电梯结构与原理 学习任务7、学习任务8

学习任务7认识电梯的电力拖动系统一、电梯的电力拖动系统概述电力拖动系统是电梯的动力源,其组成为:二、双速交流异步电动机拖动系统双速交流异步电动机拖动系统是一种较为简单、实用的电

力拖动系统,如上所述,在20世纪60年代后期生产的货梯和客

货两用梯多采用这种拖动系统,至今在许多企业仍在使用。1.调速原理按照交流异步电动机的原理,电动机的转速公式为2.电路及工作过程分析曳引电动机主电路如图7-1所示(可见图8-5中的图区1~5)。图7-1曳引电动机主电路QS1为电源的总开关;QS2为极限开关,在电梯超越行程的极限位置

时切断电源(详见任务9.3)。FU1作为全电路的短路保护。FR1和

FR2分别作M1高、低速运行的过载保护。图7-2曳引电动机机械特性曲线曲线1—高速绕组串入阻抗的机械特性(人为特性)曲线2—高速绕组的固有机械特性曲线3—低速绕组串入阻抗的机械特性(人为特性)曲线4—低速绕组短接部分阻抗的机械特性(人为特性)曲线5—低速绕组的固有机械特性曲线Md—恒转矩负载图7-3双速交流异步电动机速度曲线1.实现电梯快速性的方法电梯的快速性主要通过如下方法得到:2.对电梯的舒适性要求(1)由加速度引起的不适3.电梯的理想速度曲线图7-4电梯的速度、加速度、加加速度曲线1—速度曲线2—加速度曲线3—加加速度曲线图7-5实际应用的两种电梯速度曲线加、减速度不能太小。1)为了获得好的舒适感,电梯速度曲线在转弯处必须是圆滑过渡

的,加、减速度最大值均应不大于1.5m/s。2)为了提高快速性,缩短运行时间,电梯在起、制动阶段不能太慢,一、变压变频调速基本原理学习任务7.2认识变压变频调速拖动系统由电机学可知,三相异步电动机的转速和电压、电流、功率

、频率、极对数、磁通、转矩等之间的关系

二、变压变频调速的分类变压变频调速可以按照各种不同的方法加以分类。1.按有无直流环节分类按有无直流环节分类,有交-直-交变频和交-交变频两类。图7-6交-直-交变频调速主电路图7-7交-交变频调速主电路2.按直流环节的特点分类按直流环节的特点来分,可分为电压型变频器和电流型变频器。3.按改善输出电压、电流波形的方法分类如果按改善输出电压、电流波形的方法分,有采用多重化技术和

采用脉冲调宽调制两种。4.按逆变器所用的开关元件分类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

及可控性。三、变压变频调速系统变压变频调速系统如图7-8所示,由图可见,不论是低速用还是

中、高速用系统,其基本公用环节由晶体管逆变器、基极驱

动电路、PWM控制电路、拖动系统计算机、速度反馈用编

码器和电流反馈用电流互感器所组成。图7-8变压变频(VVVF)调速系统1)电梯的电力拖动系统包括轿厢和门机构的拖动系统,本任务中仅

介绍拖动电梯轿厢运行的曳引机拖动系统。如按照曳引电动机是

采用直流或交流电动机,又可分为直流拖动系统和交流拖动系统

。在本任务介绍了目前常见的双速交流异步电动机拖动系统和变任务总结压变频调速拖动系统,并在“阅读材料7.1”中简单介绍了永磁同

步电动机拖动系统。2)双速交流异步电动机拖动系统采用变极调速的电梯专用双速电

动机,由于是有级调速,运行的平衡性与乘坐的舒适性相对较差,目

前在一些20世纪生产的货梯或客货两用梯中仍有使用。3)变压变频(VVVF)交流异步电动机拖动系统,以其优异的性能和

性价比,已成为大部分新装电梯的拖动方式;永磁同步电动机近年

来开始在快速、高速无齿电梯中应用,是目前最有发展前途的。4)在设计电梯运行全过程的速度曲线时,既要考虑快速性的要求,

也要考虑乘坐舒适性的要求。3.因为变极调速是有极调速,所以由双速电动机拖动的电梯乘坐的

舒适感相对较差。()4.变压变频(VVVF)调速属于恒转矩调速。()5.电梯的快速性要求永远是设计电梯速度曲线时考虑的第一要素

。()7-4学习记录与分析1.分析表7-1、表7-5中记录的内容,总结观察电梯两种拖动系统的

主要收获与体会。学习任务8认识电梯的电气控制系统

一、电梯的电气控制系统概述1.电梯电气控制系统的功能电梯电气控制系统的功能是:对电梯的运行过程实行操纵和控制,

完成各种电气动作功能,保证电梯的安全运行。学习任务8.1认识电梯继电器的控制系统2.电梯电气控制系统的类型电梯的电气控制系统在20世纪80年代前,基本是采用继电器逻辑

