电梯电气系统概论【培训资料】.ppt

1、第一节是电梯电气系统的发展历程，电梯卷筒电梯的诞生：(美国)蒸汽机驱动绞车的年代；一种带蒸汽动力安全装置的载人电梯年度曳引电梯，其结构特点是钢丝绳挂在曳引轮上，曳引轮的一端与轿厢连接，另一端与对重连接，电机带动曳引轮转动，通过钢丝绳与曳引轮槽的摩擦，轿厢和对重可以反向运动一升一降。本世纪初，美国电气系统交流双速变极调速电梯随着电机驱动技术的发展而发展。20世纪80年代，电压调节和频率调制技术被应用于电梯领域。今天，电梯已经进入了使用需求和新技术应用全面发展的时期。随着智能化和信息化的兴起，电梯不仅完成了垂直运输的基本功能。以人为本，提高安全性和舒适性，特别是在智能操作控制、合理配置和使用、远程

2、监控和故障诊断、节能减排等方面。第二节，电梯的现状，电梯在工业发达国家被广泛使用。电梯的技术、服务状况和生产数量也反映了一个国家的现代工业水平。全世界有近900万部电梯在使用，对30万部电梯的需求每年都在增加。国际知名电梯公司：美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱日立公司、芬兰通力公司、德国蒂森公司、日本富士通公司等。21世纪以来，中国电梯制造业进入高速发展阶段。随着国民经济建设的发展，房地产业已经进入中小城市，人民的物质文化生活水平迅速提高，电梯产量持续增长。中国电梯产量的增长、中国电梯的进出口量以及电气系统的组成和功能在第三节中，人们通常将电梯的机械系统和电气系统称为电梯的机械系统，电梯

3、的电气系统由电气驱动系统和电气控制系统组成。其中，电梯轿厢是拖动控制的对象和目标，电机是拖动的主要动力设备。电驱动系统电梯电驱动系统的功能是为电梯提供动力，控制电梯的启动加速、平稳运行和制动减速。曳引系统的优劣直接影响电梯起停时的加减速性能、调平精度、乘坐舒适性等指标。目前，电梯的牵引系统分为DC电机牵引、交流电机牵引和永磁同步电机牵引。单相和三相异步电动机的调速方法，如改变Tmax、Sm、P和F参数，在一定负载下获得不同的速度，相应地有以下几种调速方法。1.电压调节和速度调节，改变电源电压时的人工机械特性如下所示：2 .转子回路串电阻调速，原理接线图和机械特性如下所示：3 .改变磁极对数调速

4、，根据n0=60f/p，同步速度n0与磁极对数p成反比，所以可以通过改变磁极对数p来改变电机速度。有两种常用的接线方法：4。变频调速。改变定子电源频率时的人工机械特性如下：4 .异步电动机的速度与定子电源的频率f成正比。如果定子电源的频率连续调节，电机的速度可以连续变化。第二，DC电机的调速方法，以下只是对分励DC电机调速方法的一般性介绍。从DC分励电动机的力学特性方程可知：(1)改变电枢电路的电阻半径；通过改变电枢供电电压，可以获得不同的人工机械特性从这些特性可以看出，在一定的负载转矩t1下，通过串联不同的电阻可以获得不同的速度。例如，当电阻为Ra、R1、R2、R3时，可分别获得稳定工作点A

5、、C、D和E，相应的转速为nA、nB、nC和nd。2、改变电机的电枢供电电压。如图所示，其特点是改变电枢供电电压U进行调速。从这些特性可以看出，在一定的负载转矩t1下，通过向电枢施加不同的电压可以获得不同的速度。如果电压为UN、U1、U2和U3，则可分别获得稳定工作点A、B、C和D，相应的转速为na、nb、nc和nd。也就是说，改变电枢电压可以达到调速的目的。3、改变电机的主磁通，如图所示，曲线是改变电机主磁通的调速特性。从这些特性可以看出，在一定的负载功率PL下，不同的主磁通N，1，2，可以得到不同的转速na，nb，nc。即改变主磁通可以达到调速的目的。改变DC电机调速的优点是调速平稳无级；

6、经济调速，控制方便；坚硬的机械特性和良好的稳定性。然而，由于电机在额定状态下运行时磁路接近饱和，通常只能降低磁通，提高速度，因此调速范围很小。改变电枢电压调速的优点是不改变电机机械特性的硬度，稳定性好；控制灵活方便，可实现无级调速；调速范围广，可达610。然而，电枢绕组需要单独的可调DC电源，并且设备复杂。电枢串联电阻调速方法简单方便，但调速范围有限，机械特性变软，电机损耗增加太多，只适用于对调速范围要求不高的中小容量DC电机的调速场合。(1)带齿轮的DC马达用于驱动，早期电梯的原动机都是DC马达，所以在19世纪中期，DC驱动是当时电梯的唯一驱动方式。DC电机具有调速性能好、调速范围宽的特点，

