《电梯控制技术》ppt课件

1、电梯的拖动控制系统第一节 概述第一节 概述同许多工业消费过程一样，电梯作为机电严密结合的产品，在其运转过程中，为了维持正常的任务条件，就必需对某些物理量如：电压、位移、转速等进展控制，使其能按照一定的规律变化。一、拖动控制系统的根本概念(一)自动控制 所谓自动控制，就是没有人的直接参与，而是利用控制安装本身支配对象，从而使被控量恒定或按某一规律变化。二开环控制 图4-1所示开环转速控制系统，其特点是只需输入量ur对输出量n起单向控制造用，而输出量n对输入量ur却没有任何影响和联络，即系统的输出端和输入端之间不存在反响回路。开环系统的方框图可用图4-2表示。图中箭头表示元部件之间信号的传送方向。

2、作用于电动机轴上的阻力矩用Mc表示，称之为干扰或扰动。 图4-1 开环转速控制系统原理图 图4-2 开环转速控制系统方框图 开环控制系统的精度，主要取决于ur的给定精度以及控制安装参数的稳定程度。由于开环系统没有抵抗外部干扰的才干，故控制精度较低。但由于系统的构造简单、造价较低，故在系统构造参数稳定、没有干扰作用或所受干扰较小的场所下，仍会大量运用。 三闭环控制系统 在图4-1所示系统中，参与一台测速发电机，并对电路稍作改动，就构成了转速闭环控制系统如图4-3所示。它抑制了开环控制系统精度不高和顺应性不强的缺陷，由于引入反响环节，使输出量对控制造用有直接影响。因此，提高了控制质量。相应的系统方

3、框图如图4-4所示。由于采用了反响回路，致使信号的传送途径构成闭合环路，使输出量反过来直接影响控制造用，以求减小或消除偏向。 图4-3 闭环转速控制系统原理图 图4-4 闭环转速控制系统方框图 闭环控制系统具有很强的抵抗扰动的才干。假设图4-3所示系统原已处在某个给定电压ur相对应的转速n形状下稳定运转，当遭到某些干扰如负载转矩Mc忽然增大而引起转速下降时，系统就自动地产生如下的调整过程：Mc n u =ur-uf ua n结果，电动机的转速降落得到自动补偿，使被控量n根本坚持恒定。 由于闭环控制系统采用了反响安装，导致设备增多，线路复杂，对于一些惯性较大的系统，假设参数配合不当，控制过程能够

4、变差，甚至出现发散或等幅振荡等不稳定的情况。 四根本性能要求 由于各种自动控制系统的被控对象和要完成的义务各不一样，故对性能目的的详细要求也不一样。总体目的都是希望实践的控制过程尽量接近于理想的控制过程，并归纳为稳定性、快速性、准确性和抗扰性。 1稳定性 稳定性是指系统重新恢复平衡形状的才干。任何一个可以正常运转的控制系统，首先必需是稳定的。图4-5为某随动系统对阶跃输入的跟踪过程，其中图4-5a为衰减振荡过程，表示系统是稳定的；图4-5b是等幅振荡过程，表示系统处于稳定与不稳定的临界形状普通以为是不稳定；图4-5c是发散的振荡过程，阐明系统是不稳定的。不稳定的系统是无法运用的， 图4-5 随

5、动系统对阶跃输入的跟踪过程 a衰减振荡过程 b等幅振荡过程 c发散振荡过程 2快速性 由于系统的对象和元件通常具有一定的惯性，并遭到能源功率的限制，因此，当系统输入给定输入或扰动输入信号改动时，在控制造用下，系统必然由原来的平衡形状阅历一段时间才过渡到另一个新的平衡形状，这个过程称为过渡过程。过渡过程越短，阐明系统的快速性越好，它是衡量现代化交通设备质量高低的重要目的之一。3准确性 对一个稳定的系统而言，当过渡过程终了后，系统输出量的实践值与期望值之差称为稳态误差，它是衡量系统稳态精度的重要目的。稳态误差越小，表示系统的准确性越好。4抗扰性 对任一系统，在其控制过程中，都会出现各种各样的扰动信

6、号，而系统对扰动的抵抗才干强弱会直接影响到输出信号或被调量的质量，扰动导致输出量的变化越小，表示系统的抗扰才干越强。五比例积分控制在自控系统中，采用比例调理器的闭环转速负反响控制系统是有静差的调速系统。要想实现调速系统的无静差，就必需改动单纯的比例控制规律，从根本上找出消除静差的方法。1积分调理器由线性集成运算放大器构成的积分调理器简称I调理器的组成如图4-6所示。从该图可以看出积分调理器具有如下特点： 图4-6 积分调理器 1积累作用 只需输入信号不为零其极性不变，积分调理器的输出就不断增长，只需当输入信号为零时，输出才停顿增长。利用积分调理器的这个特性，就可以完全消除系统中的稳态偏向静差。

7、实践运用时调理器设有输出限幅安装。2记忆作用 在积分过程中，当输入信号衰减为零时，输出并不为零，而是一直坚持在输入信号为零前的那个输出瞬时值上。这是积分控制明显区别于比例控制的地方。正因如此，积分控制可以使闭环系统在偏向输入即给定与反响的差值为零时，坚持恒速运转，从而得到无静差系统。3延缓作用 从以上分析可知，虽然积分调理器的输入信号为阶跃信号，但其输出却不能随之跳变，而是逐渐积分、线性增长。这就是积分调理器的延缓作用，这种延缓将影响系统控制的快速性。2比例积分调理器由于积分调理器具有延缓作用，因此在控制的快速性上不如比例调理器。假设一个控制系统既要到达无静差又要呼应快，可以把比例控制和积分控

