电气原理及控制技术

电气原理及控制技术主讲人：陈捷群电梯八大系统电梯机械部分电气部分轿厢系统导向系统曳引系统门系统重量平衡系统电力拖动系统电气控制系统安全保护系统电力拖动系统电梯的电力拖动系统的功能是为电梯的提供动力，并对电梯的启动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯起停时的加速和减速性能、平层精度、乘坐舒适感等指标。目前电梯的拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动。如下图：电力拖动系统直流电动机拖动交流电动机拖动调压调速系统变频变压调速系统变极调速系统交流电动机的调速三相异步电动机转速公式为：

n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用的调速方法有电动机转子串电阻调速（调压调速）、有改变定子极对数调速（变极调速）、还有改变定子电压、频率的变频调速（调频调压调速）等。从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。调速方式调压调速变极调速调频调压调速变频器主回路主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。（1）整流器：它把工频电源变换为直流电源，也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。（2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。（3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。变频器控制回路控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。编码器编码器应用于速度控制或位置控制系统的检测元件，如果说变频器控制回路中的”电机速度检测电路”是软件，那编码器就是电机速度检测的实际工具硬件。旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。电气控制系统电梯的电气控制系统，主要是指对电梯主曳引电动机和门机的启动、运行方向、减速、停止的控制，以及对每层站显示、层站召唤、轿内指令、安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。控制系统的功能与性能直接决定着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学的迅速发展及广泛使用，不仅提高了电梯的整机性能，而且也改善了电梯的乘坐舒适感、提高了电梯控制的技术水平和运行可靠性。电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，PLC控制和微机控制的电梯产品已成为主流。电气控制系统继电器控制PLC控制微机控制继电器控制继电器控制系统，简明易懂，线路直观，易与掌握。系统通过继电-接触器触点的断合，进行逻辑判断和运算，进而控制电梯的运行。但从使用观点看，该系统有以下缺点：1）触点易磨损、电接触不好、故障率高；2）触点闭合缓慢、动作速度慢；3）设备体积大，控制柜占机房面积大；4）控制系统的能量消耗大；5）维修保养工作量大、费用高；6）控制功能少、接线复杂、通用性与灵活性较差。由于继电-接触器系统有上述诸多弊端，因此该系统仅仅应用于电梯速度不高（小于1.75m/s）和要求不十分高的场合，目前逐渐被可靠性高、通用性强的可编程控制器及微处理器所代替。PLC控制可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。欧姆龙PLC三菱PLC微机控制单片机也被称为微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

控制柜变频器急停,检修等开关微机板相序继电器接触器平层装置光电式平层装置双稳态平层装置单簧管传感器平层装置端站换速和限位开关装置检修箱轿顶检修箱底坑检修箱限速器

限速器的作用是随时监测控制着轿厢的速度，当出现超速度情况时，即电梯额定速度的115%时，能及时发出信号，继而产生机械动作切断供电电路，使曳引机制动。如果电梯仍然无法制动则安装在轿厢底部的安全钳动作将轿厢强制制停。限速器是指令发出者，而安全钳是执行者。两者的共同作用才出现了安全电梯之说。限速器安全钳系统是电梯必不可少的安全装置，当电梯超速、运行失控或悬挂装置断裂时，限速器安全钳装置迅速将电梯轿厢制停在导轨上，并保持静止状态，从而避免发生人员伤亡及设备损坏事故。单向限速器双向限速器安全鉗电梯用缓冲器有两种主要形式：蓄能型缓冲器和耗能型缓冲器。蓄能型缓冲器指的是弹簧缓冲器，主要部件是由圆形或方形钢丝制成的螺旋弹簧。锥形弹簧目前已很少使用。蓄能型缓冲器只能用于额定速度不超过1.0m/s的电梯。耗能型缓冲器适用于任何额定速度的电梯。耗能型缓冲器应满足:当载有额定载荷的轿厢自由下落,并以设计缓冲器时所取的冲击速度作用到缓冲器上时平均减速度不应大于1g,减速度超过2.5g以上的作用时间不应大于0,04s。渐进式安全钳瞬时式安全钳双向渐进式安全钳夹绳器

根据GB7588-2003中规定，曳引驱动电梯上应装设上行超速保护装置，保证当轿厢上行超速时，使电梯制停或使其速度降低至对重缓冲器的允许范围内。该装置应作用于轿厢、对重、钢丝绳系统（含曳引钢丝绳或补偿绳）、曳引轮位置上。夹绳器是直接将制动力作用在曳引钢丝绳上，夹绳器一般安装在机房内曳引轮和导向轮之间的曳引机机架上，也有将其安装导向轮下部，但必须保证安装牢固可靠。根据夹绳器触发装置的不同，夹绳器又分为限速器机械式触发（闸线拉动，限速器动作机构直接带动提拉钢丝软轴使夹绳器动作）和电磁式触发（超速后限速器发出信号，夹绳器压绳块动作，夹绳曳引钢丝绳实施制动）两种类型。缓冲器电梯用缓冲器有两种主要形式：蓄能型缓冲器和耗能型缓冲器。蓄能型缓冲器指的是弹簧缓冲器，主要部件是由圆形或方形钢丝制成的螺旋弹簧。锥形弹簧目前已很少使用。蓄能型缓冲器只能用于额定速度不超过1.0m/s的电梯。耗能型缓冲器适用于任何额定速度的电梯。耗能型缓冲器应满足:当载有额定载荷的轿厢自由下落,并以设计缓冲器时所取的冲击速度作用到缓冲器上时平均减速度不应大于1g,减速度超过2.5g以上的作用时间不应大于0,04s。聚氨酯缓冲器液压缓冲器相序继电器根据国家标准GB7588—95中规定对于供电电源的错相及电压降低都应有防护措施。相序继电器在所有电梯控制系统中是不可缺少的环节。当电梯供电系统出现相序错误及缺相时电梯不能运行。在直流电梯中驱动直流发电机的原动相序错，导致发电机输出电压极性反向，由于反激励磁场的存在导致电梯飞车造成事故。在交流电梯中电梯的向上与向下运行是通过改变电动机供电电压的相序实现的，当相序发生错误时，会使上与下运行反向。在控制系统中必须采用相序保护，否则造成人身和设备的事故。安全触板安全触板是电梯一种近门安全保护装置，它是一种机电一体式关门防夹安全装置。与其同等作用的近门保护装置是光幕保护装置，属于感应式保护装置。作用是在电梯自动关门过程中，防止人员或物品被夹受损。工作原理：

安全触板属于电梯轿门上的一个软门，当电梯轿厢在关门过程中接触（安全触板）或非接触性（光幕）感应到物体时，连接在近门的一个开关量会给控制柜一个开门信号。电梯开门，从而达到不伤人不伤物的作用。光幕电梯光幕是一种光线式电梯门安全保护装置，适用于客梯、货梯，保护乘客的安全。由安装在电梯轿门两侧的红外发射器和接收器、安装在轿顶的电源盒及专用柔性电缆四大部分组成。在发射器内有32个（16个）红外发射管，在MCU的控制下，发射接收管依此打开，自上而下连续扫描轿门区域，形成一个密集的红外线保护光幕。当其中任何一束光线被阻挡时，控制系统立即输出开门信号，轿门即停止关闭并反转开启，直至乘客或阻挡物离开警戒区域后电梯门方可正常关闭，从而达到安全保护目的，这样可避免电梯夹人事故的发生。超载保护装置