电梯的电力拖动系统ppt课件

1、-电梯的电力拖动系统电梯的电力拖动系统2内容框架：内容框架：常见电梯电力拖动方式常见电梯电力拖动方式电梯的速度曲线电梯的速度曲线曳引电动机及其功率的确定曳引电动机及其功率的确定直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式 preceding32.1 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：n轿厢的升降曳引机组、主驱动。功率大轿厢的升降曳引机组、主驱动。功率大几千瓦几十千瓦）。几千瓦几十千瓦）。n轿门和厅门的开关开关门电机、辅助驱动。轿门和厅门的开关开关门电机、辅助驱动。功率小功率小20

2、0W200W以下）。以下）。 42.1 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n足够的驱动力和制动力；足够的驱动力和制动力；n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；n动作灵活；动作灵活；n高效，节能；高效，节能；n平稳，噪声小；平稳，噪声小；n维护方便、寿命长；维护方便、寿命长；52.1 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）：n直流拖动系统直流电动机调速，机械特性直流拖动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硬，

3、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。向器日常维护量大，耗能高的缺点。n交流拖动系统有交流变极调速系统、交流交流拖动系统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元器件的高速发展大功率高反压场效应三极管IGBTIGBT的问世，使得变频变压调速系统更加成熟。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

4、以与直流拖动系统媲美，目前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采用变频变压调速的电梯其速度可达6m6ms s。 62.1 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：n发电机组供电的直流电机拖动方式由于能耗大，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。只有少量旧梯还在运行。n2020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)交流交流异步电机拖动方式由于其优异的性能和逐步降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。低的价格而大受欢迎。72

5、.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：n直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式通过改变电直流电动机电枢串、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。遍采用，但由于切换用的开关容易出故障，目前已较少采用。n直流电动机斩波调压调速拖动方式采用大功率晶体管组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，这成的无触点开关通过改变导通占空比实现直流调压

6、调速，这种方法可靠性好，效率高，平滑地调速。种方法可靠性好，效率高，平滑地调速。n交流异步电动机交流异步电动机VVVFVVVF变频调速拖动方式采用交流异步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，效率高。普遍采用。电动机，结构简单，运行平稳，效率高。普遍采用。n力矩异步电动机具有较大转矩，适宜用于容易出现堵卡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。现象的电梯中。n伺服电动机拖动方式近几年出现，采用伺服电动机，其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。反应灵活，响应迅速，有发展前途。82.2 2.2 电梯的速度曲线电梯的

7、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n1. 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n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。n电梯额定速度高应加强安全性、可靠性的保证，造价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。也随之提高。n集中布置多台电梯集中布置多台电梯n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n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

8、速度0.5m/s20.5m/s2。n起、制动时间缩短意味着加速度、减速度的增大，而起、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。变化要兼顾快速性和舒适感。n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。92.22.2电梯的速度曲线电梯的速度曲线2.2.舒适性要求舒适性要求加速度引起不适加速度引起不适超重感，考虑人体生理承受能力，超重感，考虑人体生理承受能力，GB/T10058-2019GB/T10058-2019规定规定“加、减速度最大值加、减速度最大值

9、1.5m/s2” 1.5m/s2”加速度变化率引起不适加速度变化率引起不适眩晕感，考虑人体生理承受能力，一般加眩晕感，考虑人体生理承受能力，一般加加速度加速度 1.3m/s3 1.3m/s3。102.22.2电梯的速度曲线电梯的速度曲线3.3.电梯的速度曲线电梯的速度曲线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。112.22.2电梯的速度曲线电梯的速度曲线122.3 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，

10、需分析电梯的负载机械特性。n静态负载机械特性当轿厢静止或匀速运动静态负载机械特性当轿厢静止或匀速运动时表现的电梯。时表现的电梯。n动态负载机械特性轿厢加、减速运动时、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。成的惯性转矩部分。132.3 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负载机械特性n原因：当电梯起动加速或停车前制动减速时，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。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，电梯的动态转