8、制两种规律结合起来，构成比例积分调理器如图4-7简称PI调理器。 图4-7比例积分调理器 阶跃输入时PI调理器的输出特性如图4-8。可见当突加输入电压Uin时，输出电压突跳到KpiUin，以保证一定的快速控制造用，即比例部分起作用，随着时间的增长，积分部分逐渐增大，调理器的输出Uex在KpiUin根底上线性增长，直至到达运算放大器的限幅值。 图4-8 阶跃输入时PI调理器的输出特性 从PI调理器控制的物理意义上看，当突加输入信号时，由于电容两端电压不能突变，那么电容相当于瞬时短路，此时的调理器相当于一个放大系数为Kpi=R1R0的比例调理器，在其输出端立刻呈现电压KpiUin，实现快速控制。以

9、后，随着电容C被充电，输出电压Uex在KpiUin根底上开场线性增长积分，直至稳态。到达稳态后，电容C相当于开路，与积分调理器一样，调理器可以获得极大的开环放大系数，实现稳态无静差。 由此可见，比例部分能迅速呼应控制造用，积分部分那么最终消除稳态偏向。比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又抑制了各自的缺陷，相互补充。图4-9绘出了当PI调理器的输入信号为普通函数时调速系统负载突加时，偏向电压Un即为此波形，调理器的输出动态过程。输出波形中比例部分和Uin成正比，积分部分是Uin对时间的积分曲线，PI调理器的输出电压Uex即为这两部分的和()。可见，Uex既具有快速呼应性能，又可

10、以消除系统的静态偏向。 图4-9 普通讯号输入时PI调理器的输出特性 某调速系统的组成如图4-10所示，由于系统采用了PI调理器，必然能做到无静差调速，所以下面只着重分析系统抗负载扰动的动态过渡过程其过渡过程曲线见图4-11。 图4-10采用PI调理器的调速系统 图4-11 采用PI调理器的调速系统突加负载时的过渡过程 曲线1比例部分的输出 曲线2积分部分的输出 曲线3比例积分的输出 当负载由TL1突增到TL2时，负载转矩大于电动转矩而使转速n下降，转速反响电压Un随之下降，使调理器输入偏向Un 0，于是引起PI调理器的调理过程。在调理过程的初始阶段，比例部分立刻呼应，输出KpUn，它使控制电

11、压Uct添加U ct1，经整流后整流输出电压Ud添加Ud1。其大小与转速偏向n成正比，n越大，Uct1Ud1)越大，调理作用越强，从而使转速沿着曲线缓慢下降。积分部分的输出电压Uct2与Un对时间的积分成正比，即 或 4-19在初始阶段，由于nUn较小，所以积分部分的输出增长缓慢，如图4-11中曲线2所示。当n到达最大值nmax时，比例部分的输出Uct1到达最大值，积分部分输出Uct2的增长速度最大。以后，转速开场上升，nUn逐渐减小，比例部分的输出Uct1也逐渐减小，积分部分输出Uct2的增长速度逐渐降低，但其数值本身依然是向上增长的，并对转速的上升起主要作用，直至转速恢复到原值，n=0，U

12、=0，此时Uct2停顿增长，并坚持在这个数值上，而比例部分输出Uct1衰减为零。这样积分作用的结果最终使Uct比原稳态值Uct1高出Uct成为Uct2,进而添加了整流电压Ud，从而使转速回到原来的稳态值上，实现了转速无静差调理。 总的Uct变化曲线为曲线1和曲线2相加。在整个调理过程中，初始和中间阶段比例部分的调理起主要作用，它迅速抑制转速的下降，使转速上升。在调理过程的后期，转速降落已很小，比例调理的作用已不显著，而积分调理作用上升到主要位置，并依托它最终消除静差。 从上述的系统抗负载扰动过程变化曲线可以看出，无静差调速系统只是在稳态上的无静差，在动态时即过渡过程中还是有差的。普通衡量调速系

13、统抗扰过程的动态性能目的主要有最大动态速降nmax和恢复时间tv(见图4-11)。 比例积分调理器的等效放大系数在动态和稳态时是不同的。在动态时放大系数较小，以满足系统稳定性的需求；在稳态时放大系数很大，以满足系统无静差的需求。所以比例积分调理器很好地处理了系统动、稳态之间的矛盾，因此在调速系统和其它控制系统中获得了广泛的运用。 二、拖动控制系统的运用 图4-12是电梯拖动控制系统的原理图。主驱动曳引电动机经减速器与曳引轮衔接，曳引轮两侧悬挂轿厢和对重，测速发电机与电动机同轴安装，其输出的电压uf 与转速n成正比，uf 作为系统的反响电压与给定电压ug进展比较，得出偏向信号u，经电压放大器放大

14、成uK，再经功率放大电路得到电动机的电枢电压ua对于交流电动机还有频率f。 图4-12 电梯拖动控制系统原理图 当电梯需求运转时，系统接纳到起动信号，该信号使电源接通，继而功率驱动部分得电，那么曳引电动机具备了任务的条件；同时，速度曲线发生器开场任务，即给出相应的代表速度的电压信号ug，该信号是预先设计好的，如图中的曲线所示。在曳引电动机启动的初始阶段，由于电机的转速n还没有建立起来，测速发电机的输出电压uf几乎为0，那么差值u=uguf较大，于是经电压、功率放大后，电机在较大的电枢电压ua作用下很快启动，并逼近期望的速度曲线。假设电动机的转速由于某种缘由忽然下降例如：电源动摇或导轨不直等，该

15、系统就会出现以下控制过程： nufu =ug-uf uKuan控制的结果是使电机转速上升，到达期望值为止。在本系统中，电动机是控制对象，电动机轴上的转速n是被控量。转速n经测速发电机测出并转换成适量的电压后，再经反响通道送至电压放大器的入端与速度给定电压比较后，控制电动机的转速，从而构成一个闭环控制系统。第二节 速度、位置检测安装在自控系统中，检测安装所起的作用相当于人的觉得器官，它们每时每刻都要完成对各种信息的丈量，再将测得的大量信息经过转换、加工或处置，给自动控制系统、计算机系统提供有效的数据，用以完成控制过程、消费过程以及工艺管理、质量检测和平安方面的控制。可见，检测安装在自动控制领域中

