电梯电力拖动基础知识

1、电梯的电力拖动第一节 电梯电力拖动系统的特点、供电及主机控制一、电梯电力拖动的种类及特点 电梯的电力拖动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响电梯的起动和制动加速度、平层精度、乘坐舒适性等指标。 在19世纪中叶以前直流拖动是电梯的唯一拖动方式，到20世纪初交流电力拖动才开始在电梯上得到应用。目前用于电梯电力拖动系统主要有如下几类：、交流变极调速系统 交流感应电动机要获得二种或三种的转速，由于它的转速是与其极对数成反比，因此变速的最简单方法改变电动机定子绕组的极对数就可改变电动机的同步转速。该系统大多采用开环方式控制，线路比较简单，造价较低，因此被广泛用在电

2、梯上，但由于乘坐舒适感较差，此种系统一般只应用于额定速度不大于m/s的货梯。、交流调压调速系统由于大规模集成电路和计算机技术的发展，使交流调压调速拖动系统在电梯中得到广泛应用。该系统采用可控硅闭路调速，其制动减速可采用涡流制动、能耗制动、反接制动等方式，使得所控制的电梯乘坐舒适好，平层准确度高，明显优于交流双速拖动系统，多用于速度2.0m/s以下的电梯。但随着调速技术和电子器件的发展有被变频变压调速系统淘汰的趋势。、变频变压调速系统 变频调速是通过改变异步电动机供电电源的频率而调节电动机的同步转速，也就是改变施加于电动机进线端的电压和电源频率来调节电动机转速。目前交流可变电压可变频率(VVVF

3、)控制技术得到迅速发展，利用矢量变换控制变频变压系统的电梯速度可达12.5m/s，其调速性能已达到直流电动机的水平。且具有节能、效率高、驱动控制设备体积小、重量轻和乘坐舒适感好等优点，目前已在很大范围内替代了直流拖动。、直流拖动系统直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此具有速度快、舒适感好、平层准确度高的优点。电梯上常用的有二种系统：一是发电机组构成的可控硅励磁发电机电动机系统；二是可控硅直接供电的可控硅电动机系统。前者是通过调节发电机的励磁来改变电机的输出电压，后者是用三相可控硅整流器，把交流电变成可控的直流电，供给直流电动机，这样可省去了发电机组节省能源、降低造价，且结构紧凑。但

4、随着变频变压调速的发展，目前电梯已很少使用直流拖动。 曳引电梯因其负载和运行的特点，与其他提升机械相比，在电力拖动方面有下列特点：1、四象限运行。虽然电梯与其他提升机械的负载都属位能负载，但一般提升机械的负载力矩方向是恒定的，都是由负载的重力产生。但在曳引电梯中，负载力矩的方向却随着轿厢载荷的不同而变化，因为它是由轿厢侧与对重侧的重力差决定的。增加内容：电动机的工作制 电动机的工作制分为10类（1）连续工作制S1工作制（2）短时工作制S2工作制（3）断续工作制S3工作制（4）包括启动的断续周期工作制S4工作制（5）包括电制动的断续周期工作制S5工作制（6）连续周期工作制S6工作制（7）包括电制

5、动的连续周期工作制S7工作制（8）包括负载转速相应变化的连续周期工作制S8工作制（9）包括负载和转速做周期性变化的工作制S9工作制（10）离散恒定负载工作制S10工作制接电持续率、接电次数和启动次数1、接电持续率 起重机在一个工作周期中，电气设备有接电工作时间，也有断电停止时间。接电工作时间与周期时间的比值叫做接电持续率。2、接电次数 工作一次接电一次，接电次数表示工作繁忙程度。按规定，断续工作周期的时间不超过10min，每小时至少工作6次。起重机每小时工作远远超过6次。3、启动次数 启动是指电动机转速从零启动到额定转速，叫全启动；实际使用时并不是都启动到额定转速，一般启动到较低速就被制动，叫

6、点车。点车的功率损耗小于全启动，不有算全启动一次。异步电动机的主要参数1、同步转速n0与电机的极对数P、电源频率f的关系 三相异步电动机有三相定子绕组，每个绕组由一个线圈组成，三相绕组在空间上彼此相隔120，可以做星形或三角形联结。 三相绕组接在对称的三相交流电源上，在定子空间产生旋转磁场。旋转磁场的转向与三相电流的相序ABC是一致的。若改变旋转磁场的转向，只要把通往定子绕组 的电流的相序改变，即交换任意电源进线即可。 电动机定子的三相绕组，两个磁极时，一相绕组两个线圈，一个磁极下一个线圈，共6个线圈，在定子空间每个线圈相差60布置。如把线圈的数量增加一倍，每相绕组的4个线圈串联，一个磁极下一

7、个线圈，就变成了4极。这12个线圈，在空间上相隔30， 每当交流变化一周，两极磁场在空间旋转360，4极磁场只转180。如果是P对极，交流电流变化一周，磁场在空间旋转了（1/P）x360，即磁场在空间旋转了1/P转。 设定子绕组的电流频率为f，旋转磁场转速为n0，则有 60f n0= P 式中n0同步转速（r/min），为电动机定子外加电源在定、转子空间形成的旋转磁场的转速； f电源频率（Hz），我国的电源频率f=50Hz； P极对数； f/P每秒转数r/s； 60常数，来源于60s=1min。 如电动机的型号为YZR180L8，则8为极数，极对数为4，同步转速为750r/min。 2、转差率

8、S和额定转差率Se （1）转差率 同步转速n0与转子转速n之差，再与同步转速n0之比，称为异步电动机的转差率，简称转差， S表示，则有 n0-n S= n0 式中，n实际转速（r/min）； n0同步转速（r/min）。（2）额定转差率Se 额定转速ne时的转差率为额定转差率，用下式表示： n0-ne Se= n0异步电动机的机械特性曲线 1、异步电动机的电磁转矩 当异步电动机的定子绕组接通三相电源后，在定子空间产生旋转磁场。转子与旋转磁场相对运动（转子导体切割旋转磁场磁力线），便在转子导线内产生感应电动势。在此感应电动势的作用下，转子导线内产生感应电流，称为转子电流。转子电流在磁场中受力，这