电路,它具有原理简明、直观、容易掌握的优点,通过学习继电器

逻辑电路,有助于掌握电梯控制电路的原理和各控制环节的逻辑

关系。PLC控制系统具有编程方便、抗干扰能力强、工作可靠性高、易

于构成各种应用系统,以及安装维护方便等优点。目前国内已有

多种类型PLC控制电梯产品,而且更多的在用电梯已采用PLC进行技术改造。控制功能虽然没有微机控制功能多、灵活性强,但它

综合了继电器控制与微机控制的许多优点,使用简便,易于维护。(3)微型计算机控制系统1)微机用于召唤信号处理,完成各种逻辑判断和运算,取代继电器

控制和机械结构复杂的选层器,从而提高了系统的适应能力,增强

了控制系统的通用性。2)微机用于控制系统的调速装置,用数字控制取代模拟控制,由存

储器提供多条可选择的理想速度指令曲线值,以适应不同的运行状态和控制要求。与模拟调速相比,微机控制可实现各种调速方

案,有利于提高运行性能与乘坐舒适感。3)用于群梯控制管理,实行最优调配,提高运行效率,减少候梯时间,

节约能源。由微机实现继电器的逻辑控制功能,具有较大的灵活

性,不同的控制方式可用相同的硬件,只是软件不相同。当电梯的

功能、层站数变化时,通常无需增减继电器和改动大量外部线路,

一般可通过修改控制程序来实现。电梯电气控制系统由各种电器和电器元件所组成,根据各自

的功能和作用分为若干个基本电路,这些元器件又分别安装

在如控制柜(屏)、呼梯按钮盒和操纵盘等装置中。1.操纵盘图8-1电梯轿厢内的操纵盘二、电梯电气控制系统的主要装置2.层楼指示器电梯层楼指示器用于指示电梯轿厢目前所在的位置及运行方向。1)信号灯。一般在继电器控制系统中使用,在层楼指示器上装有和

电梯运行层楼相对应的信号灯,每个信号灯外都采用数字表示。

当电梯轿厢运行到达某层时,该层的层楼指示灯就亮,指示轿厢当

前的位置,离开该层时相应的指示灯就灭。上、下行方向指示灯

则通常用“▲”(表示上行)和“▼”(表示下行)来指示。2)数码管。一般在微机或PLC控制的电梯上使用,层楼指示器上有译码器和驱动电路,显示轿厢到达层楼位置。有的电梯还配有语

音提示(语音报站、到站钟)。3)无层灯的层楼指示器。有的电梯(如群控电梯)除基站厅门外装

有数码管的层楼指示器外,其他各层楼厅只装有上、下方向指示

灯和到站钟。(2)层楼信息的获取方法1)由机械选层器获取。装有机械选层器的电梯,通过选层器的触点

接通来获取层楼信息。2)由安装在井道中的层楼信号感应器获取。层楼信号感应器(如干

簧管继电器)安装在井道中(每层一个),当电梯的轿厢运动时,轿厢

顶部的隔磁板插入层楼信号感应器中发出信号。原理可见下面介

绍的平层装置。3)由微机选层器获取。由微机(或PLC)控制的电梯,通过对旋转编

码器或光电开关的脉冲计数,可计算出电梯的运行距离并由此确

定轿厢当前所在的层楼位置。呼梯按钮盒是给厅外乘用人员提供召唤电梯的装置。4.平层装置(1)平层装置的结构与原理图8-2平层装置安装位置示意图3.呼梯按钮盒图8-3平层感应器结构1—动合触点2—切换触点3—动断触点4—U形磁钢5—隔磁板6—干簧管7—