7、因此具有速度快、舒适性好、调平精度高等优点。(2)19世纪末，在齿轮交流电机的驱动下，电力系统中出现了三相交流电源，同时发明了一种实用的交流感应电机。因此，自20世纪初以来，交流传动已广泛应用于电梯中。目前，电梯常用的交流传动系统的特点如下：1)交流变极调速系统，为了使电梯在楼层上准确水平，电梯在停止前的速度越低越好，这就要求交流电机不仅有一个速度，而且有两个或三个速度。改变速度的最简单方法是改变电机定子绕组的极数。因为交流异步电动机的转速与其极数成反比。可以通过改变电机的极数来改变电机的同步速度。这种步进调速系统大多采用开环控制，简单经济，因此在电梯中得到广泛应用。然而，乘坐舒适性差，所以一

8、般应用于不需要平滑调速、额定速度不超过1米/秒的货物电梯和低层公寓。随着电子技术的发展，交流调速理论和交流传动技术得到了迅速发展，特别是在20世纪70年代初，随着大规模集成电路和计算机技术的发展，交流调速传动系统在电梯中得到了广泛应用。该系统采用晶闸管闭环调速，其制动减速度可采用涡流制动、能耗制动和反接制动，使得平顺性和调平精度明显优于交流双速驱动系统。目前主要用于额定速度在2.5m/s以下的电梯。1984年，三菱电机公司制造了第一台变频变压控制电梯。经过几年的发展，变频调速是通过改变电源频率来调节异步电动机的同步速度。然而，根据电梯的要求，有必要保持电机的最大转矩恒定和保持磁通量恒定，即，在

9、改变电源频率的同时，相应地调节施加到电机定子的电源电压，以达到电机速度的目的。目前，VVVF控制技术发展迅速。矢量变换控制的VVVF系统电梯速度可达12.5米/秒，调速性能达到DC电机水平。并且具有节能、高效、驱动控制设备体积小、重量轻、乘坐舒适性好等优点。电梯电气驱动系统的应用方法及特点。(3)永磁同步无齿电机驱动，永磁同步电机驱动是近年来发展起来的一种新型驱动方式。普通电机的磁场能量由流经线圈的电流激发；永磁同步电机不需要励磁电流，其磁极由永磁材料制成。与齿轮交流电机相比，由于取消了蜗轮、行星齿轮等减速机构，传动系统的电机与牵引绳轮同轴，曳引机结构简单紧凑，易于小型化和轻量化。目前，它广泛

10、应用于小机房电梯，尤其是无机房电梯。与DC电机相比，永磁同步电机的基本原理是基于反向DC电机。永磁同步电机采用由转子位置控制的变频器(或其他电力电子开关器件)代替由换向器和电刷组成的机械整流器和逆变器，使电路无接触。此外，由于转子由高磁能积的稀土永磁材料制成，控制装置全部由大功率晶体管组成，电机的转矩惯性比大。良好的动态性能，同时保留了DC电机原有的优势，该电机具有较高的低速特性、调速精度、快速响应性能、长寿命、低功耗和维护简单。永磁同步电机还具有噪声低、振动小、无需润滑、无谐波干扰等优点，并能提高电网的功率因数。同时，由于其运行速度较低，断电时接触器的动触头会使电机定子的电枢绕组短路，当超速

11、(无论是上升还是下降)发生时，控制系统在监测到超速信号后会立即切断电源的供电电路。此时，静态绕组切断旋转永磁体产生的磁场并感应电势。上游超速保护装置也被省略，这降低了在高速运行期间由高温引起的部件损坏的安全风险。电梯电气控制系统主要是指对电梯主牵引电机和龙门吊的启动、运行方向、减速和停止的控制，以及对各层台显示、层台呼叫、轿厢内指令和安全保护等指令信号的管理。操纵是实现每一个控制环节的方式和手段。控制系统的功能和性能直接决定了电梯的自动化程度和运行性能。随着微电子技术、交流调速理论和电力电子技术的快速发展和广泛应用，不仅提高了电梯的整体性能，也提高了电梯的乘坐舒适性、电梯控制的技术水平和运行可