16、占有重要的位置。速度检测安装一测速发电机测速发电机是把机械转速变换为与转速成正比的电压信号的微型电机。在自动控制系统和模拟计算安装中，作为检测元件、解算元件和角加速度信号元件等，测速发电机得到了广泛的运用。在交流、直流调速系统中，利用测速发电机构成速度反响通道以构成闭环控制系统，可以大大改善系统的动、静态性能，提高系统精度，并能明显减弱参数变化和非线性要素对系统性能的影响。而在解算安装中，测速发电机又可作为解算元件，作积分、微分运算。目前运用的测速发电机主要有直流测速发电机、交流测速发电机和霍尔效应测速发电机等。测速发电机的电气图形符号如图4-13所示。图4-13 测速发电机的图形符号 a直流

17、测速发电机 b他励式直流测速发电机 c永磁式直流测速发电机 d交流测速发电机1直流测速发电机 直流测速发电机就是专门丈量转速用的微型直流发电机。它的构造与直流电动机类似，由转子、定子及电刷和换向器组成。其中永磁式直流测速发电机采用永久磁铁作磁极，其构造见图4-14。 图4-14 永磁式直流测速发电机构造原理图 图4-14中的转子绕组仅画出了一个实践有多个，它与电枢共同组成转子，永久磁铁作为磁极构成一个磁感应强度按正弦规律分布的磁场，电刷与换向器实现滑动的电接触，将发电机旋转时产生的电压向外送出。根据电磁感应定律，任何一个线圈在永久磁铁构成的磁感应强度按正弦规律变化的磁场中旋转时，感应电压随转角

18、的变化也成正弦规律变化。这样，在恒速下电压是正弦变化的。由于转子线圈与换向器相衔接，所以可以起到整流的作用，使输出的电压成为脉动的直流电压。由于多个转子绕组所产生的电压为相位不同的正弦电压，而每一个绕组又是均匀的分布在电枢上，因此，从电刷上输出的电压根本上是直流电压，其交流纹波仅有23%。当直流测速发电机空载任务时，由于励磁磁通主要由永久磁铁提供，可以认定是恒定的，因此，发电机输出电压与电枢的转速成正比，即Uex=K 4-1式中 K比例系数角速度因此，就可以根据测得的输出电压大小，得知被测转速。当直流测速发电机有负载时，电枢中的旋转线圈便会产生电流，该电流产生的磁通与永久磁铁的励磁磁通相互作用

19、，消弱了励磁磁通，破坏了输出电压与转速的线性度，使发电机的输出特性产生误差。为了提高直流发电机的测速精度，应尽能够使测速发电机在低负载下任务，即任务在转速变化范围小而负载电阻较大的场所。 由于永磁式直流测速发电机的构造简单、紧凑，温度变化对激磁磁通的影响小，所以在小型测速机中运用很广，特别是随着高性能永磁资料的开展，使永磁式直流测速发电机系列得到迅速开展。 图4-15是直流测速发电机的输出特性曲线。其中：RL为负载电阻，当RL=时，测速机空载，随着RL的减小，特性曲线的斜率变小。 图4-15 直流测速发电机的输出特性曲线 直流测速发电机具有线性度好、灵敏度高以及输出信号强等特点，因此在工业自动

20、化检测中被广泛的运用于转速检测和电机拖动闭环控制系统中。普通自动控制系统对直流测速发电机的主要要求是：1输出电压要与转速呈现性关系，正、反转时特性一样；2输出特性的灵敏度高；3输出电压的纹波小；4电机的惯量小。另外还要求高频干扰小、噪音小、任务可靠、构造简单、体积小和分量轻等。在直流测速发电机上，为了从电枢上获得输出电压，必不可少的要设置换相器和电刷，这就带来了换相器与电刷的磨擦、电压动摇和噪声等问题。为理处理此类问题，给控制系统提供高性能的检测安装，人们设计了新型测速发电机，例如：无刷式直流测速发电机，霍尔式无刷直流测速发电机等。 图4-16是霍尔式无刷直流测速发电机的构造与原理图。为了产生

21、正弦函数的电压，让两极曾经磁化了的铁淦氧磁铁旋转，构成按正弦函数规律分布的旋转磁场，利用互成直角固定安装的两个霍尔元件来检测磁场，同时经过与定子线圈中产生的和电压成正比的电流，获得与角速度成正比而又没有脉动成分的直流电压。 图4-16 霍尔式无刷直流测速发电机的构造与原理图 2交流测速发电机 交流测速发电机包括同步测速发电机和异步测速发电机两大类。1同步测速发电机 分为永磁式、感应子式和脉冲式三种。永磁式交流测速发电机本质上就是一台单相永磁转子同步发电机，定子绕组感应的交变电势的大小和频率都随输入信号转速的变化而变化，即 4-2 4-3式中 =一常系数； 电机极对数； 定子绕组每相匝数； 定子

22、绕组基波绕组系数； 电机每极下基波磁通的幅值。 永磁式交流测速发电机，由于感应电势的频率随转速而改动，致使电机本身的阻抗和负载阻抗均随转速而变化，所以这种测速发电机的输出电压不再和转速成正比关系。因此，永磁式交流测速发电机虽然构造简单，也没有滑动接触，但是不适用于自动控制系统，通常只作为指示式转速计。感应子式测速发电机和脉冲式测速发电机的任务原理根本一样，都是利用定、转子齿槽相互位置的变化，使输出绕组中的磁通发生脉动，从而感应出电势。从感应子式测速发电机的任务原理看，它们和永磁式同步测速发电机一样，由于电势的频率随转速而变化，致使负载阻抗和电机本身的内阻抗大小均随转速而改动，所以也不宜用于自动

23、控制系统中。但是，假设采用二极管对这种测速发电机的三相输出电压进展桥式整流，那么可以取整流输出的直流电压作为速度信号用于自动控制系统。脉冲式测速发电机是以脉冲频率作为输出信号的，由于输出电压的脉冲频率和转速坚持严厉的正比关系，所以也属于同步发电机类型。其特点是输出信号的频率相当高，即使在较低的转速下如每分钟几转或几十转也能输出较多的脉冲数，因此以脉冲个数显示的速度分辨力就比较高，适用于速度比较低的调速系统，特别适用于鉴频锁相的速度控制系统。 2异步测速发电机 按照构造可分为鼠笼转子和空心杯形转子两种。 鼠笼转子测速发电机的灵敏度高，但线性度差，相位误差大，剩余电压高，普通用在对精度要求不高的系

