK第35页/共111页36第4节 电动机及其功率的确定 例：某电梯采用有齿曳引机、1:1绕法的曳引系统、额定梯速为1.5m/s，额定载重量为1000kg，试粗选曳引电动机的额定功率。 电动机额定功率： 故，粗选18.5kW的电动机。53.2318.16

20、55. 01025 . 11000)45. 01 ()6 . 11 . 1 (102)1 (NNPNvmKKP第36页/共111页37第4节 电动机及其功率的确定 例：上例中采用卷绕式拖动系统，其最大钢丝绳质量120kg、空轿厢质量1500kg、额定载重1000kg，试粗选曳引电动机的额定功率。 电动机额定功率： 可见，有对重的曳引系统比卷绕式拖动系统节省功率，降低能耗。NNNNsjPkWKmvpkgmmmm51. 71 .14755. 01025 . 2262026. 1102262010001201500第37页/共111页38第4节 电动机及其功率的确定 3.曳引电动机发热与过载、起动校

21、验 设计新电梯时，需要更精确地校验电动机的耐热与过载、起动能力。 初选电动机，计算额定转矩 先按前粗选电动机的额定功率PN，再求额定转矩： 进行发热校验 计算出等效负载转矩Md与预选的电动机额定转矩MN相比较，满足： 直流、变频调速电梯 串电阻、调压调速电梯NNNnPM9550)(1)(112121212XgjSgiXgjSgiNjtNitgbdNjtNitgddtIdtITFSFSIdtMdtMTMdNdNIIMM第38页/共111页39第4节 电动机及其功率的确定 进行过载校验 过载倍数 校验公式（考虑电网电压波动）： 进行起动校验 KQ起动转矩倍数 校验公式（考虑电网电压波动）：mzNM

22、M81. 0QZNQMMK81. 0NmMMNQQMMK第39页/共111页40第5节 直流电梯电力拖动方式 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，直流电动机广泛地应用在需要大范围平滑调速的生产机械中。 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。 超高速电梯中直流电梯仍占绝大部分。 第40页/共111页结构：分为两个基本部分：定子和转子。工作原理：励磁绕组通过直流电，产生稳定不变的磁场；在电刷两端外加直流电源，则电枢线圈中有电流通过，载流导体在磁场中受到电磁力作用，产生电磁转矩，使电枢旋转。 第41页/共111页42第5节 直流电梯电力拖动方式

23、 直流电动机调速方法有： 改变供电电压Ua: 改变供电电压Ua，可以获得比较大的调速范围，因为转子内阻Ra很小，机械特性硬度很高。 在转子电路中串入可调电阻及RaT； 改变定子磁通。 直流电梯基本上是采用调压的方法实现调速的。 第42页/共111页43第5节 直流电梯电力拖动方式 在不同的供电电压下，可以获得一簇电动机的机械特性。见下图。 Ua波动时n变化也很小。调速范围与电压变化成正比。第43页/共111页44第5节 直流电梯电力拖动方式 直流电梯分类（按直流电源的获取方式）： 由交流电动机直流发电机组供电，G-M方式，淘汰； 由晶闸管整流器(逆变器)供电，SCR-M方式，目前使用； 第44

24、页/共111页45第5节 直流电梯电力拖动方式 5.1 单桥供电的SCR-M直流电梯 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。 采用一组三相全波可控整流器UC替代GM拖动方式中的发电机组，为直流电动机M 供电。励磁统组正反组励磁整流桥第45页/共111页46第5节 直流电梯电力拖动方式 整流原理： 在该系统中，采用一组三相全波可控整流器UC为直流电动机M供电。由于这样只能产生单方向的电枢电流Ia，而要想适应电梯负载的要求，电机M必须能灵活地改变电磁转矩的方向，为此电机的励磁绕组WM须由两个反并联的整流桥供电。励磁统组正反组励磁整流桥第46页/共111页47第5节 直流电梯