9、些磁力对转轴形成一个转矩，称为电磁转矩，其作用方向与旋 转磁场旋转方向一致，因此，转子就顺着旋转磁场旋转方向转动起来。 转子的转速，永远小于旋转磁场旋转速度n0，如果n=n0，则转子与旋转磁场之间就不存在相对运动，也就不存在转子导线切割磁力线，也就不存在感应电动势、感应电流、电磁转矩。因此，转子总是紧跟着旋转磁场，以小于同步转速n0的转速n旋转，所以这类电动机被称为异步电动机。异步电动机的电磁转矩M为 SE20M=CI2cos2=C R +（SX20）2 R2 SR2= CE20 R +（SX20）2 R +（SX20）2 式中C常数，决定于电动机的结构； 电动机的定子的磁通密度(Wb/m2）

10、; S转差率； X20转子电路的相感抗（）； R2转子电路的相电阻（ ）； E20转子的电路开路电压（V）。 当外加电压U及频率f1为定值时，式中、E20和X20都是常数； 与外加电压U成正比，当外加电压U一定时是常数；X20是转子还未转动起来时 的感抗，X20=2f1L2,L2为转子绕组每相电感系数，常数；当外加电源频率f1为定值时，X20是常数。E20是转子电路开路电压，是转子还未转动起来时的电动势，常数；R2为转子电路的相电阻，没有外加电阻时，R2也是常数； 式中的电磁转矩M仅随转差率S的变化而变化。 根据式中作出的关系曲线，称为M-S曲线，也叫机械特性曲线。电动机固有的、没有改变电源频

11、率、定子端电压、转子内没有外加电阻时的特性曲线，称自然特性曲线。 曲线分为两部分：OA和AB部分，见图151。 s 在OA部分，S很小，电磁转矩M与转差率S基本成正比。可以认为这一段是直线。 在AB部分，随S增大，转矩与S成反比减小。 电磁转矩M由增大到减小的转折点，称为最大转矩Mmax；此时的转差率称临界转差率。 电动机运行时，轴上有两种转矩，一是电动机的电磁转矩M，另一是负载转矩Mf。 当Mf=M时中，电动机稳定运行；当MfM时，电动机减速运行。 电动机静止时，接通三相电源，电动机建立磁场，产生电磁转矩，此时的电磁转矩为启动转矩Mq。当Mq大于负载转矩时才能启动，小于负载转矩时不能启动。

12、电动机启动后，沿着BA运行。随着转速的增大，电磁转矩也有关增大，电动机进一步加速，经过临界点A进入OA段运行。在BA段电动机无法稳定 运行，称为不稳定区。 在OA段，随着转速增大，转矩减少，直到M与Mf1相等时，电动机稳定运行在C1点。 当电动机轴上机械负载转矩增大为Mf2时，电动机沿着OA运行，电磁转矩增大；当电磁转矩M=Mf2时，稳定运行在C2点上。 当电动机轴上机械负载转矩减少为Mf3时，电动机沿着OA运行，电磁转矩减少；当电磁转矩M=Mf3时，稳定运行在C3点。所以 AO段为稳定运行区。当Mf增大到超过电动机的最大转矩Mmax时，运行着的电动机很快停止运行。 2、额定转矩Me、额定输出

13、功率P、额定转速ne三者之间关系 电动机额定接电持续率工作时，轴上输出的最大允许转矩称为额定转矩Me。当电动机的电磁转矩等于额定转矩时，电动机运行在额定状态。此时的转速是额定转速ne;转差称为额定转差Se，电动机输出功率称为额定功率。 电动机的最大转矩Mmax与额定转矩的比值，称为过载倍数，用表示： Mmax = Me 式中Mmax电动机的最大转矩（Nm）; Me电动机的额定转矩（Nm）。 起重用的电动机的值，一般取2.32.8。什么叫电气制动 电磁转矩作为制动转矩，用来调节电动机的速度或停止运行，这种非接触式的制动方式叫电气制动。 机械制动主要用于固定停止位置用的支持制动和安全制动。电气制动

14、作用是用于减速制动，不能用于支持制动和安全制动，不能作为固定停止位置用。 为了使运动的机构迅速而准确地停止，或者使下降的重物获得稳定的运行速度，需要电动机在电气制动状态下运行。 起重机各机构驱动异步电动机常见的电气制动方法有再生发电制动、反接制动、能耗制动、单项制动四种。 再生发电制动 1、再生发电制动的形式 （1）在位能负载作用下产生的再生发电制动； （2）改变极对数P，改变同步转速n0=60f/P，使电动机的转速超过它的同步转速n0，产生的再生作用发电制动； （3）变频调速时，降低电源频率f使电动机的转速超过它的同步转速n0，产生的再生发电制动。 2、再生发电制动特点 （1）电动机的转速n

15、高于同步转速n0，转子带动旋转磁场转，处于发电状态。 （2）电动机的电磁转矩M是制动转矩，此时电动机处于再生发电制动状态； （3）转差S为负值，一般可以在一0之间。 定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动状态相反，电磁力矩的方向与电动状态相反，电磁力矩的方向与电动机的旋转方向相反，成为制动转矩，电动状态时，定子旋转磁场拉着转子，现在是转子拉着定子旋转磁场，是发电状态。电动机像一个与电网并联的发电机，将电能反馈给电网，又从电网吸取无功电流作激磁之用。 3、在位能负载的作用下再生发生电制动 电动机定子绕组下降方向接通三相交流电源，这时，电动机在具有势能的负载带动下，进入再生发电制动状态运行。 （1）