24、统中。空心杯形转子异步测速发电机的精度比鼠笼式要高得多，是目前运用最广的异步测速发电机。 空心杯形转子测速发电机的构造如图4-17所示。转子是一个薄壁非磁性空心杯，因此转动惯量很小。为了减小误差，使输出特性的线性度好，性能稳定，其转子电阻通常采用电阻率较大和温度系数较低的资料制成，如硅锰青铜、锡锌青铜、磷青铜等。杯的内外由内定子和外定子构成磁路。 图4-17 空心杯形转子测速发电机的构造 图4-18是空心杯转子交流测速发电机任务原理图。在定子上安放了两套彼此相差90的绕组，FW作为励磁绕组，接于单相额定交流电源，CW作为任务绕组又称输出绕组，接入丈量仪器作为负载。交流电源以旋转的杯形转子为媒介

25、，在任务绕组上便感应出数值与转速成正比，频率与电网频率一样的电势。图4-18 空心杯转子交流测速发电机任务原理图 a转子静止时 b转子转动时 下面分析输出电压U0与转速n成正比的原理。为方便起见，先将杯形转子看成是一个导条数目非常多的笼型转子，当频率为f1的励磁电压Uf加在绕组FW上，在测速发电机内、外定子之间的气隙中便产生一个与FW轴线一致的频率为f1的脉动磁通f，f =fmSint 4-4假设转子静止不动，那么类似一台变压器，励磁绕组相当于变压器的一次侧绕组，转子绕组相当于变压器的二次侧绕组。磁通f在杯形转子中感应出变压器电势并引起涡流，涡流产生的磁通将妨碍f的变化，其合成磁通1的轴线仍与

26、励磁绕组的轴线重合，而与输出绕组CW的轴线相互垂直，故不会在输出绕组上感应出电势，所以输出电压U0=0，如图4-18a所示。但假设转子以转速n沿顺时针方向旋转，那么杯形转子还要切割磁通1，进而产生切割电势e2p及电流i2p，如图4-18b所示。因e=Blv，思索到B与fm成正比,U与 n成正比，故e2p的有效值E2p与 m及 n成正比，即E2pfmn 4-5当励磁电压Uf一定时，fm根本不变， 由于 Uf=4.44f1W1f 4-6故 E2pn 4-7由e2p产生的电流i2p也要产生一个脉动磁通2，其方向正好与输出绕组Cw的轴线重合，且穿过CW，于是在输出绕组CW上感应出变压器电势e0，其有效

27、值Eo与磁通2成正比，即 E02 4-82E2p 4-9将式4-9及式4-7带入式4-8可得 E0n 或者说 U0= E0=Kn 4-10上式阐明：在励磁电压Uf一定的情况下，当输出绕组的负载很小时，异步测速发电机的输出电压U0 与转子转速 n成正比，其输出特性曲线如图4-13图4-19所示。 图4-19 异步测速发电机的输出特性曲线 二旋转编码器旋转编码器俗称码盘，它是一种旋转式丈量安装，通常安装在被测轴上，随被测轴一同转动，用以丈量转动量主要是转角，并把它们转换成数字方式的输出信号。旋转编码器有两种根本方式，即增量式编码器和绝对值式编码器常被称为增量码盘和绝对值码盘。根据任务原理和构造，编

28、码器又分为接触式、光电式和电磁式等类型。其中接触式是一种最老的转角丈量元件，目前已很少采用。光电式编码器是目前用得较多的一种，它没有触点磨损，允许转速高，精度高，缺陷是构造复杂，价钱贵。电磁式编码器同样是一种无接触式的码盘，具有寿命长、转速高、精度高等优点，是一种有开展出路的直接编码式丈量元件。下面只重点引见在电梯系统中常用的光电式编码器。1光电式增量编码器 光电式增量编码器的构造原理如图4-20所示。图4-20a中的最大部分是一个圆盘，圆盘上刻有节距相等的辐射状窄缝，故称为窄缝圆盘，节距为L。与圆盘对应的还有两组检测窄缝组与组，它们的节距和圆盘上的节距是相等的。检测窄缝与圆盘的配置如图4-2

29、0b所示。 、两组检测窄缝的位置错开14节距，其目的是使A、B两个光电转换器的输出信号在相位上相差90。两组检测窄缝是固定不动的，圆盘与被测轴相连。 图4-20 光电式增量编码器的构造原理 当圆盘随着被测轴转动时检测窄缝不动，光线便透过圆盘窄缝和检测窄缝照到光电转换器A和B上，于是A和B就输出两个相位相差90的近似正弦波的电信号，电信号经过逻辑电路处置、计数后就可以区分转动方向，得到转角和转速。 光电式编码器的信号处置线路方框图见图4-21，信号波形见图4-22。图4-21 光电式编码器的信号处置线路方框图 图4-22 光电式编码器的信号波形图 从图4-20可以看出，在图示位置根底上正转时顺时

30、计方向，经过组检测窄缝的光从中间值开场越来越少，而反转时经过组的光越来越多。从图示位置开场，无论正转或反转，经过组检测窄缝的光都是由最少到最多。假设圆盘正转，那么光电转换器输出信号的相位关系和波形如图4-221所示，信号b比a越前90，经过逻辑电路只输出正转的脉冲信号f。反转时，a越前 b 90，波形如图4-222，此时只输出反转脉冲信号。这些脉冲送给可逆计数器累计，就可测出旋转角度。假设记下单位时间的脉冲数，就可以丈量转速。需阐明的是，增量式码盘输出的数字是表示相对于某个基准点的相对转角，即对于这个基准位置码盘所添加或减少的角度数量，所以称为增量式码盘。码盘的分辨才干主要取决于码盘转一周时产

