第六章电梯电力拖动系统

1、电梯与自动扶梯技术检验第六章电梯电力拖动系统主讲：王立忠时间：2013年10月13日2018/10/51| 一、拖动系统作用| 拖动系统就是给电梯提供源动力的系统。通俗讲就是电梯电动机的控制。| 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起、制动加速度、平层精度、乘坐舒适感。第一节02| 二、分类| 1.交流变极调速系统：第一节1采用双速或多速电动机做动力，需要变速时改变电机极对数（类似于汽车换档）， 使用接触器直接控制电动机。起、制动时在回路中串接电阻或电抗器，限制电流改善运行冲击。控制系统简单、造价低、舒适感较差，适用1m/s以下低速电梯

2、及货梯。90年前是各电梯公司的主流产品！|3| 交流双速电梯曳引机采用变极调速系统曳引机4| 二、分类| 1.交流调压调速系统：采用双速或带有涡流制动器的电动机，高速绕组电动运行，低速绕组或涡流制动器直流制动，晶闸管闭环或半闭环控制、有较好运行舒适感；平层精度比高；优于双速电梯，适用于中速电梯。但能耗较大、电动机发热较大，所以电动机配有温度保护装置。90年代后期的主流产品，随着变频技术的出现，属于淘汰性产品。|第一节25| 调压调速曳引机双绕组或双速设计，带有强制风冷装置曳引机6| 二、分类| 3.变频变压调速系统：采用单速电动机作为动力，使用电力半导体元件供电，对供电电压和频率进行调 节，改

3、变电动机转速（属无极调速）。调速性能达到直流电机的水平，运行舒适感好；平层精度高；可提供能量反馈装置； 节能环保；是发展的必然。随着变频器的大量应用，造价逐渐降低。缺点造价高、系统复杂。|第一节37频调速曳引机组设计，内涡轮风机冷却。8| 三类驱动主机比较图曳引机对比9| 二、分类| 3.直流拖动系统：采用交流电动机拖动直流发电机，控制发电机励磁大小，改变发电机输出电压，提供给直流电机动力。或直接控制晶闸管整流对直流电机进行供电。一般用于高速电梯，运行舒适感好；平层精度高。随着变频技术的发展，将被变频控制取代。主要缺点：使用发电机系统，体积大、能源使用率低、噪声大需经常维护。|第一节410|

4、三、特点| 1.电梯的负载情况：第一节5电梯负载随载重量而变化，运转方向随控制需要而改变，对重与轿厢存在重量差 别，在不同条件下，电动机处于电动或制动状态且有可控的输出转距，在任何情况下都要有良好机械控制性能。|11| 三、特点| 2.运行速度与控制：一般起重机械运行速度在0.1m/s-0.4m/s之间.电梯运行速度关系到电梯运行效率，又要保证良好运行舒适感，因此要求速度调节范围大；速度过渡平滑；加、减速度可控制。目前运行速度最高的电梯是迪拜塔，运行速度达到17.5m/s，其次是台北101大厦，速度达16.8m/s。|第一节612T0 电梯启动加速；F0电梯匀加速； T1 匀加速到稳速运行；T

5、2稳速运行到匀减速；F1匀减速运行；T3匀减速到停止。|电梯理想运行曲线13三、特点3.控制精度：电梯对控制精度要求较高。根据国标，双速电梯允许平层误差在15mm，调速电梯允许平层误差5mm。在负载情况经常发生改变的情况下，要达到这种精度需要拖动系统强有力支持。因此电梯拖动要求精度较高。|第一节7|14| 新技术及其应用1. 永磁同步电机同步电机不是新技术，高强永磁体技术的发展带动了电机的革命。永磁同步电机在电梯上的应用就是代表，主要特点为：输出力矩大，多采用无齿轮形式，机械结构简单，可做到免维护运行；无减速箱，传动效率高，省去了加油、换油的麻烦；速度调节范围广且在高速和低速状态下都具有良好的

6、性能；各方面性能指标都接近直流电动机的水平，使用变频器控制，并配备高精度旋编，调速比在1000:1以上，控制精度非常高，非常适合在电梯上应用。应用时间较短，技术仍需要改进和完善。|第一节补充|15| 永磁同步曳引机图片永磁曳引机16| 新技术及其应用| 2. 能量反馈装置| 电梯在制动段电动机处于发电状态，通过能量反馈装置，可将多余能量回馈回电网，在低压回路中被其他用电器使用，提高能源利用 率。符合现代绿色环保的时代要 求。现在越来越多用户要求配备能量反馈装置，应用到电梯设备中。第一节补充17根据国标9.10.4上行超速保护装置应作用到轿厢、对重、钢丝绳、曳引轮。原理：同步主机既是电动机也是发