12、靠性。除了传统的继电器控制外，电梯产品的可编程控制器控制和微机控制已经成为主流。(1)继电器-接触器控制，该控制系统简单易懂，电路直观易掌握。系统通过打开和关闭继电器-接触器触点进行逻辑判断和计算，然后控制电梯的运行。但是，从使用的角度来看，该系统存在以下缺点：1)触头容易磨损，电接触不好，故障率高；2)接触闭合缓慢，运动缓慢；3)设备体积大，控制柜占用机房面积大；4)控制系统能耗大；5)维护、接触器、继电器、热继电器、五层站KTJ-/1.0-XH交流双速信号控制电梯电气控制原理图、五层站KTJ-/1.0-XH交流双速信号控制电梯电气控制原理图(续)，(2)可编程控制器控制，可编程控制器是以微

13、处理器为核心的工业控制器。其基本结构由中央处理器、输入输出模块、存储器和编程器组成。与微机相比，它具有以下主要特点：1)编程简单，易于理解和学习；2)抗干扰能力强，可靠性高；3)灵活简单的应用系统；4)安装维护方便：结构、整体、模块化；3)微机控制。微机在电梯控制中的应用是当代电梯技术发展的重要标志。微机在电梯控制中的应用主要有以下几个方面：1)微机用于调用信号处理，完成各种逻辑判断和运算，用复杂的机械结构代替继电器控制和层选择器。2)用微机控制系统的调速装置，用数字控制代替模拟控制，通过存储器提供多个可选的理想速度指令曲线值，以适应不同的工况和控制要求。3)用于梯组控制和管理，实现优化配置，

14、提高运行效率，减少梯子等待时间，节约能源。微机控制系统由中央处理器(由运算单元和控制器组成的中央处理器)、存储器、输入输出接口等主要部分组成。中央处理器主要完成各种呼叫信号处理、逻辑和算术运算、安全检查和故障判断，并发出控制指令和速度指令。存储器用于存储各种运行速度指令曲线数据、楼层数据、运行控制程序等。输入输出接口电路用于中央处理器与外围设备或电路之间的信号传输和电平转换，并通过光电耦合隔离外部干扰。变速器控制系统简介变速器控制系统结构示意图。综上所述，电驱动和电控系统是电梯的动力源和运行管理控制中心，是电梯机电系统的有机结合，保证了电梯安全、可靠、舒适、快速运行和运输任务的完成。电梯电气系

15、统的发展趋势和运行性能在很大程度上取决于电梯电气驱动系统的优缺点，而功能的完善性和灵活性、可靠性、智能服务以及安全性和稳定性则取决于电梯的信号控制系统。目前，大多数厂家普遍选用通用变频器PLC，配合低压电器组成电气系统或通用变频器微机(32位微处理器)，其优点是可靠性高，技术容易掌握，但缺点是技术依赖性强，选择余地小，不能满足某些特殊要求。对于一些大品牌制造商，电梯电气系统采用特殊变频器，可采用IGBT(大功率绝缘栅晶体管)、GTR(大功率晶体管)和IPM(智能控制)模块，并选择16位或32位微处理器。它通信能力强，扩展性强，可不断改进和升级，故障显示代码范围广，便于维护。近年来，电气系统有向

16、控制和驱动一体化机器发展的趋势。所谓集成就是将变频器和微机信号系统合二为一，其优点是便于两者之间的通讯，减少连接线，降低成本，减小体积。此外，与电气系统相关的一些发展方向如下：电梯监控技术的应用，电梯监控是智能建筑中建筑自动控制管理系统的组成部分。电梯监控的理想长期目标是进入社会集约化管理模式，至少是一定的区域管理模式。这样做的好处是为顾客提供了一种廉价、安全和舒适的电梯服务。目前，所有主要的电梯制造商都可以用标准协议进行通信，以提供电梯的运行状态或接收来自外部的控制指令，即使程序2无线远程监控装置除了值班中心的电梯供应商提供的用于简单显示电梯运行状态并与电梯轿厢进行内部通信的电梯监控板外，无线远程监控装置还可以实时监控小区内的多台电梯。无线远程监控系统电梯电气控制原理图，二次门禁保护也有一部分将电梯带入门禁控制区的一些重要场所。通常，读卡器或指纹识别器安装在电梯厅的入口处或电梯内。通过读取卡或预先存储的指纹，可以确定乘客的身份，从而确定电梯是否响应并运行到要停放的楼层。电梯ic卡管理系统的电气控制原理图、电梯IC卡管理系统的拓扑图以及三种远程控制技术，为了缩短乘客等待电梯的时间，提前通过远程控制将其他楼层待命的电梯呼叫到乘客楼层，以便乘客到达时可以直接使用。近年来，四永磁同步变频调速技术和新型永磁同步变频调速技术不仅广泛应用于牵引