16、位能负载的作用下再生发电制动特点 电动机下方向接电，工作稳定运行在第四象限； 电动机的转速n高于同步转速n0； 吊钩上重物转矩大于电动机的阻力转矩（包括所带动的机构）； 电动机的电磁转矩M是制动转矩； 转差S为负值，一般可以在一 0之间。 当要求转速不大于1.2 n0时，再生发电制动的转差S1在0 一0.2之间，即|S1|=（R*+Rd*）M1* 0 一0.2，否则超速运行。 图2-1-1是位能负载的作用下再生发电制动的机械特性曲线，BD、BC段及其延长线为再生发电制动特性曲线段。 s 此时负载转矩是下方向，电动机在A点启动，电磁转矩也是下方向。在电磁转矩和负载转矩作用下，沿曲线AB加速，运行

17、在电动状态。到达B点后，运行速度等于同步转速，电动状态结束。过B点后，电磁转矩小于负载转矩。在负载转矩作用下继续加速，到达C点后，电磁转矩等于负载转矩，电动机在C点稳定运行。 如果转子里加一个外加电阻，电动机在H点启动，电磁转矩也是下方向。在电磁转矩和负载转矩作用下，沿曲线HB加速， 运行在电动状态。到达B点后，沿BD运行。到达D点后，电磁转矩等于负载转矩，电动机在D点稳定运行，转差为负，绝对值大于未加电阻的转差数值，稳定运行速度也大于未加电阻的稳定运行速度。 （2）在位能负载作用下的再生发电制动的产生方法 电动机下方向接电； 吊钩上重物转矩大于电动机的阻力转矩（包括所带动的机构）； 设计时，

18、转子内的全部电阻有Rd*=Se（额定转差）、软化电阻R*= 0.1、小电阻R*= 0.20等几种情况。 （3）再生发电制动，稳定运行时（位能负载）转差SL与转子电路总电阻R+Rd的关系 1）公式 Me |SL| R= Rd-Rd SeML 式中R转子回路外加电阻（不包括转子内电阻Rd）（）； Rd转子内电阻（）； 例4: 电动机下方向接电，外加电阻（包括转子内电阻）为R*=2时，负载转矩为M1*=1，求稳定工作速度n。 解 |SL|=R*M1*=2；因为S1为负数，所以舍去S1=+2。 n0-n 取SL=-2=； n0 解之得n=3n0。 在位能负载的作用下产生再生发电制动时，稳定工作速度与负

19、载转矩和转子电路总电阻的乘积有关。转子电路总电阻小，稳定工作速度小；转子电路总电阻大，稳定工作速度大。转子电路总电阻过大时，稳定工作速度过大，甩坏定子和转子绕组。 4、变极产生的再生发电制动 电动机在高速绕组（极对数少）运行，突然接入低速绕组（极对数多），运行速度高于低速绕组（极对数多）的同步转速。 图2-1-4中，曲线是高速极的机械特性曲线，是低速极的机械特性曲线。电动机接在高速绕组上时，沿曲线启动运行，Ml是负载转矩，稳定运行在A点，运行在电动状态。 s 突然接入低速绕组后，由A点运行平移到第二象限的B点运行，该点的转速高于低速绕组的同步转速n0，转速是正的。电磁转矩是制动转矩，是负的。电

20、动机由高速绕组的电动状态进入低速绕组再生发电制动运行。 此时的电磁转矩和负载转矩都与运行方向相反，都使电动机减速。到C点后，再生发电制动结束。 C点的电磁转矩为零。 在负载转矩作用下，继续减速，到D点后，电磁转矩等于负载转矩，电动机在D点稳定运行。此时，电磁转矩与电动机的运行方向相反，电动状态。5、降低电动机电源频率产生的再生发电制动 变频调速的降速过程中，均能使电动机的运行速度高于同步转速。图2-1-5中，f1高于f2。电动机在频率f1上电动运行时，稳定工作点在A点。频率由f1降到f2时， f2的同步转速是C点。此时的运行速度高于 s 同步转速。电动机的运行在再生发电制动状态。此时的电磁转矩

21、和负载转矩都与运行方向相反，都使电动机减速。到C点后，再生发电制动结束。C点的电磁转矩为零。在负载转矩作用下，继续减速，到D点后，电磁转矩等于负载转矩，电动机在D点稳定运行。此时，电磁转矩与电动机的运行方向相反，电动状态。能耗制动 把电动机定子绕组从三相交流电源上切断，接上直流电源，这时，电动机如被具有或势能的负载带动，则电动机进入能耗制动状态。 定子绕组中的直流电流使定子产生固定不变的磁场，旋转的转子切割磁力线，在转子中产生电流，固定不变的磁场对运动的转子电流产生电磁力，方向与转子的旋转改变方向相反，起制动作用。此时电动机相当于发电机，把负载的变成电能，再变成热能消耗在转子电路中。 能耗制动

22、一般用于起升机构的慢速下降和平移机构的快速停车。由于转速为零时转矩也为零，能准确停车。能耗制动接线如图2-3-1和2-3-2所示。 图2-3-3中，Mf是负载转矩，阻力负载。稳定运行在A点。运行在电动状态，突然切断三相交流电源后，接入直流电源，由A点运行平移到第二象限的B点运行，B点的电磁转矩是负的。负载转矩是阻力负载，与转子运行的方向相反。此时的电磁转矩和负载转矩都与运行方向相反，都使电动机 s 与运行方向相反，都使电动机减速。到O点后，电磁转矩为零，电动机停止运行。 - 图2-3-4（）中，M1是负载转矩，位能负载。起升机构稳定运行在A点上升方向的电动状态。突然切断三相交流电源后，接入直流