7、电机， 通电时产生机械能，不通电有机械能时， 向外发电，当电梯不运行时，控制系统短接电机进线，当电动机非正常运转时，所发出的电力被短路，能量消耗在电机绕组的内阻里；另外同步曳引机的曳引轮与电动机同轴，可以看做上行超速保护装置作用在曳引轮上！试验：在轿厢空载时，强制打开制动器， 电梯的向上运行速度会被控制在0.2m/s以下。检验注意事项：短接电动机的接点，应当有足够的负荷能力，接点容量不足，会造成保护时直接烧毁，使保护装置失效！|关于同步无齿上行超速|18| 新技术及其应用| 双向逆变变频器第一节双向变频技术这种变频器采用两组IGBT模块，一组用于曳引机供电，跟常规变频器相同，另一组则是在直流母

8、线电压高于阀值时，向电源侧反馈多余电能，这种变频器没有使用制动电阻，是区分非反馈变频器的标志。市场上可见到产品有OTIS的Gen2；三菱GPM和凌云带能量反馈的产品，通力电梯今年也推出了自己的带有能量反馈的产品。|19| 供电与主机控制| 1. 供电电梯应使用独立电源，由配电间到达电梯机房。电源的稳定性高，波动范围7%范围内。照明电源与动力电源分开。紧急情况下，使用后备电池进行紧急照明和通话。|第一节8|20供电与主机控制2. 主开关每台电梯都应装设一个能切断该台电梯电路的主开关，开关容量应稍大于所有电路的总容量，并具有切断正常情况下最大电流的能力。开关具有稳定的断开和闭合位置。在断开位置能锁

9、住。各台电梯必须有与曳引机、控制柜对应的明显标识。不能切断照明电路、通风、报警、插座， 相应开关应装设在主开关附近。漏电保护开关不能应用在变频调速电梯中，开关易发生错误动作。|第一节9|21| 简易配电箱图片简易配电箱22| 供电与主机控制| 3. 井道布线使用符合标准线材，主回路满足载流量和机械强度要求。安全回路、门锁回路使用的导线截面积不得小于0.75mm2。护套线可直接明敷在井道壁上；敷于地面或使用其他线材应穿管或敷设在线槽中。填充面积少于60%。|第一节10|23| 供电与主机控制| 4. 随行电缆随行电缆安装前应消除应力，防止打结和波浪扭曲，安装位置不与其他电梯部件相干涉；（平层板、

10、限速器、行程开关）轿厢和对重完全压缩缓冲器后，随行电缆不应拖地或拉直；不运动部分应可靠进行固定。回转半径大于电缆厚度（扁电缆）或直径（圆电缆）的30倍（内控标准） 。|第一节11|24| 供电与主机控制| 5. 轿顶、地坑布线使用符合国家标准的线材；轿厢加强筋内不得布线；线路敷设应遵循美观、同路的原则。维修时，易踩踏部位，不宜布线，必须布线时应穿管或使用线槽防护。|第一节12|25| 供电与主机控制| 6. 制动器及主机控制制动器在动力电源或控制电源失电时，应无延迟自动制动。切断制动器的电流至少应有两个独立电气装置来实现。如其中一个主接点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，能防止电梯再起动。制

11、动器线圈不得直接并联续流装置（二极管必须串联电阻器）|第一节13|26| 供电与主机控制| 6. 制动器及主机控制由外电源直接供电的驱动主机，必须由两个独立的接触器切断电源使主机停止运行必须串联在电源电路中，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。由静态元件供电（变频器、调速器）和控制时，采用两个接触器分别切断供电电源和电机电流。|第一节14|27| 交流变极调速系统改变电机磁场极数达到改变电机转速的目的，属于间歇式工作状态。电机转速=60电源频率极对数电机结构为双绕组设计，分别设有高速绕组和低速绕组。正常运行采用高速绕组，电源通过方向接触器，

12、快速接触器，串接电抗器、电阻器作用到电动机，接近额定转速时，短接起动元件，使电源直接作用电动机。电梯需要减速时，断开高速绕组，接通低速绕组，串接电抗、电阻再生发电制动， 减速至接近低速额定速度时，短接起动元件，电源直接作用低速绕组，运行到平层位置时，所有接触器断电，制动器制动。|第二节1|28| 交流变极调速检修操作时，只控制低速绕组工作，禁止高速绕组工作。一般情况下不允许慢车绕组长时间通电运行！电机起动时，无论高速还是低速，都需要起动元件串接在电路中，降低起动电流， 改善起动、减速时的冲击，提高运行舒适感，降低对电网的影响。根据标准要求，上下行接触器、快慢车接触器应加有机械互锁装置，防止接触

13、器同时吸合。看原理图，如果出现上述情况， 相当于电梯电源直接短路！|第二节2|29交流电动机的内部结构30| 交流调压调速系统基本原理：使用晶闸管控制电机起动电压，使电梯稳定加速，需要减速时采用能耗制动方式， 降低电机转速。具有速度测量装置，将电机转速信号反馈到调速装置。调速装置内部产生运行曲线，与反馈曲线进行比较， 依据差值运算，控制电机电动还是制动。测速装置一般使用测速发电机、旋转编码器或光电码盘。应用测速发电机一般是模拟控制系统，采用运放作为主要元件。采用码盘或旋编的一般为数字控制系统，采用微处理器作为中心元件。|第三节1|31| 1、简易交流调速（半闭环）使用交流双速电机，电梯快车起动

