电梯电气拖动控制系统

《电机与拖动》课程设计1《电机与拖动》课程设计电梯电气控制系统设计学生姓名姚佳雨学院名称信电工程学院专业名称09电气工程及其自动化指导教师韩成春2012年1月5日《电机与拖动》课程设计1摘要电梯已成为当今生活中的必需品，特别是在高层建筑中起到了无可替代的作用。虽然现在的电梯技术已经很成熟，并且还在不断的创新改进中，但作为一名电气工程及其自动化本科生在学完《电机与拖动》后，应该需要对电梯有一定的了解，并能够设计出其部分电力拖动系统和电气控制系统。电梯作为典型的位能性负载，在运行过程中负载转矩方向始终保持指向地心方向，所以在上升和下降过程中有所区别。这两种情况下所需要转矩、转速等都不相同，这就需要通过内部电压的改变而起到控制作用。关键字：电梯；电力拖动；电气控制《电机与拖动》课程设计2目录1绪论………………………………………………………………………………11.1设计背景………………………………………………………………………11.2电梯工作原理简介……………………………………………………………12电梯拖动控制……………………………………………………………………42.1电力拖动………………………………………………………………………42.2电梯拖动整体分析……………………………………………………………42.2.1起动过程…………………………………………………………………42.2.2稳定运行过程……………………………………………………………42.2.3制动过程…………………………………………………………………52.3位能性恒转矩负载……………………………………………………………53电梯电气控制方法………………………………………………………………63.1上升过程………………………………………………………………………63.1.1起动过程…………………………………………………………………63.1.2稳定运行过程……………………………………………………………63.1.3制动过程…………………………………………………………………73.2下降过程………………………………………………………………………73.2.1起动过程…………………………………………………………………73.2.2稳定运行过程……………………………………………………………83.2.3制动过程…………………………………………………………………84电梯电路设计……………………………………………………………………104.1器件选择……………………………………………………………………104.1.1电动机的选择…………………………………………………………104.1.2热继电器和继电器的选择……………………………………………114.2电梯拖动电路………………………………………………………………114.2.1Y-D降压起动……………………………………………………………114.2.2能耗制动………………………………………………………………14结论…………………………………………………………………………………12致谢…………………………………………………………………………………14参考文献……………………………………………………………………………15《电机与拖动》课程设计11绪论1.1设计背景本学期学完《电机与拖动》，对电机和电力拖动知识有了一定的了解。针对这一课程，准备做一个关于电拖的课程设计。随着经济的发展，我国各大中城市里高层建筑如雨后春笋般，并成为城市的地标性建筑，而电梯无疑成为了这些摩天大楼不可少的一部分，所以我们决定以我们所学的知识设计一个电梯的电力拖动电气控制系统。查阅资料我们得知我国电梯的发展经历了从无到有，从有到精的过程。我国电梯在控制技术和驱动技术方面在三大技术的基础上进行了进一步的开发创新，如今达到了国际先进水平。在电梯速度方面，我国有0.5～1m/s的交流双速电梯，2.5m/s的直流高速电梯和1～4.5m/s的交流调速电梯等各种电梯。