23、电源，由A点运行平移到第二象限的B点运行。B点的电磁转矩是负的，虽上升方向的。电磁转矩是制动转矩，电动机由电动状态进入能耗制动运行。负载转矩（位能负数）是下降方向。此时的电磁转矩 和负载转矩都与运行方向（上升）相反，都使电动机减速。到O点后，转速为零，电磁转矩为零。负载转矩不为零，在负载作用下，电动机反向运行。O点后的电磁转矩变成正的，上升方向。负载转矩还是下降方向，负载转矩大于电磁转矩，加速运行到D点，电磁转矩等于负载转矩，稳定运行在D点。 图2-3-4（）b中，是用于高空停止后，利用能耗制动稳定下重物的。ML是负载转矩，位能负载。重物停在高空不动。 首先接入直流电源，再打开制动器。接入直流

24、电源瞬间，电磁转矩为零，转速为零。负载转矩作用下，向下降方向转动。转动起来之后，电磁转矩不再为零，是上升方向的。电磁转矩是制动转矩。电磁转矩与运行方向相反，电动机由静止状态进入能耗制动运行。但电磁转矩小于负载转矩，加速运行到A点，电磁转矩等于负载转矩，稳定运行在A点。 如果刚开始转子内接入的电阻比曲线OA大。接入直流电源后打开制动器的同时，沿曲线OBC进行。加速运行到C点，电磁转矩等于负载转矩，稳定运行在C点。 如在稳定运行的A点，接入大电阻，可平移到B点运行；沿曲线BC运行。加速运行到C点，电磁转矩等于负载转矩，稳定运行在C点。 图6-1是特性曲线的四象限运行图。其中曲线1和2是异步电机的自

25、然机械特性曲线，而虚线L和L是负载特性曲线。曳引拖动电梯重载（轿厢侧重量超过对重侧重理）上行时，电动机处于电动状态，拖动力矩与负载力矩均为正值，电动机工作在第象限的A点。但若轻载（轿厢侧重量小于对重侧重量）上行时。由于负载力矩为负值即曲线L，故电机处于上行方向的再生状态，工作在第象限的B点。 当电梯轻载下行时，由于电动力矩和负载力矩均为负值，电机处于电动状态，工作在第象限的C点。在重载下降时，由于负载力矩为正值，电动机处于下行方向的再生状态，工作在第象限的D点。 2、运行速度高。、运行速度高。 一般用途的起重机的提升速度为0.10.4m/s，而电梯速度大都在0.5m/s以上，一般都在12m/s

26、，最高的可超过13m/s。 3、速度控制要求高。电梯属于输送人员的提升设备，在考虑人的安全和舒适的基础上也要讲究效率。故规定电梯的加速度不能大于1.5m/s2又不能小于0.480.65m/s2。在直流驱动和交流调压调速和变频调速中均由速度给定电路和提供一个较理想的运行速度曲线，通过反馈的拖动装置的速度调节，使电梯实时跟踪给定的曲线。若在加速、减速段中加速度变化的部位跟踪精度不高或各曲线段过渡不平滑都影响乘坐的舒适感。 4、定位精度高：一般提升机械如起重机的定位精度要求都不甚高，在要求较精确的定位如安装工件时，也是在工作人员的指挥和操作人员的控制下才能达到。而电梯在平层停靠时依靠自动操作，定位精

27、度都在15mm左右，变压变频调速电梯可在5mm以内。二、供电与主机控制二、供电与主机控制1、供电。电梯是民用建筑中功率较大的设备，而且由于工作的特点对供电的质量要求较高。电梯电源应是专用电源。由配电间直接送到机房，电源的电压波动范围应不超过7%，而且照明电源应与电梯主电源分开。 电梯的供电应采用TN-S系统，在有困难时可以采用TN-C-S系统。而且应有重复接地。为检修时使用活动工作灯具等需要，应有符合安全电压要求的电源装置向轿顶、底坑某处的插头供电。并应有应急电源在停电或故障时供照明和报警等装置使用。 2、主开关主开关。在机房中每台电梯都应单独装设一个能切断该台电梯电路的主电路的主开关。该开关

28、整定容量应稍大于所有电路的总容量，并具有切断电梯正常使用情况下最大电流的能力。 主开关主开关应具有稳定的断开和闭合位置，若以刀闸为主开关，则手把向下的位置应是断开位置。主开关的断开位置最好能锁住，以防误操作造成事故。主开关应安装在从机房入口处能方便迅速接近和操作的位置，周围不应有杂物或有碍操作的设备或结构。如果机房为几台电梯共用，各台电梯的主开关必须有明显易识别的与曳引机对应的标记。主开关若装在电气柜内，则电气柜不应上锁，应能随时打开。 主开关不能切断下列的供电电路：机房、滑轮间、轿厢和井道(含底坑)的照明；机房、轿顶和底坑的插座以及通风和报警装置。 电梯轿厢和井道的照明和插座，应取自建筑的照

29、明电路或从主开关外侧引入。并有各自单独的电源开关和保护装置，开关应安装在相应的主开关附近。 3、配线与布线。电梯用的导线、电缆应符合GB50131997额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆和GB50231997额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆的规定。其中聚氯乙烯绝缘电缆能用于除电梯驱动主机动力电路以外的全部线路。导线的截面应由安全载流量和机械强度来决定，但门安全电路的导线截面不得小于0.75mm2。除GB5023.4固定布线用护套电缆和GB5013.4中的重型电缆可在机房、井道墙上明敷外，其他电线电缆都应安装在线槽和线管中。线槽与线管应用不燃性的材料制成，并有足够的强度。铁

30、制线槽在机房地面敷设时，其壁厚不得小于1.5mm。不易受损的分支线路可以用软管保护，但软管长度不应超过2m。 电线管在安装时应用卡子固定，固定点间距应不大于3m。线管的管口应设护口，与线槽连接处应用锁紧螺帽锁紧。其内部电线的充填率应不大于40%。金属软管与箱、罩或设备的连接处应用专用接头。安装时应固定，尤其端头必须固定牢固，固定点间距不大于1m。电线槽应接口严密，槽盖齐全平整，在并列安装时应注意使槽盖能方便开启。线槽的转角和进出口应无毛刺，各节槽体间应有电气连接。在线槽或线管配线时，电线应尽量避免有中间接头，在必须的接头时应采用冷压端子等方法可靠压接并作好绝缘处理。在线槽的进出口和转弯部位或电