31、生的脉冲数。圆盘上分割的窄缝越多，产生的脉冲数就越多，分辨力也就越高。增量式码盘普通每转可产生5005000个脉冲，最高可达几万个脉冲。分辨力高的码盘，直径也大，可以分割到更多的缝隙。此外，对光电转换器输出信号进展逻辑处置，可以得到两倍频和四倍频的脉冲信号，从而提高码盘的分辨率。通常称这种倍频电路为电子细分线路。码盘的分辨才干还可以用它所能分辨到的最小角度来表示，即每一个脉冲所对应的圆心角，通常称为丈量精度。如：某个码盘，转一周时输出的脉冲数为1024个即窄缝数，那么其分辨角为/脉冲=0.352 码盘的分辨角度越小，那么分辨力越高。 2绝对值编码器 绝对值编码器由三大部分组成见图4-23，它包

32、括旋转的码盘、光源和光电敏感元件。码盘上有按一定规律分布的由透明和不透明区构成的光学码道图案，它们是由涂有感光乳剂的玻璃质水晶圆盘利用光刻技术制成的。光源是超小型的钨丝灯泡或者是一个固定光源。检测光的元件是光敏二极管或光敏三极管等光敏元件。 图4-23 光电式绝对值编码器 光源的光经过光学系统，穿过码盘的透光区，最后与窄缝后面的一排径向陈列的光敏元件耦合，使输出为逻辑“1；假设被不透明区遮挡，那么光敏元件输出低电平，代表逻辑“0。对于码盘的不同位置，每个码道都有本人的逻辑输出，各个码道的输出编码组合就表示码盘的这个转角位置。 对于各码道的输出信号，有几种不同的编码方式。图4-24为二进制编码盘

33、，每一个码道代表二进制的一位，最外层的码道为二进制的最低位，越向里层的码道其代表的位数即“权越高，最高位在最里层。之所以这样分配是由于最低位的码道要求分割的明暗段数最多，而最外层周长最大，容易分割。显然，码盘的分辨力与码道多少有关。假设用N表示码盘的码道数目，即二进制位数，那么角度分辨力为 目前绝对值码盘普通为19位，高精度的可达21位。 图4-24 二进制编码盘 采用二进制编码有一个严重的缺陷，即在两个位置交换处能够产生很大的误差。例如，在0000和1111相互换接的位置，能够出现从0000一1111的各种不同的数值，因此引起很大的误差。在其它位置也有类似的景象。这种误差叫非单值性误差或模糊

34、。对这种景象可以采用特殊代码来消除。常用的一种编码方法叫循环码例如格雷码。采用二进制循环码格雷码的码盘表示图见图4-25。循环码是无权码，其特点为相邻两个代码间只需一位数变化，即二进制数有一个最小位数的增量时，只需一位改动形状，因此产生的误差不超越最小的“l个单位。但是，将格雷码转换成自然二进制码需求一个附加的逻辑处置转换安装。 图4-25 二进制循环码盘格雷码盘 位置检测安装在电梯运转过程中，为获取轿厢的位置、速度、运转方向等信号，完成对电梯的控制，需求设置许多电子开关、机械开关和检测安装。经过这些安装测出控制电梯运转也是影响电梯性能的最重要的控制信号，这些信号包括：强迫换速、急停、门机控制

35、、检修与照明、层站显示、门厅呼梯、校正、换速与平层等。其中换速平层信号用于调速安装的控制，有着严厉的时间和空间的关系，是影响电梯性能的最重要信号。在电梯中经常运用的位置检测安装按照传感器的类型可分为接触式和非接触式两种。接触式传感器可以获取两个物体能否曾经接触的信号；而非接触式传感器可以判别在某一个范围内能否有某一物体存在或经过光、磁等信号区分运动物体的位置。接触式传感器 接触式传感器多用行程开关和微动开关等触点器件构成。在电梯系统中多用于接触式门维护和限位维护中。1行程开关 行程开关的构造如图4-26所示。当消费机械的运动部件与挡块1或推杆2碰撞时，使触头3、触头4动作，并使触头的原有形状发

36、生变化，进而将有关的电信号送出。触头的通断速度与运动部件推进挡块或推杆的速度有关。 图4-26 行程开关的构造 1挡块 2推杆 3动断触点 4动合触点 5弹簧片 2微动开关 由微动开关组成的位置传感器具有体积小、质量轻、任务灵敏等特点，经常用于检测物体位置的传感器构造和分布方式如图4-27所示。 图4-27 微动开关 a)构造 b)分布方式非接触式传感器 在电梯运转中，为使轿厢到达预定停靠站，需求提早一定的间隔把快速运转的电梯速度切换为平层前的慢速运转，这种平层时自动停靠的控制安装称为换速平层安装也称井道信息安装。为了便于与继电器配合，传感器最常用干簧管传感器和双稳态磁开关。前者运用隔磁板也称

37、桥板进展隔磁，后者运用圆形永久磁铁也称磁豆进展触发。1干簧管传感器 80年代中期前采用永磁式干簧管传感器作为开关器件的换速平层安装。其中隔磁用的铁板称为隔磁板或桥板，它们经过支架固定在导轨上。当轿厢运动时；安装在轿厢顶部的干簧管U形槽恰好使隔磁板经过，从而引起干簧管的接点切换。干簧管传感器与隔磁板的位置如图4-28所示。图4-28 干簧管传感器与隔磁板的位置 1平层安装 2传感器 3隔磁板 4支架 5导轨 6接线软管 7轿厢顶 换速平层安装中的换速传感器和平层传感器在构造上是一样的，均由壳体、永久磁铁和干簧管三部分组成。这种传感器相当于一只永磁式继电器，也称为永磁感应开关或干簧管传感器，其构造

