電梯電力拖動系統(tǒng)概述(ppt 49頁).ppt

1、2021/2/12,1,第六章 電梯電力拖動系統(tǒng),主講：王立忠 時間：2014年4月10日,電梯與自動扶梯技術檢驗,2,第一節(jié) 0,一、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)。通俗講就是將電能轉換成機械能使電梯運行。 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,3,第一節(jié) 1,二、分類 1.交流變極調速系統(tǒng)： 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

2、用1m/s以下低速電梯及貨梯。八十年代前是各電梯公司的主流產(chǎn)品,4,曳引機,交流雙速電梯曳引機 采用變極調速系統(tǒng),5,第一節(jié) 2,二、分類 1.交流調壓調速系統(tǒng)： 一般采用雙速或帶有渦流制動器的電動機作動力，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。隨著變頻技術的出現(xiàn)，屬于淘汰型產(chǎn)品,6,曳引機,調壓調速曳引機 雙繞組或雙速設計，帶有強制風冷裝置,7,第一節(jié) 3,二、分類 3.變頻變壓調速系統(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

3、電電壓和頻率進行調節(jié)，改變電動機轉速（屬無極調速）。調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。缺點成本高、變頻系統(tǒng)相對復雜,8,曳引機,變頻調速曳引機 單繞組設計，內渦輪風機冷卻,9,曳引機對比,三類驅動主機比較圖,10,第一節(jié) 4,二、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。或直接控制晶閘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。隨著變頻技術的發(fā)展，將被變頻控制所取代。主要缺點：使用發(fā)電機系統(tǒng)，體積

4、大、能源使用率低、噪聲大需經(jīng)常維護,11,第一節(jié) 5,三、特點 1.電梯的負載情況： 電梯負載隨載重量而變化，運轉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)且有可控的輸出轉距，在任何情況下都要有良好機械控制性能,12,第一節(jié) 6,三、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16.84m/s,13,電梯理想運行曲線,

5、T0 電梯啟動加速；F0電梯勻加速； T1 勻加速到穩(wěn)速運行；T2穩(wěn)速運行到勻減速；F1勻減速運行；T3勻減速到停止,14,第一節(jié) 7,三、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,15,第一節(jié) 補充,新技術及其應用 1. 永磁同步電機 同步電機不是新技術，高強永磁體技術的發(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，機械結構簡單，可做到免維護運行；無減速箱，傳動效率高，省

6、去了加油、換油的麻煩；速度調節(jié)范圍廣且在高速和低速狀態(tài)下都具有良好的性能；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，技術仍需要改進和完善,16,永磁曳引機,永磁同步曳引機圖片,17,第一節(jié) 補充,新技術及其應用 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,18,關于同步無齒上行超速,根據(jù)國標9.10.4上行超

7、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)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（封星），當電動機非正常運轉時，所發(fā)出的電力被短路，能量消耗在電機繞組的內阻里；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,19,第一節(jié) 8,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

8、。 電源的穩(wěn)定性高，波動范圍7%范圍內。 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,20,第一節(jié) 9,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容量，并具有切斷正常情況下最大電流的能力。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速電梯中，開關易發(fā)生錯誤動作,21,簡易配電箱,簡易配電箱圖片,22,第一節(jié) 10,供電與主機控制 3. 井道布線 使用符合標準線材

9、，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60,23,第一節(jié) 11,供電與主機控制 4. 隨行電纜 隨行電纜安裝前應消除應力，防止打結和波浪扭曲，安裝位置不與其他電梯部件相干涉；（平層板、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。 回轉半徑大于電纜厚度（扁電纜）或直徑（圓電纜）的30倍（內控標準）,24,第一節(jié) 12,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； 轎廂加強筋內不得布線；

10、 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,25,第一節(jié) 13,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,26,第一節(jié) 14,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