1.2电梯工作原理简介电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，根据外部呼叫和自身控制规律等运行的，而外部呼叫是随机的。而电梯的工作是是由八大系统相互配合共合作的，八大系统分别为：曳引系统，导向系统，轿厢，门系统,重量平衡系统，电力拖动系统，电气控制系统和安全保护系统。本文着重讨论的是电梯中的电力拖动系统和电气控制系统。电梯的工作原理可以简化为以下这个方框图：电源模块给电动机和控制设备供电，控制设备给电动机输入信号，电动机得到信号后运行工作，带动传动机构，与之相连的轿厢也随之运功。这时通过检测模块检测电梯的位置、速度等状态并把这些信息返回给控制设备，对电梯此时状态进行调整。《电机与拖动》课程设计2t12电梯拖动控制2.1电力拖动拖动是指由原动机带动生产机械运转，以完成一定的生产任务。各种电动机为原动机的拖动方式称为电力拖动。电力拖动是当前各种拖动方式中最主要的拖动方式。在电力拖动的外部特性是运用动力学原理，如图1根据牛顿第二定律：或T—电动机转矩TL—负载转矩J—转动惯量Ω—角速度当（1）T-TL=0时，静止或恒转速（2）T-TL0时，加速（3）T-TL0时，减速2.2电梯拖动整体分析电梯在运行时并不是一直都是匀速运动的，在不同时段内，运动方式也是不一样的，速度也不一样。在整个过程中速度V与时间t的关系如下图所示。2.2.1起动过程0——t1时段为起动阶段，该阶段电梯做匀加速运动，加速度为。当图1单轴电力拖动系统tV0t2t3V0图2电梯运动状态图《电机与拖动》课程设计3电梯速度达到V0时停止加速。动力学状态为。2.2.2稳定运行过程t1——t2时段为稳定运行阶段，该阶段电梯以V0速度做匀速运动。动力学状态为T=G。2.2.3制动过程t2——t3时段为制动阶段，该阶段电梯做匀减速运动，加速度为，直到速度降为0。动力学状态为2.3位能性恒转矩负载电动机做功时为了改变重物的位能，在运行中由重物产生的转矩又因位能性质决定其大小和方向均不变，所以此类负载称为位能性恒转矩负载。如图3电梯的动态过程总的来说只有上升和下降两个过程，在运动过程中改变了其位能，所以电梯就是典型的位能性负载。但是起动加速和减速停止时不是稳定运行状态，所以转矩大小会发生改变，而在匀速运行是位能性恒转矩负载。除电梯外还有起重机等也都是位能性恒转矩负载。位能性恒转矩负载由于负载的重力始终指向地心，一般情况下垂直先下，所以负载转矩（TL）始终作用在是负载下降的方向。当上升时，TL与n方向相反；当下降时，TL与n方向相同。其工作特性如图4所示。图3起重机电力拖动示意图图4位能性恒转矩负载特性《电机与拖动》课程设计43.电梯电气控制方法目前市场上各种电动机中应用最广的是交流异步电动机，并且电梯、起重机等这些大型设备，其负载很大，所需的转矩很大，所以我们决定选用三相异步电动机作为电梯的曳引机。3.1上升过程3.1.1起动过程由2.2.1分析可以在上升过程中的起动阶段有如下关系：（3.1.1-1）（3.1.1-2）由图3可知D=2R，TL与n的方向相反所以（3.1.1-3）（3.1.1-4）（3.1.1-5）根据三相异步电动机的实用公式（3.1.1-6）再由和（3.1.1-7）可以求出T与s的值再根据（3.1.1-8）可以知道U1，而U1就是此时电动机定子段所需要的电压。3.1.2稳定运行阶段《电机与拖动》课程设计5由2.2.2分析可以在稳定运行过程中的起动阶段有如下关系：F=G(3.1.2-1)由图3可知D=2R，TL与n的方向相反所以(3.1.2-2)(3.1.2-3)(3.1.2-4)根据3.1.1-6和3.1.1-7可以求出T与s的值再根据(3.1.2-5)可以知道U1，而U1就是此时电动机定子段所需要的电压。3.1.3制动阶段由2.2.3分析可以在稳定运行过程中的起动阶段有如下关系：(3.1.3-1)(3.1.3-2)由图3可知D=2R，TL与n的方向相反所以(3.1.3-3)(3.1.3-4)(3.1.3-5)根据3.1.1-6和3.1.1-7可以求出T与s的值再根据(3.1.3-6)可以知道U1，而U1就是此时电动机定子段所需要的电压。