25、电力拖动方式 整流原理： 当正组励磁整流桥UCF工作时，给励磁绕组WM提供正向励磁，使电机内产生正向磁通，这样电机M的电枢电流Ia(只有正向电流)在正向磁通的作用下就将产生正向转矩。励磁统组正反组励磁整流桥第47页/共111页48第5节 直流电梯电力拖动方式 整流原理： 当反组励磁整流桥UCR工作时，则为励磁绕组WM提供反向励磁电流，使电机产生反向磁通，于是正向的电枢电流Ia在反向的磁通作用下，产生反向转矩。 励磁统组正反组励磁整流桥第48页/共111页49第5节 直流电梯电力拖动方式 控制整流桥UC的晶闸管触发角可以改变整流桥及电动机的工作状态。当90时，整流桥UC工作在整流状态，输出电压上

26、正下负，其波形见图3-21 c , 向电动机提供直流电，电动机则将电能转变成机械能带动轿厢运动，这时电机工作在电动状态。当90时，整流桥UC工作在逆变状态，输出电压下正上负，这时如果电动机由于励磁改变了方向（或者电机转向是负的），感应电势也变成了下正上负，而且若数值上大于整流桥UC的逆变电压， 那么电动机M 就将通过整流桥UC向交流电源供电，这时电动机工作在回馈制动状态，实际上是一个发电机了。第49页/共111页50第5节 直流电梯电力拖动方式 通过上面的分析知道，改变励磁电流方向就可以改变电机转矩的方向，在正转时改变励磁电流方向同时将UC的触发角推向逆变（即90o ），就将使电机进入回馈制动

27、状态，或者在反转，正向励磁的情况下，使90o，也可以使电机进入回馈制动状态。这些关系如图322 a)所示。第50页/共111页51第5节 直流电梯电力拖动方式 调速原理：（通过调压实现） 为了使电机得到平滑、准确的控制，需要协调三组整流器的控制，随着所需转矩的大小变化，三个整流器的控制规律可以用图3-22 b）表示。第51页/共111页52第5节 直流电梯电力拖动方式 整流输出电流与转矩关系图： 当转矩小于M0（在-M0M0）时，控制UC保持电流IaIa0，控制UCF和UCR来改变励磁电流If，从而改变磁通，进而改变转矩。 当转矩大于M0时，控制UCF和UCR保持电流IfIfN，控制UC来改变

28、电枢电流Ia，从而改变电动机转矩。 第52页/共111页53 5.2 双桥供电的SCR-M直流电梯 图323采用两组反并联晶闸管整流器为电枢供电的直流电梯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第53页/共111页54第5节 直流电梯电力拖动方式 整流原理： 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

29、正、反向电流。 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。 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。 第54页/共111页55第5节 直流电梯电力拖动方式 调速原理： 图324 电机运行状态与正反组晶闸管控制规律的关系 当正组UCF的触发延迟角90，UCF工作在整流状态，向直流电机提供正向电压、电流，电动机正转，曳引轿厢向上运动，电动机把电能变成机械能，工作在正向电动状态，这时将反组晶闸管UCR的触发延迟角控制在90，使其处于待逆变状态。第55页/共111页56第5节 直流电梯电力拖动方式图示桥厢重载上升机械特性，当电机按负载机械特

30、性曲线运行时，在电梯起动加速阶段（AEFB段）、电梯稳速运行阶段（图中的B（C）点）和部分减速阶段（图中的CG段和HD段），系统就工作在上述的状态下。当电梯减速到G点时，正组晶闸管的触发延迟角刚好增加到90，整流电压为零，电机电流也为零，转矩也为零。随后将待逆变的反组触发角增大，使之进入逆变状态图3-25 重载上升过程中正反组整流桥及电机的工作状态 a)机械特性 b)速度曲线第56页/共111页57第5节 直流电梯电力拖动方式 5.3单桥供电、双桥供电的比较 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，减少设备投资。 单桥供电在控制时要根据是否处在小转矩区来协

31、调控制主回路晶闸管UC、励磁回路晶闸管UCF和UCR，控制规律相对复杂些。 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，由于电枢回路电感较小，因此快速响应性更好些。 第57页/共111页58第6节 交流双速电梯拖动方式 6.1 概述 20世纪六七十年代生产的电梯，绝大部分是交流双速电梯，当前仍有一定数量。 交流双速电梯特点： 结构简单，技术含量低，运行舒适性较差； 额定梯速一般在1m/s以下； 通常采用继电器控制，故障率较高，为提高其可靠性，控制部分将由有触点控制改为无触点控制（PLC）； 主要用于货梯或客货两用梯中； 逐渐将被交流调速电梯替代。 采用变极调速