31、缆受力部位应加绝缘衬垫，垂直部分应可靠固定。电线槽内的电线充填截面应不大于槽内截面积的60%，并应留有备用线。动力线和控制线应分开敷设。 在电线安装时，接线端子应置于柜内或盒内，电线电缆的内护层和护套应进入设备接线装置的壳体，以确保导线绝缘和防护的连续性。 电梯随行电缆应符合GB5013.51997和GB5023.61997的要求。随行电缆安装前必须先自由悬吊消除扭曲。敷设的长度应在轿厢完全压缩缓冲器后，略有余量但不拖地。设井道路中间电缆固定架时，固定架应设在提升高度过的2/1以上1.5m处。随行电缆两端及不运动部分应可靠固定。圆电缆应绑扎在轿底和井道的电缆架上（如图6-2，6-3）。扁电缆可

32、重叠安装，重叠数不易超过三根，每根间应有3050mm的活动间距。扁电缆固定应使用楔形插座与卡子（见图6-4a和图6-4b）。 4、制动器和驱动主机的控制 制动器在动力电源或控制电源失电时，都应无延迟地自行制动。按的要求：切断制动器的电流至少应用两个独立的电气装置（接触器）来实现，即对制动器线圈应有两个独立的串联的触头进行控制。当电梯停止时，若其中一个接触器的主触点未打开，则最迟到下一次运行方向改变时，能防止电梯再启动。这两个接触器可以是专门设立的，也可以利用切断驱动主机电流的装置。 规定由外电源直接供电的驱动主机，必须用两个独立的接触器切断电源使主机停止运行。这两个接触器的主触点应串联在电源电

33、路中。在电梯停止时若有一个接触器的主触点未打开，则最迟到下次运行方向改变时，必须防止电梯再运行。 当驱动主机由静态元件供电和控制时，可以采用上述用两个独立接触器切断主机电源的方法，也可以由一个能切断各相电流的接触器，和一个用来阻断静态元件中电流的控制装置及每次停车时检验阻断情况的监控装置共同组成的系统来切断主机电流。 接触器应在电梯每次改变运行方向前释放 ，如果此时接触器主触点未断开，电梯应停止再运行。在正常停车时，如果阻断装置未能有效阻断静态元件输出的电流，监控装置应使接触器释放，防止电梯再运行。第二节交流变极调速系统第二节交流变极调速系统 变极调速就是改变交流感应电机定子绕组的磁场极数，以

34、改变磁场同步转速来达到调速的目的。 由电机学原理可知，三相异步电动机的转速可由下式表达：式中：n电动机转速（r/min）；f电源的频率；p定子绕组的磁极对数；s转差率 从上式可见改变磁极对数p就可以改变转速。电梯变极调速用的交流异步电动机有单速、双速和三速。使用最多的是双速，单速仅用于速度较低的杂物梯，双速电机的磁极数一般为极极和极极，也有少数4极/24极和6极/36极的。三速电机一般磁极数为6极/8极/24极，比双速多一个8极绕组，用于制动减速时的附加制动，三速电机主要用于载重量大的电梯。 电机极数少的绕组称为快速绕组，极数多的称为慢数绕组。变极调速是一种有级调速，调速范围不大，因为过多地增

35、加电机的极数，就会显著地增大电机的外形尺寸。 图6-5是交流双速电梯的主拖动系统的结构原理图。从图中可以看出，三相交流感应电动机定子内具有两个不同极对数的绕组（分别为6极和24极）。快速绕组（极）作为起动和稳速之用，而慢速绕组作为制动减速和慢速平层停车用。为了限制起动电流，以减小对电网电压波动的影响，在起动时一般按时间原则，串电组、电抗一级加速或二级加速；减速制动是在低速绕组中按时间原则进行二级或三级再生发电制动减速，以慢速绕组（极）进行低速稳定运行直至平层停车。 下面以图6-6所示的交流电动机机械特性图来说明电梯的整个运行过程。电梯串电抗后以特性曲线起动，起动转矩为Ma，转速上升到nb时，短

36、接电抗器XH、RH，转到自然特性，由于转速不能突变，过渡到点，转矩有增量M=Mc-Mb，然后加速到nb以恒速运行。减速制动时已从快速绕组切换至慢速绕组上，为减少电流冲击，串入电抗XL、电阻RL，电动机按运行特性曲线3的e点开始减速，一直到f点时，KMA2吸合，短接电阻R2，电动机串电抗XL以特性4运行。速度下降到h时KMA3吸合，短接全部电阻和电抗，电动机以特性5运行，直到KM2释放，电动机失电停止运行。 在快速绕组中串入电阻和电抗，是为了在起动时减小起动电流和减小对电网的影响，也限制了起动时的加速度防止产生冲击以改善起动的舒适感。在慢速绕组中串入电阻和电抗，是为了限制减速时快速绕组切换到慢速

37、绕组时的制动力矩，防止产生冲击。逐极切除电阻电抗是为使减速平稳，都是为了增加舒适感。一般要求起动转矩为额定转矩的2倍左右，慢速为1.51.8倍。第三节交流调压调速系统 一、交流调压调速就是通过改变电机定子电压来实现调速 双速电梯采用串电阻电抗起动，变极减速平层，一般起、制动加速度大，运行不平稳。若用可控硅取代电阻电抗，从而控制起、制动电压，并采用速度反馈实现系统闭环控制，在运行中不断检查电梯运行速度与理想速度曲线的吻合。就可以达到起动舒适、运行平稳的目的，这就是交流调压调速的基本原理。 交流调压调速电梯在运行各个阶段的控制方式大致有三种见图。从图中可知不论那种控制方式，其制动过程总是要加以控制