3.2下降过程《电机与拖动》课程设计6下降过程与上升过程几乎一样只是TL与n的方向相同。所以这里不再做详细描述。3.2.1起动过程由2.2.1分析可以在下降过程中的起动阶段有如下关系：(3.2.1-1)(3.2.1-2)由图3可知D=2R，TL与n的方向相同所以(3.1.2-3)(3.2.1-4)(3.2.1-5)根据3.1.1-6和3.1.1-7可以求出T与s的值可以求出T与s的值再根据(3.2.1-6)可以知道U1，而U1就是此时电动机定子段所需要的电压。3.2.2稳定运行过程由2.2.1分析可以在下降过程中的起动阶段有如下关系：(3.2.2-1)(3.2.2-2)由图3可知D=2R，TL与n的方向相同所以(3.2.2-3)(3.2.2-4)(3.2.2-5)根据3.1.1-6和3.1.1-7可以求出T与s的值《电机与拖动》课程设计7再根据(3.2.2-6)可以知道U1，而U1就是此时电动机定子段所需要的电压。3.2.3制动过程由2.2.1分析可以在下降过程中的起动阶段有如下关系：(3.2.3-1)(3.2.3-2)由图3可知D=2R，TL与n的方向相同所以(3.2.3-3)(3.2.3-4)(3.2.3-5)根据3.1.1-6和3.1.1-7可以求出T与s的值可以求出T与s的值再根据(3.2.3-6)可以知道U1，而U1就是此时电动机定子段所需要的电压。4电梯电路设计4.1器件选择4.1.1电动机的选择本设计中，电梯最大载重量为1000Kg。轿厢的质量与配重质量相等，都为500Kg。起动阶段的加速度为a1=1m/s2,稳定运行阶段的速度为vN=1.2m/s,制动时的加速度为a1=1m/s2。摩擦轮半径R=0.5m,飞轮矩GD1=2100Nm2。导轮半径r=0.3m，GD2=90Nm2。每层的高度为5m。g取9.8m/s2，所有效率均为90%。摩擦用增加负载重的20%考虑。如图所示：导轮摩擦轮《电机与拖动》课程设计8因为轿厢和配重的质量相等，所以摩擦轮提供的摩擦力f等于轿厢的载重，即（4.1.1-1）（4.1.1-2）（4.1.1-3）预选电动机功率为：（4.1.1-4）（k=1.25,电动机起动和制动过程中加速转矩的系数）因为vN=1m/s所以电动机的额定转速为（4.1.1-5）导轮的转速（4.1.1-6）由2.2知道加速起动阶段，（4.1.1-7）减速制动阶段（4.1.1-8）匀速运行阶段（4.1.1-9）（4.1.1-10）（4.1.1-11）加速启动阶段（4.1.1-12）图5电梯拖动结构示意图《电机与拖动》课程设计9匀速运行阶段（4.1.1-13）减速制动阶段（4.1.1-14）（4.1.1-15）（4.1.1-16）所以所选电动机的额定功率为19.6KW。4.1.2热继电器和继电器的选择电动机的额定功率为19.6KW，额定电压为380V，所以额定电流为51.6A。热继电器的鉴定电流应为电动机额定电流的60%—80%，所以应选用36A左右的热继电器。继电器一般来说，切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好，所以继电器做大电流不能超多38.7A。4.2电梯拖动电路因为电梯对速度的要求，所以在Y-D降压起动电路和能耗制动电路中运用速度继电器来控制主电路。4.2.1Y-D降压起动电路Y-D降压起动中需要一个契机来使Y起动转换为D状态运行，因为这里知道了理论上加速时间为1.2秒，所以可以是使用时间继电器来触发电路，电路图如下：《电机与拖动》课程设计104.2.2能耗制动电路能耗制动也可以通过时间继电器来触发电路，电路图如下：《电机与拖动》课程设计11结论在这次课程设计中，我们设计的电梯电力拖动系统和部分电气控制系统，总的来说该设计能满足最基本的电梯需要。我们以三相异步电动机做为曳引机，设计出交流调速电梯的硬