11、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）142.3 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n原因：（原因：（1 1负载转矩是由轿厢与对重的重量差负载转矩是由轿厢与对重的重量差造成的。（造成的。（2 2反抗性转矩是由传动系统的摩反抗性转矩是由传动系统的摩擦阻力引起擦阻力引起152.3 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n将电梯的静态负载

12、机械特性与动态负载机械特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。性相叠加得到电梯负载机械特性。162.3 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n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预定的速度曲线运行。n要求曳引电动机在选定的调速方式下，电机的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，电机转矩应有转矩总能达到负载转矩的要求，电机转矩应有一定裕度。一定裕度。n特点：容纳特点：容纳172.42.4电动机及其功率的

13、确定电动机及其功率的确定1.1.电梯对曳引电动机的要求电梯对曳引电动机的要求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电梯的动态负载转矩大，要求电动机的过电梯的动态负载转矩大，要求电动机的过载倍数为载倍数为3 34 4。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发热需散热、每小时合闸次数发热需散热、每小时合闸次数150150300300次次周期断续工作制周期断续工作制负载持续率负载持续率 FS FStg/Ttg/T100%100%电梯的电梯的FSFS在在30%70%30%70%182.42.4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

14、小的起动电流足够的起动转矩、尽量小的起动电流n普通电动机起动电流大普通电动机起动电流大5757倍）、起动转矩倍）、起动转矩小小n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。n采用减压起动以降低起动电流。起动转矩足够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。即可，过大则冲击大。192.52.5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。因而，直流电动机广泛关系是线性的，便于控制。因而，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

15、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。 202.52.5直流电梯电力拖动方式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）：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，由交流电动机直流发电机组供电，G-MG-M方方式，淘汰；式，淘汰；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，方式，目前使用；目前使用； 212.52.5直流电梯电力拖动方式直

16、流电梯电力拖动方式1 1 单桥供电的单桥供电的SCR-MSCR-M直流电梯直流电梯 电梯系统其电枢电路由单向整流桥供电，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。励磁电路由双向整流桥供电。 222.52.5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：n 由于这样只能产生单方向的电枢电流由于这样只能产生单方向的电枢电流Ia Ia，而要想适，而要想适应电梯负载的要求，电机应电梯负载的要求，电机M M 必须能灵活地改变电磁转必须能灵活地改变电磁转矩的方向，矩的方向， 因此电机的励磁统组因此电机的励磁统组WMWM则由两个反并联则由两个反并联的整流桥供电。当正组励磁

17、整流桥的整流桥供电。当正组励磁整流桥UCFUCF工作时，给励工作时，给励磁绕组磁绕组WMWM提供正向励磁，使电机内产生正向磁通提供正向励磁，使电机内产生正向磁通，这样电机这样电机 M M 的电枢电流的电枢电流Ia Ia只有正向电流在正向磁只有正向电流在正向磁通通的作用下就将产生正向转矩。当反组励磁整流桥的作用下就将产生正向转矩。当反组励磁整流桥UCRUCR工作时，则为励磁绕组工作时，则为励磁绕组WMWM提供反向励磁电流，提供反向励磁电流，使电机产生反向磁通使电机产生反向磁通-，于是正向的电枢电流，于是正向的电枢电流Ia Ia在反在反向的磁通向的磁通-作用下，产生反向转矩。作用下，产生反向转矩。

18、232.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式2 2 双桥供电的双桥供电的SCR-MSCR-M直流电梯直流电梯 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242.52.5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：n在电动机电枢回路中设置了两组晶闸管整流器，在电动机电枢回路中设置了两组晶闸管整流器，它们