38、的。交流调压调速的制动方式有能耗制动、涡流制动、反接制动。一般常用能耗制动方式。 能耗制动的调压调速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，在定子内形成一固定的磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，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与定子磁场相互作用产生了制动力矩，其大小与定子磁化力及电机转速有关。这种状态下的机械特性曲线第象限通过坐标原点向外延伸的曲线（见图6-8）。从曲线形状可见，当电机转矩下降为零，转速也为零，所以应用能耗制动能使轿厢准确停车，再加上用可控硅构成闭环系统调节速度，可以得到满意的舒适感及平层

39、精度。 由于能耗制动力矩是由电机本身产生的，因此对起动加速、稳速运行和制动减速实现全闭环的控制不但可能而且是方便的。具体可根据电机特性及调速系统的配置而定。 这种系统对电动机的制造要求较高，因此电动机在运行过程中一直处于转矩不平衡状态，从而导致电动机运行噪声增大，以及电机会发生过热现象。 可控硅的调压调速是采用移相控制。三组反并联的晶闸管按顺序用脉冲触发，触发顺序必须保证相序和相位关系。这时对于一定的负载阻抗角来讲，触发控制角越大，晶闸管的导通角将越小，流过晶闸管的电流也越小，其波形的不连续程度增加，负载的电压就越低。 二、交流调压（ACVV）拖动系统的组成 典型ACVV电梯拖动系统如图6-9

40、所示，该系统适用于额定载重量为1000kg、额定速度为1.252m/s的交流调速电梯。系统由以下各部分组成：1、交流曳引电动机 电动机为交流调压调速电梯专用双绕组双速曳引电动机，额定电压为380V，50HZ，极数为4/16极，额定功率为18.5/3.9kW，额定电流为40A/20A，额定转速为1380/325r/min；对电动机进行双重热保护。当电动机温度上升到60左右时，起动风机对电动机进行强制通 风冷却。冷却风机额定电压为220V，50Hz，4极，额定功率为0.22kW。额定电流为1.55A，额定转速为1350 r/min。当温度超过155时，通过电动机内部热敏电阻控制热保护继电器，迫使电

41、梯到最近层站停靠开门。待电动机冷却后，重新起动，电梯继续运行。2、速度调节装置速度调节装置（也称作调速器），是在引进技术基础上国产化的电梯速度控制装置，比如TSD-10调速器就是这类装置。调速器是电梯调速系统的关键控制部件，它由许多电路环节组成，其中速度调节器、速度给定曲线发生电路和晶闸管触发电路是构成调速器的核心部 分。该调速器具有如下功能：输入380V三相交流电压，其输出为0380V连续可调三相电源电压，可控制的电动机最大功率为20kW。 能给出三种连续可调的给定电压。其低速给定电压为03V，对应电动机转速为0500r/min，用于平层低速爬行；中速给定电压为36V，对应电动机转速为500

42、1000 r/min，用于单层稳速运行；高速给定电压为69V，对应电动机转速为10001500r/min，用于多层稳速运行。还能给出等于1/2低速给定电压的再平层给定电压，以便提高平层准确度，一般平层准确度可以达到45mm。给定电压的上升时间和下降时间可在0.43.5s间连续可调。能给出介于高速和中速之间的所谓计算速度，用于特殊楼层的运行以及短距离顺向截车运行，以便提高运行效率。能给出可调给定增量电压，其作用时间为几十毫秒，用于减小由机械传动系统的静摩擦力以及位能性负载的反向驱动在起动瞬间所造成的冲击。具有较为齐全的保护功能，如断相和错相保护、给定与反馈信号差值保护、超速和欠速保护等。3、测速

43、发电机 测速发电机TG是一个双绕组永磁式直流发电机，额定输出电压为120V，额定电流为9 0 m A，额定转速为2 0 0 0 r / m I n，输出灵敏为20.06V/r。测速发电机与曳引电动机同轴刚性或软性连接。其一个输出信号接至调速器的1、2端，作为闭环控制的速度反馈信号；另一个输出信号接至速度继电器JVR和JVP，作为速度监测信号。4、速度继电器 用于速度监测的速度继电器为高速超速保护继电器JVR和低速平层速度检测继电器JVP，均接受测速发电机的一组输出信号，高速保护继电器JVP的速度整定范围为10002000r/min，一般整定在1500 r/min。当电动机转速高于整定值时，继电

44、器JVR释放，控制急停回路，实现高速超速保护。 低速平层检测继电器JVP的速度整定范围为（100400）r/min，一般整定在150 r/min。当电动机转速低于整定值时，继电器JVP吸合，通过其它电路环节的配合，完成平层和再平层。三、ACVV系统的工作过程当电梯快速运行时，图6-9中的检修接触器MK、IMK开断，快速接触器KK闭合，三相交流电源经调速器后，由U、V、W端输出可调三相交流电压，经方向接触器XK（下行）、SK（上行）和快速接触器KK接至曳引电动机4极高速定子绕组。与此同时，直流接触器ZK闭合，调速器+、-端的可调直流电压，经直流接触器ZK接至电动机的16极低速绕组，以备进行能耗制

45、动。电梯的逻辑控制电路使高、低速运行继电器KG、KD闭合（如判断为中速运行，则继电器KZ、KD闭合），调速器便给出相应的速度给定信号，控制电梯按给定速度曲线起动加速、稳速运行和制动减速。在运行中，若实测转速低于给定速度，则调速器通过电动机4极快速绕组使其处于电动运行状态，电梯加速运行；若实测速度高于给定速度，则调速器通过电动机16极低速绕组使其处于制动状态，电梯减速运行。这样，便保证电梯始终跟随给定速度曲线运行。 当电梯处于检修运行状态时，快速接触器KK和直流接触器ZK释放，三相交流电压就不经调速器而通过闭合的检修接触器MK、1MK直接接至电动机16极低速绕组。这时，运行继电器全部释放，调速器