14、串接电抗器，需要减速时，起动直流能耗控制系统，将可控制直流电施加到电动机低速绕组，控制电机减速停止。系统通常配盘计数系统，从减速点到停止点有固定距离，考虑到负载变化，通常在电机轴上增加飞轮，进行储能，同时电梯起动时飞轮可降低机械冲击。检修运行直接使用慢车绕组，控制电路与双速电梯相同。|第三节2|32| 全闭环交流调速系统速度反馈装置贯穿整个电机控制，由调速装置精准控制电机运行。起动时，调速器依据内部运行曲线给电动机输出电压，通过速度反馈信号，靠改变调速器输出电压使电动机起动，并按照内部曲线运行。需要减速时，调速装置向电动机低速绕组或涡流制动器内接入可控直流电，使电机稳定减速，按照内部曲线运行，

15、如果减速度不够，将加大直流电的强度；如果减速度太大就减小直流电的强度；甚至直接起动电动环节增加电机速度，直至能跟随曲线运行。总之，在整个电机运行中，调速器始终监控和调节电机的运转，控制精度较高。|第三节333| 米高330调压调速器外形调压调速器图片34| 交流变频调速系统| 3. 基本原理：交流电机速度变化与供电频率有直接关系。通过均匀改变电动机供电频率，就可均匀改变电机运转速度，但电网供电频率为固定值（50Hz），因此需要频率变换装置改变电动机供电频率，这个装置就是变频器。80年代初，由日本三菱公司率先在电梯上应用，其优异的性能；和显著的节能效果；促成了变频控制在电梯领域的广泛应用。|第四

16、节1|35| 常用变频器图片变频器实物照片36| 变频器工作原理将供电进行三相整流，通过电容器进行滤波，在直流母线上获得波形较好的直流 电。按照三相电的供电原则，控制电力半导体元件有序的导通和关断，在输出侧得到频率经过改变的电压和电流，供给电动机电力。电动机跟随频率的变化，改变运转速度，拖动电梯的运行。电力半导体控制采用脉宽调制（PWM） 技术，使其在开关状态工作，可以降低电能在半导体元件上的损耗，同时可以选用功率较小的半导体元件。|第四节2|37| 主回路原理图变频器主电路38| 双向逆变式变频器主回路正常工作类似普通变频器，直流母线电压|双向逆变主电路大于阀值时，Q1Q6的IGBT轮流导通

17、，将多余能量反馈回电网。39| 变频拖动电梯电梯起动时，变频器输出较低频率，并按照给定曲线在一定时间将频率上升至额定频率，电机以额定转速运转。在电机需要减速时，降低输出频率，此时的转差造成电机处于发电状态，发出的电反给变频 器，造成直流母线电压升高，变频器系统检测直流母线电压，当高于设定值后，接通制动电阻，消耗掉多余能量，让电动机减速，跟随运行曲线运行。在电动机接近零速时，变频器输出直流制动电压，并维持设定时间，让电机停止运转，随后制动器落闸，电梯停止。|第四节340| 变频器驱动信号1. 方向信号：由控制系统给出，控制变频器输出相序，改变电机运转方向。2. 速度指令：由控制系统给出，控制变频

18、器输出频率，调节电机运转。速度信号分为两大类型，分别是多段速指令（数字量信号），模拟量速度信号（电压或电流信号）。3. 速度反馈信号：由与电动机同轴的旋转编码器产生，输出给变频器，构成闭环调速系统。4. 力矩补偿信号：由称载装置提供给变频器，用于同步无齿曳引机，受重量差影响，在电机起动前对起动转距进行矫正。|第四节3|41| 常用编码器图片旋转编码器实物图片42| 直流调速系统| 3. 基本原理：根据直流电机的特性，电机转速与电压成正比，给定电压越高，电机转速也就越高。控制电机电压就控制了电机转速。早期直流电梯以交流电动机作为源动力， 拖动直流发电机，控制直流发电机励磁， 改变发电机输出电压的

19、形式，实现以小功率控制大功率目的，原因所在是电力半导体技术的不成熟。现代直流控制，舍去了直流发电系统，直接采用晶闸管调节输出电压，控制直流电机运行。|第五节1|43直流电梯的运转早期源动力交流电动机始终运转，直流发电机没有励磁，发电机输出电压为零。需要起动电机时，励磁电压不断增加到设定值，发电机既发出不断增高到额定值得电压，驱动直流电机运转，达到额定速度。需要减速时，发电机励磁不断减小，电动机随之跟随减速直至停止。现在使用晶闸管或脉宽调速的直流电机则是由控制电路，依据电梯运行速度要求， 逐渐增大晶闸管的导通角或脉宽宽度，增加输出电压，使直流电机速度随之增加。需要减速时，控制电路减小晶闸管的导通角，减小输出电压，降低电机转速，直到停止。|第五节2|44| 直流电动机解剖图直流电动机结构45| 优点：调速性能优异；机械特性硬。| 缺点：电动机结构复杂，经常需要检查维护；存在励磁系统耗费