19、彼此反向并联，为电枢提供正、反向电流。它们彼此反向并联，为电枢提供正、反向电流。n而励磁回路则只是一个恒定大小、恒定方向的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。恒流控制，即控制电动机的磁通保持额定值。n这时电动机四个象限运行的控制就靠对正、反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。两个整流桥的控制来实现。 252.52.5直流电梯电力拖动方式直流电梯电力拖动方式单桥供电、双桥供电的比较单桥供电、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对于双桥供电

20、可节省一套大功率晶闸管整流器，减少设备投资。流器，减少设备投资。双桥供电在电枢回路中采用正反两组晶闸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，因此快速过渡，由于电枢回路电感较小，因此快速响应性更好些。响应性更好些。 262.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式调速原理调速原理从电机学可知交流电动机的转速公式：从电机学可知交流电动机的转速公式：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电网电网频率，频率，pp磁极对数。磁极对数。从公式分析，改变交流电动机的转速有三个

21、方法：从公式分析，改变交流电动机的转速有三个方法：改变极对数改变极对数P P双速电梯；双速电梯；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；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；)1 (60spfn272.62.6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：n在停车前有一个短时间的低速运行，是为提高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平层精度而设置的，因双速电梯中不采用速度闭环控制。闭环控制。n只有两个稳定运行速度：正常运行速度，停车

22、只有两个稳定运行速度：正常运行速度，停车前的低速。前的低速。 282.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式异步电动机变极的方法：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、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，具有不同的极对数。当接入一套绕组时，电机具有一种转速，当接入另一套绕组时，电机具有一种转速，当接入另一套绕组时，电机则具有另一种转速。电机则具有另一种转速。 单绕组变极只嵌放一套定子绕组，而通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

23、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极数。内部空间相对宽松一些 。292.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式变极调速电梯主电路变极调速电梯主电路（1 1）双绕组）双绕组6 62424极变极电机用作电梯极变极电机用作电梯曳引电动机的主电路曳引电动机的主电路 302.62.6交流双速电梯拖动方式交流双速电梯拖动方式说明：说明：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，在内部三相接成部三相接成“Y“Y形接法；形接法；慢速慢速(24(24极极) )绕组的引出端绕组的引出端:XMl:XMl、XM2XM2、

24、XM3XM3，在内，在内部三相也是部三相也是“Y“Y形接法；形接法；接触器接触器KS:KS:用于接通快速绕组实现快速启动、运行；用于接通快速绕组实现快速启动、运行；与与KM1KM1互锁。互锁。接触器接触器KMlKMl：用于接通慢速绕组实现减速、慢速运：用于接通慢速绕组实现减速、慢速运行；与行；与KSKS互锁。互锁。上升接触器上升接触器KMKM和下降接触器和下降接触器KMRKMR：用来改变电机相：用来改变电机相序实现正反转运行，序实现正反转运行，KMKM和和KMRKMR需互锁；需互锁；KRKR和和KRlKRl热继电器：分别为快速运行和慢速运行热热继电器：分别为快速运行和慢速运行热继电器。继电器。

25、（定子绕组中串接电感、电阻：满足电梯运行（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，减缓冲中舒适感的要求，使速度尽量平滑过渡，减缓冲击。击。 312.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式1.1.变频调速发展概况变频调速发展概况2020世纪世纪50506060年代，采用交流发电机组作为变频电源，设年代，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。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，随着电力电子技术的发展，60607070年代出现了晶闸管变频年代出现了晶闸管变频器、大功率晶体

26、管变频器。其体积小，价格较低，运行噪器、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。应用领域。开关元件工作频率提高，变频器输出电压的波形更加接近开关元件工作频率提高，变频器输出电压的波形更加接近正弦波。正弦波。8080年代中期，变频调速电梯投入实际应用。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、笼式异步电动机。其有结构简单，价格低廉，坚固耐用

27、、调速范围宽、特性硬、节能的优点。变频调速电梯正在逐调速范围宽、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。步取代其他类型的电梯，成为电梯的主流产品。 322.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式2. 2. 变频调速的分类变频调速的分类按有无直流环节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）有直流环节的变频器交直交变频）电梯常用。电路中，首先由晶闸管电梯常用。电路中，首先由晶闸管V1V1V6V6将工频交流电整流成直流电，然后再由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晶闸管或大功率晶体管V7V7V12V12将直流电压将直