38、和任务原理如图4-29所示。图4-29a表示未放入永久磁铁2时，干簧管3的触点由于没有遭到外力的作用，其常开接点4是断开的，常闭接点5是闭合的。图4-29b表示把永久磁铁2放进传感器后，干簧管的常开接点4闭合，常闭接点5断开，这一情况相当于电磁继电器得电动作。图4-29c表示当外界把一块具有高导磁系数的隔磁板7插入永久磁铁和干簧管之间时，由于永久磁铁所产生的磁场被隔磁板旁路，干簧管的接点5失去外力的作用，恢复到图4-29a的形状，这一情况相当于电磁继电器失电复位。根据干簧管传感器这一任务特性和电梯运转特点设计制造出来的换速平层安装，利用固定在轿架或导轨上的传感器与隔磁板之间的相互配合，可以实现

39、位置检测功能，为各种控制方式的电梯提供了预定停靠站时提早一定间隔换速、平层停靠的控制信号。提早换速点与停靠站楼面的间隔与电梯的额定运转速度有关，速度越快，间隔越长。普通可按表4-1的参数进展调整。图4-29干簧管传感器的构造与任务原理 a放入永久磁铁之前 b放入永久磁铁之后 c插入隔磁板之后壳体 2磁铁 3干簧管 4常开接点 5常闭接点 6磁力线 7隔磁板 2双稳态磁性开关 80年代中期以来，多采用双稳态磁性开关以下简称双稳态开关作为电梯换速平层安装的器件。这种安装是由位于轿顶上的双稳态开关和位于井道的圆柱形永久磁铁以下简称磁豆构成，如图4-30所示。 图4-30 双稳态开关换速平层安装 1双

40、稳态开关座板固定架 2磁豆固定横梁 3双稳态开关 4磁豆固定塑料架 5磁豆 6双稳态开关座板 图4-31 双稳态开关 1壳体 2干簧管 3方块磁铁 4引出线双稳态开关的构造比较复杂。其中两只方块磁铁的N极和S极构成一个闭合的磁场回路，它类似于两只电池顺向串接成的电路。两只方块磁铁构成的磁场力用于抑制干簧管内接点的弹力，使干簧管接点维持断开或闭合中的某一形状。只需电梯在上下运转中，当双稳态开关接近或路过磁豆，磁豆N和S极之间的磁场与两只方块磁铁构成的磁场相叠加的结果，才干使干簧管的接点翻转变态，以此控制相关电路。 两只方块磁铁的N和S极所构成的磁场强度，与单个方块磁铁的磁场强度及两只方块磁铁的间

41、隔有关，假设构成的磁场强度太强，那么双稳态开关接近或路过磁豆时，干簧管的接点形状不会翻转，假设磁场强度太弱，那么不能使接点维持翻转后的形状。因此双稳态开关对方块磁铁、干簧管和磁豆的安装位置以及尺寸等的质量要求都比较严厉。 实践运用过程中，当电梯向上行时，双稳态开关接近或路过磁豆的S极时动作，接近或路过N极时复位。反之电梯向下运转时双稳态开关接近和路过磁豆的N极时动作，接近或路过S极时复位，以此输出电信号，实现控制电梯到站提早换速或平层停靠的功能。双稳态开关与磁豆的间隔应控制在68mm之间。双稳态开关是当前广泛运用微机于电梯控制中不可短少的重要一环。综述其任务原理，即装于电梯轿厢上的双稳态开关随

42、着电梯轿厢运转而经过井道内各个层楼的永久磁铁磁豆时的变化量经“异或非电路而转化成二进制信号，并输入计算机的比较环节，进而决议出电梯的运转方向。这种方法快速而准确，必将随着电梯控制系统中微机控制系统的广泛运用而开展。第三节 直流电梯的速度闭环控制早期的电梯多采用直流拖动控制系统。由于直流电梯速度快、温馨感好、平层精度高。目前这种系统在梯速大于2.0m/s的电梯中仍有运用包括有齿轮的和无齿轮的。直流电动机的转速可由下式表示： 4-11式中：Ua 电机进线端的电压 Ia 电枢电流 Ra 电枢电阻 Rt 外接调整电阻； Ce 电势系数 励磁磁通 由上式可知，直流电机的转速主要与输入电机的端电压、外接调

43、整电阻及励磁磁通有关，只需改动其中的某个参数，均可改动电机的转速。其中改动端电压Ua比较理想，由于采用了闭环控制的直流调速方法，在不同电压下的特性曲线均是平行的，即在同一电压下负载变化时，其转速变化不大，特别是用比例积分调理控制规律时，可以使静态速降为0。直流电梯的拖动控制系统通常有两种：一是用发电机组构成的晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统如图4-32所示；二是变流安装直接供电的晶闸管-电动机拖动控制系统如图4-33所示。两者都是利用调整电动机端电压Ua的方法进展调速。前者是经过调理发电机的励磁改动发电机的输出电压即电动机的端电压进展调速，简称为晶闸管可控硅励磁控制系统；后者是利用静止变

44、流安装三相晶闸管整流，把交流变为可控的直流，供应直流电动机的调速系统。显然，图4-33所示的拖动控制系统省去了直流发电机组，因此降低了能耗和造价，使构造更加紧凑。 图4-32 晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统 图4-33 变流安装直接供电的晶闸管-电动机拖动控制系统 上述两种直流电梯的控制系统中都采用了晶闸管变流安装，虽然这种安装使得控制系统的经济性与可靠性有了明显的提高，在技术性能上显出较大的优越性，但也有其弱点，首先，由于晶闸管的单导游电性，不允许电流反向，使系统的可逆运转困难，因此需求正、反向运转的场所，必需采用正、反两组整流电路，所用的变流设备需求添加一倍。其次，晶闸管元件对过电

45、压、过电流以及过高的电压、电流变化率du/dt和di/dt都非常敏感，其中任何一项目的超越允许值都能够在很短的时间内损坏元件，因此，必需有可靠的维护安装和复合要求的三绕条件，而且在元件选择时还应该留有适当的余地。最后，当系统处在深调速时即轿低速运转，晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低，并产生较大的高次斜波电流成分，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。当晶闸管调速设备在电网中中所占容量的比重较大时，就会呵斥电力公害，因此，必需采取无功补偿调和波滤波安装。一、晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统图4-34是一快速直流电梯速度调理系统原理图，它采用闭环控制方法，在给定环节与速度调理环