32、电机作为曳引电动机，其变极比通常为624极、46/24极和4618极。 第58页/共111页2006年7月13日 星期四59第6节 交流双速电梯拖动方式 双速电梯运行时的速度曲线特点： 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。 只有两个稳定运行速度：正常运行速度，停车前的低速。 第59页/共111页60第6节 交流双速电梯拖动方式 6.2 调速原理 从电机学可知交流电动机的转速公式： 式中，n电动机的转数，s转差率，f电网频率，p磁极对数。 从公式分析，改变交流电动机的转速有三个方法： 改变极对数P双速电梯； 改变电动机转差率S调压调速电梯；

33、改变电动机供电电源的频率变频调速电梯；)1 (60spfn第60页/共111页61第6节 交流双速电梯拖动方式 异步电动机变极的方法： 双绕组变极比较简单，它是在电机定子槽内嵌入两套定子绕组，它们各自独立、具有不同的极对数。当接入一套绕组时，电机具有一种同步转速，当接入另一套绕组时，电机则具有另一种同步转速。 单绕组变极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。内部空间相对宽松一些 。第61页/共111页62第6节 交流双速电梯拖动方式 单绕组变极电动机 这种变极电动机内，只嵌放一套定子绕组，而通过对这套定子绕组的不同接线组合得到不同的极数。与双绕组变极电动机相比，单绕

34、组变极电动机的内部空间相对宽松一些，因为它只需要放一套绕组，用铜量也会少很多。但是由于两种极数要在一套绕组中实现，绕组的跨距就要适合这不同极数，这样一来绕组的布置对每一种极数都不是最佳安排，因此电机的效率、功率因数、谐波等指标都不如普通异步电动机。第62页/共111页63第6节 交流双速电梯拖动方式 单绕组变极电动机单绕组变极可以采用反向法、换相法和变跨距法等多种方法来实现变极。下面介绍最常采用的反向法变极的原理。图326 反向变极法原理示意图（2极/4极）a)四极接法时电机内的磁场 b)四极接法时U相的接线图c)二极接法时电机内的磁场 d)二极接法时U相的接线图第63页/共111页64图32

35、6 a）画出了四极接法时电机定子U相绕组（V、W相绕组未画）的布置、接线情况及产生的磁场情况。电流流向：在这样的电流作用下就会引起电机内的磁通，其磁力线方向为图中虚线所示，在U11U21间的磁力线由定子指向转子，或说定子向转子发出磁力线，我们在此处定子铁心处标以N极。在U21U12之间的磁力线则是由转子指向定子，我们在此处的定子铁心处标以S极。类似地，U12U22之间为N极，U22U11之间为S极。于是我们看到此时电机内部由电机内部由U相绕组电流引起的磁相绕组电流引起的磁场为四个极场为四个极，根据交流电机旋转磁场理论可以知道，V相、W相绕组的电流也同样会产生四个极，当三相电流是对称交变的时候，

36、它们所产生的合成磁场一定是四极的旋转磁场。当U相电流达到正向最大时，该电机的磁场分布情况就是图326 a）那样。图326 a）的电机断面示意图也可以简略地画成图326 b）那样的展开图来表示，它相当于将a） 图在AA 处切开展平后的情形。图326 b）中叉圈和点圈表示磁力线的方向，进入纸面方向的磁力线是指向转子方向的磁力线，相当于a）中的N极，而磁力线指向纸外的地方则相当于S极。第64页/共111页65第6节 交流双速电梯拖动方式 单绕组变极电动机 从上面的分析看出，通过将每一相绕组的一半绕组改变接线顺序从而改变电流方向（使其中电流反向），便可以实现变极，这就是反向法变极的原理。 利用相绕组中

37、电流部分地反向来变极的方法，除了可以得到上面所列的倍极比（24极、 48极等）双速电机外，还可以得到非倍极比（例如46极、 68极）的双速电机。第65页/共111页66第6节 交流双速电梯拖动方式 6.3 变极调速电梯主电路 1双绕组624极变极电机用作电梯曳引电动机的主电路 第66页/共111页67第6节 交流双速电梯拖动方式 说明： 快速(6极)绕组的引出端：XKl、XK2、XK3，在内部三相接成“Y”形接法； 慢速(24极)绕组的引出端:XMl、XM2、XM3，在内部三相也是“Y”形接法；第67页/共111页68第6节 交流双速电梯拖动方式 接触器KS:用于接通快速绕组实现快速启动、运行