28、流电压逆变成改变了频率的交流电，从而实现变逆变成改变了频率的交流电，从而实现变频。频。无直流环节的变频器交交变频）它无直流环节的变频器交交变频）它没有直流环节，通过对晶闸管没有直流环节，通过对晶闸管V1V1V18V18的控的控制，直接从工频电转变出可变频率的交流制，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、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，大转矩场合，在中小功率场合较少采用，在电梯中基本不用。在电梯中基本不用。 332.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯

29、拖动方式342.82.8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 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

30、决定。 352.82.8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。n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，晶闸管的触发延迟角，可调节电动机供电电压的幅值；改变三相逆变可调节电动机供电电压的幅值；改变三相逆变器器( (桥桥)开关元件的切换频率，可调节电动机开关元件的切换频率，可调节电动机供电频率。供电频率。 362.82.8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n电压型变频器电压源变频器）变频器中，电压型变频器电

31、压源变频器）变频器中，若直流滤波环节中电容器若直流滤波环节中电容器C C的电容量较大，的电容量较大，而电感而电感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，那么直流侧的电压将不能突变。其输出电压的波形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。有一定的谐波电流分量。 n电流型变频器电流源变频器）电容量较小，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。

32、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。压基本上是正弦波。 372.82.8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 n采用多重化技术采用多重化技术 通常用在大容量、高电压电通常用在大容量、高电压电机的变频调速中。机的变频调速中。 n采用脉冲宽度调制技术采用脉冲宽度调制

33、技术PWMPWM）是中、小）是中、小容量变频器改善波形常用的方法。容量变频器改善波形常用的方法。 电梯常用。电梯常用。382.82.8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 n原理：原理：n是采用两组或两组以上变频器给同一台电机供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，还同时组数增加，阶梯波的阶梯数就

34、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。及形状，使之接近正弦波。 392.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式402.82.8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） n脉宽调制的基本思路：脉宽调制的基本思路：n就是用一组脉冲波取代简单变频器的单个方波，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，而幅这组脉冲波的宽度具有正弦变化的规律，而幅度相同

35、。度相同。 412.82.8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：nKvKv基波电压幅度系数；基波电压幅度系数；nUdUd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个区间所个区间所包围的面积近似相等。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：n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

36、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。直流调压电路。n改变直流侧电压改变直流侧电压UdUd的大小。的大小。 422.82.8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：n上式计算结果表明：波形中基波占绝对主要的上式计算结果表明：波形中基波占绝对主要的成分，成分，2N2NNN即为波头数次以下谐波数值极即为波头数次以下谐波数值极小。因而，只要选择足够高的脉宽调制频率，小。因而，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可有效地消

37、除高次谐波，改善变频器的输出波形，降低电机噪声。形，降低电机噪声。 432.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n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PWMPWMSPWMSPWM）n原理：原理： n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( (称为调称为调制波制波) )的相交点发出触发脉冲信号，并经基极驱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，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、即幅值和频率可变的正弦调制波与幅值恒定、频率很高频率很高( (为正

38、弦调制波频率的几十到几百倍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，从而得到一系列幅值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。相等、宽度不等的矩形脉冲列。44452.82.8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

39、，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。三角波的输出脉冲列的平均值近似于正弦波。三角波的频率越高，波头数的频率越高，波头数N N就越大，就越大，PWMPWM的输出脉冲系的输出脉冲系列的平均值就越接近于正弦波。列的平均值就越接近于正弦波。w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幅值；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改变正弦调制波的角频率 ，就可以改变输出等效正，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。弦波的频率，从而就可以实现变压变频。 462.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯

40、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 n功率开关元件新品种不断出现，其性能也越来功率开关元件新品种不断出现，其性能也越来越优良。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：n耐压能力耐压能力n工作电流工作电流n最高工作频率最高工作频率n可控性可控性472.82.8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：n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n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n双极

41、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) GTR) 电电力晶体管变频器力晶体管变频器n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 482.82.8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：n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。 492.82.8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：n晶闸管晶闸管(Th(Th或或SCR)SCR)n特点：容量可以做得很大，由于工作频率较低，特点：容量可以做得很大，由于工作频率较低，不适

42、于作脉宽调制控制。可控硅一经触发导通，不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，关断就很困难，需关断电路，控制电路复杂，增加了能量的损耗。增加了能量的损耗。n应用：目前在中、小容量的变频器中己很少采应用：目前在中、小容量的变频器中己很少采用晶闸管。在大容量用晶闸管。在大容量( (高电压、大电流高电压、大电流) )变频器变频器中，目前仍使用其做开关元件，采用多重化技中，目前仍使用其做开关元件，采用多重化技术来改善波形。术来改善波形。502.82.8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)特点：正向脉冲时导通，

43、反向的较大脉冲电流时可以特点：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；其工作频率极限比关断，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：关断时需要有较晶闸管提高，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，关断大功率的反向脉冲，增加了控制电路的难度，关断时会引起较大的过电压，时会引起较大的过电压，应用：在中、大容量变频器中，采用较多。在中小容应用：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。量变频器中较少采用。 512.82.8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)

44、(GTR)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，需要结构，需要的驱动功率很小，控制电路比的驱动功率很小，控制电路比GTRGTR简单，在中、大简单，在中、大功率时，工作频率比功率时，工作频率比GTRGTR高，可以制成性能优良的高，可以制成性能优良的正弦波正弦波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。 522.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式4. 4. 变频调速的控制原则变频调速

45、的控制原则VVVFVVVF在设计电机时，希望磁通在设计电机时，希望磁通尽量大，因为尽量大，因为电机的电磁转矩与磁通成正比：电机的电磁转矩与磁通成正比：532.82.8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： n可以看出，磁通可以看出，磁通不能无限制增大，磁通过大不能无限制增大，磁通过大将使铁芯进入过饱和区，将导致励磁电流将使铁芯进入过饱和区，将导致励磁电流ImIm的的大大增加。大大增加。n因此在设计电机时都将磁通选择在磁化曲线刚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开始进入饱和的转弯处，我们

46、称该磁通为额定磁通磁通NN），此时的励磁电流），此时的励磁电流ImIm近似等于电近似等于电机的空载电流机的空载电流IoIo，中小型异步电动机的空载电，中小型异步电动机的空载电流流IoIo为额定电流为额定电流ININ的的1 13 3左右。左右。n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，励磁电流空载电流就可能增大到数倍于额定电流，即电载电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定磁通。通不要超过额定磁通。 542.82.8变频调速电梯拖动方式变频调速电梯拖动方式n交流异步电动机定子绕组感

47、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：n磁通磁通超过额定磁通超过额定磁通NN将造成电机过热损坏。将造成电机过热损坏。n电势高于额定值电势高于额定值ENEN对电机的绝缘造成威胁，是不对电机的绝缘造成威胁，是不允许的。允许的。n可见，为使磁通保持为可见，为使磁通保持为NN，在变频调速改变频率，在变频调速改变频率f1 f1时，时，必须同时改变定子绕组电势必须同时改变定子绕组电势E1E1，应注意，应注意E1ENE1EN。n可见，为使电势保持为可见，为使电势保持为ENEN，这时，这时1/f1/f，应注意，应注意NN。 552.82.8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：n当频率低于额定频率当频率低于额定频率fNfN时，应保持时，应保持E1/f1=E1N/f1N=constE1/f1=E1N/f1N=const，以保证磁通为，以保证磁通为NN。n当频率高于额定频率当频率高于额定频率fNfN时