46、不再起作用，电动机便以额定转速为320r/min的检修低速运行。四、调压调速系统特性调压调速电梯拖动系统原理框图如图6-10所示。 从图中可发现，曳引电动机的电动控制和制动控制使用同一个速度调节器。实际上，交流感应电动机的电动运行和能耗制动运行的调节规律是有差别的，考虑到便于现场调试，就做了近似处理，将电动与制动两个调节器统一起来，从而也使电路得到简化。 这样，由测速环节将实时测速信号Un反馈至速度调节器的输入端，与速度给定信号U*n进行比较，再将偏差信号U输入到速度调节器。当电梯实际运行速度低于速度给定值时，偏差信号U为正值，速度调节器输出正值控制电压Uct，使电动触发器工作，改变电动机主回

47、路三相调压电路正反向并联的晶闸管控制角，电动机加速运行； 反之，当电梯实际运行速度高于速度给定值时，则偏差信号U为负值，速度调节器输出负值控制电压Uct，经倒相后，使制动触发器工作，改变接于电动机16极低速绕组的半控桥式可控整流电路晶闸管控制角，实现电动机的能耗制动，使其减速运行。在电梯运行过程中，要根据实际运行状况，控制电动触发器和制动触发器分时工作。 为了便于分析调速器电路的工作原理，需要研究闭环控制系统特性。 由于电梯专用曳引电动机转子绕组的电阻值较高，机械特性较软，因此当电动机在低速动行时，若电网电压有所波动，以及恒转矩性质负载出现扰动，都会引起较大的转速变化，表明其运行稳定性较差。所

48、以，对于恒转矩性质的负载，在要求调速范围D2时，就需要采用如图6-10所示的转速负反馈闭环控制系统。系统的稳定运行状态称为静态。根据图6-10可画出调压调速系统静态结构图如图6-11所示，图中n=f（U1，Te）表示电动机的机械特性。 从图中可见，恒转矩性质的负载力矩为TL，当电动机定子电压为1时，系统运行在特性曲线上的a点。当负载力矩由TL增加到TL（或降低到TL）时，系统的反馈控制作用将电动机定子电压由U1提高到U1（或减小到U1），使其运行在新机械特性上的a（或a）点上，来力图维持转速n不变。若将这些点联接起来，便得到该闭环系统的静特性。这样，对于不同的速度给定电压U*n，便有一定的转速

49、n以一定的精度与之对应（如应用PI调节器，也可以做到无静差），也就是说，当改变给定电压U*n时，静态特性就会随之上下平移，达到了宽范围调速的目的，一般可达到调速范围D=10。所以，速度反馈闭环调速系统，不但提高了调速精度，还扩大了调速范围。第四节交流变压变频调速系统 自70年代以来，随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流电动机的调速技术取得了巨大的进展。各种交流调速技术在工业领域得到广泛应的同时，电梯的交流调速系统也日趋完善。除了前述的变极调速、交流调压调速（）电梯以外，交流变压变频调速是电梯的理想调速方法。 交流变压变频调速电梯也称为电梯，是英文ariable Voltage Variab

50、le Frequency的缩定。VVVF电梯速度调节平滑，能获得十分良好的乘坐舒适感；能明显地降低电动机的起动电流。与其它类型交流调速系统相比，性能最好，运行效率最高，可以节能30%50%。在80年代初期，日本开发出了VVVF电梯。现在，VVVF调速技术已被用于快速、高速和超高速电梯。一、异步电动机的变频调速原理 由式6-1可知，若连续改变电源频率f，亦可平滑地改变电动机的转速n。而三相异步电动机定子每相感应电动势有效值E为 E=4.44fNKm (6-2) 式中 N定子每相绕组串联匝数； K基波绕组系数；m每极气隙磁通量。 由上式可见，在一定时，若电源频率f发生变化，则必然引起磁通m变化。当

51、m变弱时，电动机铁心就没被充分利用；若m增大，则会使铁心饱和，从而使励磁电流过大，这样会使电动机效率降低，严重时会使电动机绕组过热，甚至损坏电动机。因此，在电动机运行时，希望磁通m保持恒定不变。于是，在改变f1的同时，必须改变E，即必须保证E/F=常数，采用恒定的电动势频率比的协调控制方式，就可以保证磁通m恒定不变。在电机转差率很小时，电机转矩与转差率近似成正比，即这段机械特性基本为直线。 绕组中的感应动势是难以直接控制的，但在较高时，可以忽略定子绕组漏磁阻抗压降，因此可认为定子每相电压。若以电源角频率表示频率时，则得V1/1=常数，这便是目前广为采用的恒压频比控制方式。其机械特性如图6-12

52、。二、变频装置工作原理 按恒压频比控制方式进行变频调速的装置，其一种是直接变频（交一交变频）装置。这种装置的变频为一次换能形式，即只用一个变换环节就把恒压恒频电源变换成电源，所以效率较高。但是，所用的元件数量较多，输出频率变化范围小，功率因数较低，只适用于低转速大容量的调速系统。另一类为间接变频（交直交变频）装置。这种变频装置是将恒压恒频交流电源先经整流环节转换为中间直流环节，再由逆变电路转换为电源，如图所示。这种装置的控制方式有以下两种：1、用可控整流器变压，用逆变器变频的交直交变频装置 这种装置的输入环节是由晶闸管构成的可控整流器。输出电压幅度由可控整流器决定，输出电压频率由逆变器决定。也

53、就是说，变压和变频分别通过两个环节并由控制电路协调配合来完成。这种装置结构简单，元件较少，控制方便，频率调节范围较宽。但是，在电压和频率调得较低时，电网端功率因数也降低。如输出环节由晶闸管构成，则输出电压谐波较大。 2、用不控整流器整流，通过脉宽调制方式控制逆变器同时进行变压变频的交直交变频装置。 由于输入环节采用不控整流电路，所以电网端功率因数高，而且与逆变器输出电压大小无关。逆变器在变频的同时实现变压，主电路只有一个可控的功率环节，简化了电路结构。逆变器的输出与中间直流环节的电容电感参数无关，加快了系统的动态响应，选择对逆变器的合理控制方式，可以抑制或消除低次谐波，使逆变器输出电压为近似的