38、；与KM1互锁。 接触器KMl：用于接通慢速绕组实现减速、慢速运行；与KS互锁。 上升接触器KM和下降接触器KMR：用来改变电机相序实现正反转运行，KM和KMR需互锁； KR和KRl热继电器：分别为快速运行和慢速运行热继电器。 （定子绕组中）串接电感、电阻：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。 第68页/共111页69第6节 交流双速电梯拖动方式 电机主回路的工作情况（以轿厢上行运动为例）： 第69页/共111页70 当电梯的控制部分通过对呼梯信号、内选信号及其他各种信息的分析，确定电梯应向上运行时，门关好后便将上行接触器KM接通； 随后将快速接触器KS吸合； 这时电机快

39、速绕组串入阻抗RK、XK后接到电源上； 同时抱闸接电松开，电机开始启动（沿曲线1）；第70页/共111页71第6节 交流双速电梯拖动方式电机加速到A点时(由时间继电器延时一段时间来实现，也可以用速度继电器检测电机转速来实现)，发出指令将快速运行接触器KA接通吸合，KA的动合触点将快速启动阻抗RK、XK短路；于是电机的快速绕组直接接到电源上，A点突变到曲线2的B点，继续加速；第71页/共111页72 直到C点，电机的转矩与负载的静态转矩相等，电机进入稳速运行； 当轿厢运行到预定停靠楼层前的减速点时，减速开关发出减速信号； 首先将快速接触器KS、快速运行接触器KA切断，使快速绕组断电，同时将慢速接

40、触器KMl接通，使电机慢速绕组经阻抗RM、XM接到电源上。C点突变到曲线3的D点； 经一段延时电机减速到较低速度（E）时，接触器KA1吸合，切除了电阻RM，E点突变到曲线4的F点；第72页/共111页73 电机继续减速，经一段延时（达G点），又发出指令接通了慢速运行接触器KA2，慢速绕组直接接到电源上，G点突变到曲线4的H点； 电机转移到慢速绕组确定的低速运行到I点，电动机的电磁转矩与负载静态转矩相平衡MI=MJ，电梯进入稳定的低速运行； 经短暂的低速稳定运行后，轿厢运动到平层位置，发出停车指令，将慢速接触器KMl、上行接触器KM切断，电机断电停转，抱闸也同时断电，抱闸停车，一次运行就完成了。

41、 第73页/共111页74第6节 交流双速电梯拖动方式 双速电梯的速度没有闭环控制，不可能达到理想速度曲线，运行舒适感较差，且在各个切换时刻都将引起转矩、速度、加速度及生理系数的冲击。 第74页/共111页75第6节 交流双速电梯拖动方式 2.单绕组624极变速电机用作电梯曳引电机为主电路 电动机绕组结构及接线： 第75页/共111页76第6节 交流双速电梯拖动方式 双速电梯主电路： 第76页/共111页 说明： 快速接触器KS1：当快速运行时，KS1将电机端子1、2、3短接构成另一个星形点，电机接成双星形(YY)接法。 快速接触器KS：当KS1、KS吸合，电机以YY接法快速运转。 慢速接触器

42、KM1：当KS1、KS断开，而KMl接通时，电机被接成Y接法形成24极。77上升接触器上升接触器KMKM：当KM接通时，电机正转，带动轿厢上升。下降接触器下降接触器KMRKMR：当KMR接通时，电源相序改变，电机反转，拖动轿厢下降。快速运行接触器快速运行接触器KAKA：它接通后短路掉快速电阻RK，使快速绕组直接接到电源上，电机转入稳速运行。慢速运行接触器慢速运行接触器KAlKAl、KA2KA2、KA3KA3：KAl、KA2是逐段切除慢速电阻用的，而KA3使RM全部被切除掉，使电机转入稳定低速运行。 第77页/共111页78 电机主回路的工作情况（以轿厢上行运动为例）： 当电梯的控制系统通过对外