11、器、調速器）和控制時，采用兩個接觸器分別切斷供電電源和電機電流,27,第二節(jié) 1,交流變極調速系統(tǒng) 改變電機磁場極數(shù)達到改變電機轉速的目的，屬于間歇式工作狀態(tài)。 電機轉速=60電源頻率極對數(shù) 電機結構為雙繞組設計，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，快速接觸器，串接電抗器、電阻器作用到電動機，接近額定轉速，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,28,第二節(jié) 2,交流變極調速 檢修操

12、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，防止接觸器同時吸合?？丛韴D，如果出現(xiàn)上述情況，相當于電梯電源直接短路,29,交流電動機的內部結構,30,第三節(jié) 1,交流調壓調速系統(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，降低電機轉速。具有速度測量裝置，將電機轉速信號反饋到調速裝置。調速裝置內部產(chǎn)生運行曲線，與反饋曲線進行

13、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,31,第三節(jié) 2,1、簡易交流調速（半閉環(huán)） 使用交流雙速電機，電梯快車起動串接電抗器，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)通常配有碼盤計數(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,32,第三節(jié) 3,全閉

14、環(huán)交流調速系統(tǒng) 速度反饋裝置貫穿整個電機控制，由調速裝置精準控制電機運行。起動時，調速器依據(jù)內部運行曲線給電動機輸出電壓，通過速度反饋信號，靠改變調速器輸出電壓使電動機起動，并按照內部曲線運行。需要減速時，調速裝置向電動機低速繞組或渦流制動器內接入可控直流電，使電機穩(wěn)定減速，按照內部曲線運行，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谡麄€電機運行中，調速器始終監(jiān)控和調節(jié)電機的運轉，控制精度較高,33,調壓調速器圖片,米高330調壓調速器外形,34,第四節(jié) 1,交流變頻調速系統(tǒng) 3. 基本原理： 交流電機速

15、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,35,變頻器實物照片,常用變頻器圖片,36,第四節(jié) 2,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，改變運轉速度，拖動電梯的運行

16、。 電力半導體控制采用脈寬調制（PWM）技術，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,37,變頻器主電路,主回路原理圖,38,第四節(jié) 3,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，電機以額定轉速運轉。在電機需要減速時，降低輸出頻率，此時的轉差造成電機處于發(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，隨后制動器落閘

17、，電梯停止,39,第四節(jié) 3,變頻器驅動信號 1. 方向信號：由控制系統(tǒng)給出，控制變頻器輸出相序，改變電機運轉方向。 2. 速度指令：由控制系統(tǒng)給出，控制變頻器輸出頻率，調節(jié)電機運轉。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編碼器產(chǎn)生，輸出給變頻器，構成閉環(huán)調速系統(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距進行矯正,40,第一節(jié) 雙向變頻技術,新技術及其應用 雙向逆變變頻器 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，

18、另一組則是在直流母線電壓高于閥值時，向電源側反饋多余電能，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，通力電梯近兩年也推出了自己的帶有能量反饋的產(chǎn)品,41,旋轉編碼器實物圖片,常用編碼器圖片,42,第五節(jié) 1,直流調速系統(tǒng) 3. 基本原理： 根據(jù)直流電機的特性，電機轉速與電壓成正比，給定電壓越高，電機轉速也就越高?？刂齐姍C電壓就控制了電機轉速。 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的不成熟。現(xiàn)代直流控

19、制，舍去了直流發(fā)電系統(tǒng)，直接采用晶閘管調節(jié)輸出電壓，控制直流電機運行。最新技術則采用直流脈寬調制，改變直流電壓輸出,43,第五節(jié) 2,直流電梯的運轉 早期源動力交流電動機始終運轉，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，驅動直流電機運轉，達到額定速度維持勵磁強度。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。 現(xiàn)在使用晶閘管或脈寬調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，降低電機轉速，直到停止,44,直流電動機結構,直流電動機解剖圖,45,直流驅動優(yōu)缺點,優(yōu)點：調速性能優(yōu)異；機械特性硬。 缺點：電動機結構復雜，經(jīng)常需要檢查維護；存在勵磁系