46、节中都采用了比例积分控制规律。系统中的给定信号亦称指令信号，普通是典型的串联型稳压电源。给定电源经分压电阻后给出的是阶跃信号，再经积分转换变成了软化处置后圆滑的梯形信号。测速发电机可以获得与电梯速度成正比的电压信号。速度给定信号与测速机输出的电压比较后得到偏向信号之后，送到具有比例积分的速度调理器进展放大调理。要求调理环节的呼应过程既快又稳，不能引起呼应信号的振荡。然后放大后的输出信号加到反并联的两组触发器上，使两组触发器同时得到两个符号相反、大小相等的控制信号，控制两组触发器的输出脉冲，同时向相反方向作相等角度的挪动，用以控制可控硅整流器的输出电压的大小和极性。晶闸管整流器的输出电压控制直流

47、发电机的励磁磁通，使发电机电枢的输出电压随之变化，电动机的转速随发电机的输出电压而变化，最终使速度跟随给定的速度曲线变化，到达速度自动调理的目的。 图4-34 快速直流电梯速度调理系统原理图 在该系统中，当转换器输出一个正电压时，与测速发电机电压比较后，加给速度调理器一个正的速度误差信号，速度调理器输出一个负电压，使正向组触发器的输出脉冲前移，正向组晶闸管变流器任务在整流形状。与此同时，反向组触发器的输出脉冲后移，反向组晶闸管变流器任务在待逆变形状。结果供应发电机一个正的励磁电流，并输出正电压，电动机正转，电梯上升运转。反之，那么电机反转，电梯下行。图4-35为高速电梯速度自动调理系统原理图。

48、与图4-34所示的快速梯相比较，添加了电流调理器、电流检测、预负载信号和电平检测等环节，从闭环控制系统的角度看，实践上是添加了一个内环，构成了双环控制，内环为电流环，外环是速度环。电流调理器在内环的前向通道上，可以提高系统的动态质量，使电梯起、制动过程中主回路电流的丰满度较好。另外在电流调理器的同相输入端还加进了轿厢的预负载信号，该信号可由称量安装检测得到，并把分量信号转换成电信号，以反映轿厢内的分量，使主回路产生一个预负载力矩，防止抱闸翻开瞬间而产生溜车。 图4-35 高速电梯速度自动调理系统原理图 二、变流安装直接供电的直流拖动控制系统 由于晶闸管励磁的发电机-电动机拖动控制系统的电路复杂

49、，调试维修不便、体积大、噪音大、占空间多而且能耗也大。因此在大功率晶闸管变流安装的技术及其元件质量得到极大提高的今天，将完全有能够用晶闸管变流安装取代发电机组直接向直流电动机供电。这样的拖动控制系统控制方便、分量轻、噪音小、维修容易，可节能30左右。图4-36是一变流安装直接供电的直流高速电梯速度自动调理系统原理图。它主要由两组晶闸管取代了传统系统中的直流发电机组。两组晶闸管可以配合进展相位控制，或处于整流或处于逆变形状。当控制电路对给定的速度指令信号与速度反响信号、电流反响信号进展比较运算后，就决议了两组晶闸管安装中哪一组应该投入运转，并根据运算结果，控制晶闸管变流安装的输出电压，即曳引电动

50、机的电枢电压。于是，电梯便跟随速度指令信号运转。图4-36 变流安装直接供电的直流高速电梯速度自动调理系统原理图 图4-37 控制电路框图 常用的可控整流电路是将电源变压器接成三角形-星形，副边有中心抽头。正反向晶闸管变流安装分别把电源变压器三相的正半波或三相的负半波换成直流电，正向或反向加于直流电机的电枢端，使电机正转或反转。而电枢端电压大小的变化，那么由控制电路送出的脉冲相位的挪动所决议。 随着半导体技术的迅猛开展，大规模集成元件的诞生以及晶闸管变流元器件反向耐压的提高，这种拖动控制系统将完全取代发电机-电动机直流拖动控制系统。第四节 交流调压调速电梯的速度闭环控制 普通的交流双速电梯构造

51、简单可靠，但其制动时加速度大，运转不平稳，性能不如直流调速电梯。因此随着电力电子器件和控制技术的开展，对交流电梯中的交流感应电动机采用速度反响的闭环控制，在电梯的运转中不断检查其运转速度能否符合理想的速度曲线要求，并用晶闸管安装可控硅取代起、制动用电阻、电抗器，从而控制起、制动电流，以到达起、制动温馨以及运转平稳的目的。 交流调速电梯在运转的各个阶段控制方式大致有三种如图4-38所示。 图4-38 电梯各阶段的运转控制 从图中可以看出，不论何种控制方式的交流调速系统，其制动过程总是要加以控制的，电梯的减速制动是电梯运转控制中的一个重要环节，就其制动过程的控制而言，其制动的方式有能耗制动、涡流制

52、动器制动和反接制动等。无论哪一种制动方式，其制动原那么都是按间隔或模拟按间隔制动，直接停靠楼层平面，电梯的平层准确度可控制在10mm之内。这种系统由于无低速爬行时间，使电梯的总保送效率大大提高，梯速可超越1m/s，最大可达5m/s。 一、能耗制动型 这种系统采用可控硅调压调速再加直流能耗制动组成。通常失电后对慢速绕组中的两相绕组通以直流电流，在定子内构成一个固定的磁场。当转子由于惯性而继续旋转时，其导体切割磁力线，在转子中产生感应电势及转子电流，这一感应电流产生的磁场对定子磁场而言是静止的。由于定子总磁通和转子中的电流相互作用，与定子电流相应产生了制动力矩，其大小与定子的磁化力及电机转速有关。