43、呼、内选信号的分析判断发出上升运动指令后，首先将上升接触器KM吸合，准备好正转，将抱闸BZ通电，松开电机轴； 随后将快速接触器KS1吸合，把电机接成YY接法，准备快速运行；接着接着KSKS接触器吸合，将电机串入接触器吸合，将电机串入快速启动电阻快速启动电阻RKRK后（串入启动后（串入启动电阻，限制启动电流，减小启动电阻，限制启动电流，减小启动对电网的冲击，减小启动时的转对电网的冲击，减小启动时的转矩冲击，改善舒适感）与电源相矩冲击，改善舒适感）与电源相接，电机开始加速启动；接，电机开始加速启动；经过经过1 12s2s的延时后，的延时后， KAKA吸合，吸合，将快速启动电阻将快速启动电阻RKRK

44、短路，电机短路，电机快速绕组直接接到电源上，电机快速绕组直接接到电源上，电机在固有特性上快速运行。在固有特性上快速运行。 第78页/共111页79 当轿厢运行到欲停靠楼层前的减速点时，减速指令将KS、KS1、KA切断； 随后将慢速接触器KM1接通吸合，电机以Y接方式串入全部慢速电阻RM接到电源上，电机进入回馈制动状态，制动转短使电机减速； 经一段延时后KAl吸合，将RM的一部分短路掉，电机在增大了制动转矩后继续作回馈制动； 经一段延时后又将KA2吸合，又将RM的大部分短路，电机串入的电阻更小了，制动转矩又再次增大，电机继续减速； 第79页/共111页80第6节 交流双速电梯拖动方式 又经一段时

45、间延时将KA3吸合，RM被全部短路，电机绕组直接接到三相电源上，继续减速到稳定的低速，并以该速度运行。 当轿厢运动到平层位置时，平层指令使KMl、KA3、KM接触器全部切断，同时抱闸也断电，将电机轴上的制动轮抱住刹车，最终使电机停转，轿厢停靠。 第80页/共111页81第6节 交流双速电梯拖动方式 本节思考： 1交流双速电梯的调速原理？ 2交流双速电梯电动机变极的方法有哪几种 ？ 3双绕组624极变极 调速的主电路 ？工作过程？ 4单绕组624极变极 调速的主电路 ？工作过程？ 5、双速电梯只有两种稳定的运行速度，那怎样实现电梯运行曲线（不是只有两个速度）要求的？第81页/共111页82第7节

46、 变频调速电梯拖动方式 7.1 变频调速的基础知识 1.调速原理 从电机学可知交流异步电动机的转速公式： 式中，n电动机的转数，s转差率，f电网频率，p磁极对数。 从公式分析，改变电动机供电电源的频率可实现交流电动机的调速。)1 (60spfn第82页/共111页83第7节 变频调速电梯拖动方式 2.变频调速发展概况 20世纪5060年代，采用交流发电机组作为变频电源，设备复杂，造价高，只能在特殊场合下使用，没有推广价值。 随着电力电子技术的发展，6070年代出现了晶闸管变频器、大功率晶体管变频器。其体积小，价格较低，运行噪声小，维护管理工作量小。因此电子变频器逐步进入实际应用领域。 开关元件

47、工作频率提高，变频器输出电压的波形更加接近正弦波。 80年代中期，变频调速电梯投入实际应用。 变频调速只涉及异步电机的定子电源部分，因此可以采用笼式异步电动机。其有结构简单，价格低廉，坚固耐用、调速范围宽、特性硬、节能的优点。变频调速电梯正在逐步取代其他类型的电梯，成为电梯的主流产品。 第83页/共111页84第7节 变频调速电梯拖动方式 3. 变频调速的分类 按有无直流环节分类 有直流环节的变频器（交直交变频）电梯常用。电路中，首先由晶闸管V1V6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V7V12将直流电压逆变成改变了频率的交流电，从而实现变频。第84页/共111页85第7节

48、变频调速电梯拖动方式 3. 变频调速的分类 按有无直流环节分类 无直流环节的变频器（交交变频）它没有直流环节，通过对晶闸管V1V18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，在电梯中基本不用。 第85页/共111页86第7节 变频调速电梯拖动方式 有直流环节的变频器（交直交变频）原理 变频器先将三相交流电源变频器先将三相交流电源整流得到幅值可变的直整流得到幅值可变的直流电压流电压UdUd，然后经开关，然后经开关元件元件1 1、3 3和和2 2、4 4轮流切轮流切换导通，则在负载上就换导通，