盒体8—接线端图8-4平层感应器的外形1)当电梯轿厢上行接近预选的层站时,电梯运行速度由快速减为慢速继续上行,装在轿厢顶上的上平层感应器先进入隔磁板,此时电

梯仍继续慢速上行。2)接着开门区域感应器进入隔磁板,使干簧管继电器动作,开门继

电器提前吸合,轿门、厅门提前打开。3)此时轿厢仍然继续慢速上行,当隔磁板插入下平层感应器时,轿

厢平层停在预选层站。如果没有装中间的开门区域继电器,则没

有提前开门的功能,而平层的效果是一样的。4)如果电梯轿厢因某种原因超越平层位置时,上平层感应器离开了隔磁板,通过电路控制能够使电梯反向下行再平层,最后回到准确

的平层位置再停止。5.选层器(1)选层器的主要功能1)根据(电梯轿厢内、外的)选层信号及轿厢当前所在位置确定电

梯的运行方向性。2)当电梯将要到达所需停站的楼层时,发出换速信号使其减速。3)当平层停车后,消去已应答的呼梯信号,并指示轿厢位置。

(2)选层器的类型1)机械式选层器。机械式选层器的原理是以机械方式模拟电梯轿厢运行的状态,准

确反映轿厢运行位置,并以有触点的开关信号对电梯进行控制。2)继电器式选层器。继电器式选层器是通过安装在井道内每一层的层楼信号感应器,

在轿顶装隔磁板或双稳态开关来获得轿厢位置信号,由继电器实

现轿厢位置控制。3)数字式选层器。它由专门的选层传送信息装置与接收装置组成,并经微机处理与

运算来完成选层任务。6.电气控制柜(屏)电气控制柜(屏)是电梯实现控制功能的主要装置,电梯电气控制系

统中的绝大部分的继电器、接触器、控制器、电源变压器、变频

器等均集中安装在电气控制柜(屏)中。7.检修装置在轿顶设有电梯检修装置,供电梯检修时使用。8.门机及调速电阻箱电梯多使用直流电动机作为门开关的拖动电动机,利用直流电动机的良好调速性能,通过切换电阻改变电动机的电枢电压,可以调

节开关门速度。9.行程终端限位保护装置为防止电梯超越行程位置发生冲顶和蹾底,在井道的上下两端安

装了强迫换速开关、限位开关和极限开关,具体可见后面的“学

习任务9.3”。三、电梯电气控制系统的文字符号在学习具体的电气控制系统之前,先对电梯电气控制系统的

文字符号作一简要说明:目前电梯的电气图样和文件均已采

用新国标,但在一些现仍在使用的电梯中,其文件和图样仍有

采用旧标准的,加上一些电梯维保人员对新标准也有一个学

习和熟悉的过程,因此将一些采用旧标准的电梯电路常用文

字符号列于“附录B”中,供对照参考。四、电梯的继电器电气控制系统如上所述,电梯的继电器控制系统已不再生产,仅在一些尚未被淘汰的货梯或客货两用梯中使用。1)能按照目的楼层自动选择运行方向。2)到达目的楼层能自动停层。3)停层后能自动平层并自动开门。电梯的自动控制过程如下:XPM型电梯电器元件明细表见表8-1。表8-1XPM型电梯电器元件明细表1.各部分电路全电路的电气原理图如图8-5所示,主要电器元件的明细表见表8-1

。XPM型电梯是根据使用者在轿厢内发出的选层指令信号选择上、

下行方向的,轿厢内选层指令信号电路在图区60~64,SB6~SB10是

在轿厢内操纵屏上1~5层楼的选层指令按钮,当使用者按下代表欲达层站的指令按钮后,选层指令信号由相应的选层指令继电器KA2

0~KA24记存。选层指令信号的消除采用短接KA20~KA24线圈的

方法,由图可见在KA20~KA24的线圈分别并联了对应楼层的楼层

信号继电器KA25~KA29的动合触点,当轿厢在该层停靠时,M1换

成低速,KM5断电,KM5的辅助动断触点(0-125)闭合,使该层的选层

信号继电器线圈被短接,其自锁触点断开。为防止线圈被短接时

造成电源短路,在各支路中串联了电阻。图8-6自动选向电路原理图(5)楼层信号电路图8-7停层控制电路原理图KT6称为“停层”继电器,在电梯运行期间,只要KT6通电动作,电

梯就换速并准备在该楼层平层停靠。确定电梯是否在该层停靠的

依据也有两个:一是有无该层的选层信号,二是电梯(轿厢)是否到达

该层,两者是“与”的逻辑关系。

(9)平层电路XPM型电梯具有平层功能,即当轿厢停靠在任何一层楼,都能确保

准确地停在使轿厢底板与楼面平齐的位置上。平层功能主要由上

、下平层感应器KR6、KR7控制的上、下平层继电器KA7、KA8

(图区49、50)实现,其触点在上、下行接触器KM1、KM2的支路中

(图区7、8,亦可见图8-8)接成一“桥式”电路,当电梯轿厢接近欲停靠的层楼并换成低速运行时,装在轿厢顶部的KR6、KR7依次被

平层隔磁板插入,由此控制KA7、KA8→KM1、KM2,实现电梯的

平层和反向平层。电路原理和平层控制的过程将在下面详细介绍

。(10)呼唤信号电路XPM型电梯可由装在各层厅门外的呼唤按钮向轿厢内的操作者发

出呼唤(电梯)的信号,呼唤信号电路在图区28~35,1SB、2~4SB2为1

~4层的上呼唤按钮,2~4SB1、5SB为2~5层的下呼唤按钮,对应所控制的继电器为KA36~KA43,并由KA35接通蜂鸣器HA2发出呼唤的

音响信号。与选层信号电路一样,呼唤信号的消除也是采用短接

KA36~KA43线圈的方法。呼唤信号被消除的条件是:电梯同向运

行并到达该楼层,所以分别由KA11和KA14(上、下行辅助继电器)