53、这种形状下的机械特性曲线是在第象限中经过坐标原点向外延伸的曲线见图4-39。从曲线外形可见，当电机转矩下降为零，转速也为零，所以运用能耗制动使轿厢能准确停车，再加上用晶闸管安装构成闭环系统以调理速度，因此可以得到称心的温馨感及平层精度。 图4-39 能耗制动特性曲线 由于能耗制动力矩是由电机本身产生的，因此对起动加速、稳速运转和制动减速实现全闭环的控制不但能够而且是方便的。详细可根据电机特性及调速系统的配置而定。 图4-40是一种能耗制动调速电梯主拖动控制系统的原理框图。这种系统对电动机的制造要求较高，因此电动机在运转过程中不断处于转矩不平衡形状，从而导致电动机运转噪声增大以及电时机发生过热景

54、象。 图4-40 能耗制动调速电梯主拖动控制系统原理框图 二、涡流制动器调速系统涡流制动器通常由电枢和定子两部分组成。电枢和异步电动机的转子类似，其构造可以是笼型，也可以是简单的实心转子。定子绕组经过直流电流励磁。涡流制动器在电梯中运用时，或与电梯的主电机共为一体，或与电动机分别，但两者的转子是同轴相连的。因此它具有可调理制动转矩的特性。当电梯在运转中需求减速时，那么断开主电机电源，而给同轴的涡流制动器的定子绕组输入直流电源以产生一个直角坐标磁场。由于此时涡流制动器转子仍以电动机的转速旋转，并切割定子产生的磁力线，这样在转子中产生一个与定子磁场相关的涡流电流，而这个涡流电流所产生的磁力线与定子

55、的磁力线相互作用，产生一个与其转向相反的涡流制动转矩。按照给定的规律输给涡流制动器定子绕组直流电流，就可控制涡流制动器转矩的大小，从而也就控制了电梯的制动减速过程。图4-41是一种利用涡流制动器控制的交流调速系统的原理框图。该系统开环分级起动，开环稳定运转至减速位置时，由井道内每层的永磁体与轿厢顶上的双稳态开关相互作用继而发出减速信号，一方面使曳引电动机撤出三相电源，另一方面给与电动机同轴的涡流制动器绕组输入可控的直流电流，使其产生相应的制动力矩，从而令电梯按间隔制动减速直接停靠，准确停层干所需的层站。 图4-41 带涡流制动器的交流调速控制系统原理框图 按间隔制动减速的控制过程是：根据电梯不

56、同的额定速度，有一个实现设定好的减速间隔S0，那么电梯瞬时距楼层平面的间隔S应为，而实践上需求的是速度量，即，a为设定的平均减速度值。将这一瞬时速度作为涡流制动器的给定量。随着间隔S的减少，其制动强度也相应减少，直到准确停车为止。制动减速过程不仅随间隔的减少而减弱，而且这一过程也是转速反响的闭环系统的控制过程，可大大提高控制的质量和精度，使电梯的平层准确度保证在7mm之内。 这种系统构造简单、可靠性高。由于控制是经过控制涡流制动器内的电流来实现的，故被控对象只是一个电流。这样的控制不仅容易做到，而且其稳定性好。另外在制动减速时电机撤出电网，藉涡流制动器把系统所具有的动能耗费在涡流制动器转子的发

57、热上。因此电梯系统从电网获得的能量大大低于其他系统，普通减少20左右。但由于是开环起动的，因此起动的温馨感不是最理想，其额定速度也只能限制在2ms以下。 三、反接制动方式 反接制动也是电梯的一种制动调速方法。电梯在减速时，把定子绕组中的两相交叉改动其相序，使定子磁场的旋转方向改动，而转子的转向仍未改动，即电机转子逆磁场的旋转方向运转，产生制动力矩，使转速逐渐降低，此时电机以反相序运转于第象限。当转速下降到零时，需立刻切断电机电源，抱闸制动，否那么电机就自动反转。 图4-42是一种反接制动的交调电梯的拖动控制系统原理框图。该系统的电机仍可用交流双速感应电动机，起动加速至稳速以及制动减速的过程都采

58、用闭环调压调速方式，且高低速分别控制。但在制动减速时，将低速绕组接成与高速绕组相序相反的形状，使之产生制动转矩亦即反接制动，与此同时，高速绕组的转矩也在逐渐减弱，从而使电梯按间隔制动并减速直接停靠。 图4-42 反接制动的交流调速电梯拖动控制系统原理框图 这种系统采用的是全闭环调压调速控制，运转性能良好。由于采用反接制动方式使电梯减速，因此对电梯系统的惯性矩要求不高，不象前述的涡流制动或能耗制动系统那样，要求电梯有一定数量级的惯性矩普通在电动机轴端加装适当的飞轮，这样使得机械传动系统构造简单、轻巧。另外在制动减速时，高速绕组不断开，而仅在低速绕组上施加反相序电压即反接制动，因此该系统的动能全部

59、耗费在电动机转子的发热上，能量耗费较前述几个系统都大，故电机必需求有强迫风冷散热安装。这也是该系统的主要缺陷。 这种反接制动的交流调速电梯虽有能耗大的缺乏之处，但其运转性能良好，故仍较多地运用于额定速度不大于 2ms的电梯上。变频调速电梯的速度闭环控制 变频调速电梯的速度闭环控制根据电机学公式可知，交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且延续地改动定子绕组的供电频率，可平滑地改动电机的同步转速。但是根据电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需坚持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压也要作相应的调理。因此，其电动机的供电电源的驱动系统应能同时改动电压

60、和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能。运用这种变频器的电梯常称为VVVF型电梯。 一、变频器变频器可以分为交一交变频器和交不断一交变频器两大类，其原理框图如图4-43所示。前者的频率只能在电网频率以下的范围内进展变化，而后者的频率是由逆变器的开关元件的切换频率所决议，即变频器的输出频率不受电网频率的限制。 图4-43 变频器原理框图 交一交变频器的任务原理如图4-44所示。它由两组反并联的整流器P和N所组成。经适当的“电子开关按一定的频率使P组和N组轮番向负载R供电，负载R就可获得变化了的输出电压uc。uc的幅值是由各组变流器的控制角所决议的。uc的频率变化由“电子开关的切换