第六章电梯电力拖动系统

2019/8/31第六章电梯电力拖动系统主讲：王立忠时间：2014年4月10日电梯与自动扶梯技术检验2第一节0一、拖动系统作用拖动系统就是给电梯提供源动力的系统。通俗讲就是将电能转换成机械能使电梯运行。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。3第一节1二、分类1.交流变极调速系统：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以下低速电梯及货梯。八十年代前是各电梯公司的主流产品！4曳引机交流双速电梯曳引机采用变极调速系统5第一节2二、分类1.交流调压调速系统：一般采用双速或带有涡流制动器的电动机作动力，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。随着变频技术的出现，属于淘汰型产品。6曳引机调压调速曳引机双绕组或双速设计，带有强制风冷装置7第一节3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。缺点成本高、变频系统相对复杂。8曳引机变频调速曳引机单绕组设计，内涡轮风机冷却。9曳引机对比三类驱动主机比较图10第一节4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，将被变频控制所取代。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。11第一节5三、特点1.电梯的负载情况：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。12第一节6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16.84m/s。13电梯理想运行曲线T0电梯启动加速；F0电梯匀加速；T1匀加速到稳速运行；T2稳速运行到匀减速；F1匀减速运行；T3匀减速到停止。14第一节7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。15第一节补充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。16永磁曳引机永磁同步曳引机图片17第一节补充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。18关于同步无齿上行超速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（封星），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！19第一节8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。20第一节9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。21简易配电箱简易配电箱图片22第一节10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%。23第一节11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、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）。24第一节12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。25第一节13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。26第一节14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。27第二节1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，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，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。28第二节2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！29交流电动机的内部结构30第三节1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。31第三节21、简易交流调速（半闭环）使用交流双速电机，电梯快车起动串接电抗器，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。系统通常配有码盘计数系统，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。32第三节3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，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。33调压调速器图片米高330调压调速器外形34第四节1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。35变频器实物照片常用变频器图片36第四节2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。37变频器主电路主回路原理图38第四节3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。39第四节3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。40第一节双向变频技术新技术及其应用双向逆变变频器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