49、则在负载上就可获得幅值和频率均可可获得幅值和频率均可变化的交流输出电压变化的交流输出电压UcUc。其幅值由整流器输出的其幅值由整流器输出的直流电压直流电压UdUd所决定，其所决定，其频率由逆变器的开关元频率由逆变器的开关元件的切换频率所决定。件的切换频率所决定。 第86页/共111页87第7节 变频调速电梯拖动方式 整流、滤波和逆变三部分是组成交直交变频器的主要环节。 通过改变可控整流器(桥I)晶闸管的触发延迟角，可调节电动机供电电压的幅值；改变三相逆变器(桥)开关元件的切换频率，可调节电动机供电频率。 第87页/共111页88第7节 变频调速电梯拖动方式 按直流环节的特点分类 电压型变频器（

50、电压源变频器）变频器中，若直流（滤波）环节中电容器C的电容量较大，而电感L的电感量较小(或根本不接电感)，那么直流侧的电压将不能突变。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定，通常接近正弦波，但有一定的谐波电流分量。 电流型变频器（电流源变频器）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，电机感应电势为正弦波，因此输出电压基本上是正弦波。 第88页/共111页89第7节 变频调速电梯拖动方式 按改善输出电压、电流波形的方法分类 采用多重化技术 通常用在大容量、高

51、电压电机的变频调速中。 采用脉冲宽度调制技术（PWM）是中、小容量变频器改善波形常用的方法。 电梯常用。第89页/共111页90第7节 变频调速电梯拖动方式 多重化技术 原理： 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，增加输出阶梯波的阶梯数及形状，使之接近正弦波。 第90页/共111页91第7节 变频调速电梯拖动方式第91页/共111页92第7节 变频调速电梯拖动方式 脉冲宽度调

52、制技术（PWM） 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，这组脉冲波的宽度具有正弦变化的规律，而幅度相同。 第92页/共111页93第7节 变频调速电梯拖动方式 第i个方波在第i个区间的电压平均值为： Kv基波电压幅度系数； Ud变频器直流侧电压。 可见，第i个方波的面积与基波电压曲线在第i个区间所包围的面积近似相等。 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： 改变脉宽调制时的系数Kv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。 改变直流侧电压Ud的大小。 第93页/共111页94第7节 变频调速电梯拖动方

53、式 注：其各次谐波幅值的表达式： 上式计算结果表明：波形中基波占绝对主要的成分，2N（N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波，改善变频器的输出波形，降低电机噪声。 第94页/共111页95第7节 变频调速电梯拖动方式 实际常用脉冲宽度调制技术正弦波PWM（SPWM） 原理： 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，即幅值和频率可变的正弦调制波与幅值恒定、频率很高(为正弦调制波频率的几十到几百倍)的三角载波进行比较，在两个波形的交点时刻比较器的输出发生跳变，从

54、而得到一系列幅值相等、宽度不等的矩形脉冲列。第95页/共111页96第7节 变频调速电梯拖动方式 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； 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。 PWM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N就越大，PWM的输出脉冲系列的平均值就越接近于正弦波。由图可见，提高Ud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，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。 第96页/共111页97第7节 变频调速电梯拖动方式 按变频桥所采用的开关元件类型分类 功率开关元件新品种不断出现，其性能也越来越优良。 开关元件的主要性能指标有： 耐压能力 工作电流 最高工作频率 可控性第97页/共111页98第7节 变频调速电梯拖动方式 变频器中的逆变桥所采用的开关元件主要有： 晶体闸流管Th(SCR)晶闸管变频器 门极关断晶闸管GTO可关断晶闸管变频器 双极型晶体管BJT（又称电力晶体管GTR) 电力晶体管变频器 绝缘栅双极晶体管IGBT绝缘栅晶体管变频器 第98页/共111页99第7节 变频调速电梯拖动方式 特性： 每种开关元件极限曲线的左下方区域是该类元件的正常工作区。 第99页/共111页100第7节 变频调速电梯拖动方式 由图可