54、正弦波交变电压。这种控制方式称为正弦脉宽调制方式。本节将重点讨论SPWM变频装置。（1）SPWM逆变器的工作原理 逆变器的功率器件工作在开关状态。当开关器件导通闭合时，逆变器输出电压的幅度等于整流器的恒定输出电压；当开关器件截止开断时，输出电压为零。于是，逆变器输出电压为等幅的脉冲列。为了使该脉冲列与正弦波等效，以便尽量减少谐波，现将正弦波形分作N等份，如图6-14所示（图中N=8）。令每一等份的正弦波的中点与相应的矩形脉冲波形中点相重合，并使矩形脉冲波的面积与对应等份的局部正弦波面积相等，则等幅但不等宽的矩形脉冲列，必然与该半周正弦波等效。也就是说，各分段平均值的包络线为等效的正弦波，如图6

55、-14(b)所示。可以推断，若逆变器的开关器件工作在理想状态，则开关器件驱动信号的波形也应与该脉冲列相似。显然，开关器件开、断的工作频率越高，等幅不等宽的脉冲列等效波形就越逼近对应的正弦波形。 对上述的等效控制方式，实际上是通过调制的方法来实现的，即将所期望的正弦波形作为调制波，而将等腰三角形波作为被调制的载波。利用三角波线性变化的上升沿、下降沿与连续变化的正弦曲线的交点时刻，来控制逆变器开关器件的导通与截止。SPWM变频器主电路原理图如图6-15（a）所示。由整流二极管构成三相不控整流电路，输出恒定直流电压Us；逆变电路由六个功率开关器件组成。在每个上均反并联一个续流二极管，以便联接感应电动

56、机负载。 图6-15(b)为SPWM控制电路原理框图。由三相正弦波 振荡器输出作为调制波的参考信号电压URU、URV、URW，其信号频率和波形幅度均在一定范围内可调。由三角波振荡器输出作为被调制的载波信号Ut，分别与各相参考电压进行比较。载波信号Ut的频率高于参考电压频率。若三角波Ut只在0与最大幅值之间交变，则为单极式控制方式。在U相正弦参考信号半周期内的比较工作过程如图6-16所示。当URUUt时，比较器输出电压UDU为高电平；当URUUt时，UDU为低电平。因此，只要正弦调制波的最大值低于三角形载波的幅值，经比较之后，必然输出幅值相等，而宽度为两侧窄、中间宽的按正弦规律变化的SPWM波形

57、。当用这样的波形驱动主回路逆变器的一个功率器件时，就会得到同样的与弦波形等效的脉冲列，脉冲幅度为Us/2。 若三角波Ut为正负交变波形，则为双极式控制方式。这时，在正弦调制波的正、负半周内，分别与正、负交变的三角波进行多次比较，就得到正、负交变的SPWM输出波形。当用这样的SPWM信号以各相互差120的相位关系按规定顺序驱动主回路逆变器的功率器件时，就会得到三相SPWM输出波形如图6-17所示。由此可见，变频器输出的脉冲列所等效的正弦波（即输出的基波）的电压和频率，取决于正弦调制波参考信号的幅值和频率。也就是说，通过对正弦调制参考信号的电压、频率的协调平滑控制，就可对变频电路实现电压、频率协调

58、控制。（2）SPWM波形的产生可以按图6-15（b）所示SPWM控制电路框图，采用模拟电子电路构成幅度和频率均可调的正弦波振荡器、三角波振荡和比较器等环节，来产生SPWM驱动控制波形，如HEF4752、SLE4520、MA818和4752LS-SPWM发生器等来产生SPWM控制波形。还可以通过微机软件来生成SPWM波形。若以微机为基础来生成SPWM波形，首先应找到确定逆变器功率开关器件开、关时刻的有效方法，即对开、关时刻的采样方法。一般可以考虑的采样方法，有自然采样法和规则采样法，目前广泛采用规则采样法。三、电力电子器件a、普通晶闸管TH：在所有电力电子器件中工作容量最大，但工作频率小于0.5

59、kHz，而且没有自关断能力，要另设关断电路。除了大容量装置外，在现代交流调速系统中已很少采用。b、可关断晶闸管GTO：可通过门极施加负电流脉冲使其关断。它是自关断器件中容量最大的器件，但工作频率只有12kHz，是自关断器件中最低的。c、电力晶体管GTR：是目前广泛应用的自关断电力电子器件，其单管工作容量可达1kV、200A；模块可达1.2kV、800A和1.8kV、100A。工作频率一般在10kHz以下。d、电力场效应晶体管MOSFET：它是绝缘栅型单极晶体管，驱动功率小，热稳定性较好，电路简单，工作频率可达100kHz以上，是自关断器件中开关速度最快的器件。但其通态压降大，容量也小，只有1K

60、v、38A水平，只用于小功率装置。e、绝缘栅极双极型晶体管IGBT：是GTR和MOSFET的复合，是80年代出现的新型自关断型电力电子器件。其速度快、热稳定性好，导通压降低。工作容量与GTR属同一等级，工作频率高于10kHz，用于快速和低功耗电力电子技术领域。有取代MOSFET和在中等功率容量范围内取代GTR的趋势。四、感应异步电动机的矢量变模控制 异步电动机具有构造简单、坚固等许多不可替代的优点，便其调整性能总不能与直流电动机相比。矢量变换控制就是在此基础上研究并进入实用阶段的一种新的调速技术。 现对异步电动机的电磁转矩和直流电动机的电磁转矩进行比较分析。 异步电动机的电磁转矩公式为Mn=C