的动断触点(161-162)、(160-162)控制上、下行两条支路,当电梯准

备停层时,起动继电器KA17断电,其动断触点(0-162)闭合,相应的呼

唤信号继电器线圈被短接,呼唤信号被消除。(11)信号指示灯电路(12)辅助电路2.各控制环节这里以一个使用电梯的全过程为例,说明XPM型电梯各自动控制

环节的功能。XPM型电梯是由司机在轿厢内操纵的,每当使用完电梯之后,必须

将轿厢驶回基站(一般为底层,在本例中为一楼),此时基站行程开关

SQ4被压合,SQ4的动合触点(10-11)(在图区39)闭合,为接通关门继

电器KA3做好准备,然后司机应按如下程序操作:1)在使用电梯前,司机在基站厅门外用钥匙转动SA2:2)电梯门打开后,司机可进入轿厢内,用另一把钥匙转动SA1:转动SA1→SA1(1-2)接通→KA1通电→KA1的动合触点均闭合→

全部控制电路都通电、KR7及位于两者中间的开门区域感应器KR8,分别控制对应的继

电器KA7、KA8、KA9(图区49、50、51),控制平层的桥式电路位

于图区7、8,为便于分析平层过程,现将该电路单独画于图8-8中。M1换速后,轿厢以慢速运行,并准备平层。上、下平层感应器KR6图8-8平层控制电路原理图图8-9XPM型电梯的行程终端限位保护装置示意图3.电路的各安全保护环节(1)电梯运行电路与开关门电路的互锁环节XPM型电梯还装有安全窗,当电梯因出现故障而使轿厢偏离停层

位置停在井道中间时,轿厢内的人员如果无法使用应急和检修开

关开动电梯,一方面可用报警电铃(电话)向外发出报警信号,并且可

以从轿顶的安全窗爬出轿厢,从里面扳开厅门或进入另一辆电梯

的轿厢(如果同一井道内有两辆电梯)。此时串联在KA1支路的安

全窗开关SQ1的动合触点(2-3)断开(因为当安全窗关闭时,SQ1被压

合,所以使用动合触点),由KA1切断控制电源。(5)电路的各种常规保护图8-10亚龙YL-770型电梯电气安装与调试实训考核装置外观图一、产品概述YL-770型电梯电气安装与调试实训考核装置是YL-777型电梯安

装、维修与保养实训考核装置的配套设备之一,如图8-10所示。该

装置是根据当前真实电梯的安装、调试、维修和保养教学要求而

开发的电梯实训教学平台。它适用于各职业院校、技工类学校的

楼宇自动化、机电自动化等电梯相关专业以及职业资格鉴定中心

和培训考核机构。本装置采用了L形支架结构,以便于在多台并排布置时形成实训室

工位式布局。二、主要技术指标1)电源输入:三相五线AC380V50Hz。2)安全保护:接地,漏电(动作电流≤30mA),过电压,过载,短路。3)整机功耗:≤0.3kW。4)整机重量:≤150kg。5)外形尺寸:1570mm×1140mm×2000mm(长×宽×高)。本装置可开设的教学实训项目主要有5项,见表8-4。三、可开设的实训项目电梯的微机控制系统简述随着半导体集成电路的出现和发展,尤其是在20世纪70年代

末到80年代初,微机控制技术开始在各个自动化控制领域中

获得广泛应用,先进的工业国家已成功地把微机控制技术应

用于电梯控制系统中,在电梯控制上采用微型计算机取代传

统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。学习任务8.2认识电梯微机控制系统一、MCTC-MCB微机控制系统构成MCTC-MCB微机控制系统由MCTC-MCB微机主控制板(包括CPU

、存储器、时钟电路、输入/输出接口、通信接口、数码显示管

等,如图1-17c所示)、内呼系统、外呼系统、主电机变频控制器、

门机变频控制器、楼层显示器、检修电路以及各种驱动执行元件

等构成,如图8-11所示。图8-11MCTC-MCB微机控制系统构成示意图微机主控制板MCTC-MCB微机主控制板安装在电梯的控制柜中,如图1-17b所示

。主控制板通过输入/输出接口、通信接口与控制系统的其他功

能电路(模块)以及各种驱动执行元件联系。图8-11中,X1~X27和L

1~L4、L10/L16为输入接口;Y1~Y3、Y6~Y22为输出接口。二、MCTC-MCB微机控制系统的工作原理YL-777