1-2 电梯的电力拖动系统

直流拖动系统－－直流电动机调速，机械特性硬，
电力拖动系统分类（按电动机供电种类）：
调速范围大等优点，但直流电动机具有换向器日常 维护量大，耗能高的缺点。 交流拖动系统－－有交流变极调速系统、交流调压 调速系统及变频变压调速系统。由于电子元器件的 高速发展大功率高反压场效应三极管IGBT的问世， 使得变频变压调速系统更加成熟。电梯拖动系统被 采用已成为现实。变频变压调速系统用在电梯上有 体积小、节能等优点，在调速性能方面可以与直流 拖动系统媲美，目前采用变频变压调速的电梯其速 度可达6m／s。
瓦～几十千瓦）。 轿门和厅门的开关－－开关门电机、辅助驱动。功 率小（200W以下）。
3
2.1

常见电梯电力拖动方式
足够的驱动力和制动力； 正确的速度控制，舒适性，平层精度；
电梯拖动的要求
动作灵活；
高效，节能； 平稳，噪声小；
维护方便、寿命长；
4
2.1

常见电梯电力拖动方式
直流电梯分类（按直流电源的获取方式）：


由交流电动机－直流发电机组供电，G-M方式， 淘汰； 由晶闸管整流器(逆变器)供电，SCR-M方式， 目前使用；
20
2.5直流电梯电力拖动方式
1

单桥供电的SCR-M直流电梯
电梯系统其电枢电路由单向整流桥供电，励磁 电路由双向整流桥供电。
21
2.5直流电梯电力拖动方式
如：交、直流电梯快速平均加、减速度≥0.5m/s2。 起、制动时间缩短意味着加速度、减速度的增大，而过分增
大和不合理的变化将造成乘客的不适感。速度变化要兼顾快 速性和舒适感。 由合理的电梯运行的速度曲线来保证。
8
2.2电梯的速度曲线
2.舒适性要求

加速度引起不适
超重感，考虑人体生理承受能力，GB/T10058-1997
7
2.2


电梯的速度曲线
电梯的速度曲线是舒适感与快速性的矛盾统一
提高电梯额定速度
目前超高速电梯额定速度已达10米／秒。 电梯额定速度高应加强安全性、可靠性的保证，造价也随之
1.快速性要求
提高。

集中布置多台电梯
通过电梯台数的增加来节省乘客侯梯时间。

减少电梯起、停过程中加、减速所用时间
要求曳引电动机在选定的调速方式下，电机的转矩
总能达到负载转矩的要求，电机转矩应有一定裕度。
特点：包容
16
2.4电动机及其功率的确定
1.电梯对曳引电动机的要求

要求电动机有较大的过载能力
电梯的动态负载转矩大，要求电动机的过载倍数为
3 ～ 4。

能承受频繁起停，较高的每小时合闸次数
发热需散热、每小时合闸次数150～300次
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2.5直流电梯电力拖动方式
2 双桥供电的SCR-M直流电梯
1-主变压器 2-正组晶闸管 3-反组晶闸管 4-平波电抗器 5-直流电动机 6-测速发电机 7-曳引机 8-轿厢 9-对重 10-励磁变压器 11-励磁晶闸管整流器 12-励磁绕组 13-励磁指令及励磁控制器 14-速度指令 15-比较器 16-控制切换开关 17-正组晶闸管触发电路 18-反组晶闸管触发电路
18
2.5直流电梯电力拖动方式
直流电机的机械特性是直线，转速与转矩、电流的
关系是线性的，便于控制。因此，直流电动机广泛 地应用在需要大范围平滑调速的生产机械中。 在交流变频调速应用之前的一百多年里，直流调速 处垄断地位。 超高速电梯中直流电梯仍占绝大部分。
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2.5直流电梯电力拖动方式
单桥供电、双桥供电的比较
单桥供电电枢回路中只用一组晶闸管，相对于双桥
供电可节省一套大功率晶闸管整流器，减少设备投 资。
双桥供电在电枢回路中采用正反两组晶闸管来实现
电枢电流及电动机转矩的正、负过渡，由于电枢回 路电感较小，因此快速响应性更好些。
25
2.6交流双速电梯拖动方式
调速原理

从电机学可知交流电动机的转速公式：
32
2.8变频调速电梯拖动方式
33
2.8变频调速电梯拖动方式


有直流环节的变频器（交－直－交变频）原理
变频器先将三相交流电 源整流得到幅值可变的 直流电压Ud，然后经开 关元件1、3和2、4轮流 切换导通，则在负载上 就可获得幅值和频率均 可变化的交流输出电压 Uc。其幅值由整流器输 出的直流电压Ud所决定， 其频率由逆变器的开关 元件的切换频率所决定。
31
2.8变频调速电梯拖动方式
2. 变频调速的分类

按有无直流环节分类
有直流环节的变频器（交－直－交变频）－电梯常
用。电路中，首先由晶闸管V1～V6将工频交流电整 流成直流电，然后再由晶闸管或大功率晶体管V7～ V12将直流电压逆变成改变了频率的交流电，从而实 现变频。 无直流环节的变频器（交－交变频）－它没有直流 环节，通过对晶闸管V1～V18的控制，直接从工频 电转变出可变频率的交流电。此变频器的输出频率 只能在比输入频率低得多的范围内改变，多用于低 转速、大转矩场合，在中小功率场合较少采用，在 电梯中基本不用。
静态负载机械特性
原因：（1）负载转矩是由轿厢与对重的重量差造成
14
2.3

电梯的负载机械特性
叠加得到电梯负载机械特性。
电梯的负载机械特性
将电梯的静态负载机械特性与动态负载机械特性相
15
2.3

电梯的负载机械特性
调速电梯曳引电动机机械特性与电梯负载机械 特性的关系
调速电梯要求轿厢能按预定的速度曲线运行。
23
2.5直流电梯电力拖动方式

整流原理：
在电动机电枢回路中设臵了两组晶闸管整流器，它
们彼此反向并联，为电枢提供正、反向电流。 而励磁回路则只是一个恒定大小、恒定方向的恒流 控制，即控制电动机的磁通保持额定值。 这时电动机四个象限运行的控制就靠对正、反两个 整流桥的控制来实现。
24
2.5直流电梯电力拖动方式
34
2.8变频调速电梯拖动方式

整流、滤波和逆变三部分是组成交—直—交变 频器的主要环节。
通过改变可控整流器(桥I)晶闸管的触发延迟角，可
调节电动机供电电压的幅值；改变三相逆变器(桥Ⅱ) 开关元件的切换频率，可调节电动机供电频率。

整流原理：百度文库
由于这样只能产生单方向的电枢电流Ia，而 要想适应电梯负载的要求，电机M 必须能灵活地 改变电磁转矩的方向， 因此电机的励磁统组WM则 由两个反并联的整流桥供电。当正组励磁整流桥 UCF工作时，给励磁绕组WM提供正向励磁，使电机 内产生正向磁通Φ，这样电机 M 的电枢电流Ia （只有正向电流）在正向磁通Φ的作用下就将产 生正向转矩。当反组励磁整流桥UCR工作时，则为 励磁绕组WM提供反向励磁电流，使电机产生反向 磁通-Φ，于是正向的电枢电流Ia在反向的磁通Φ作用下，产生反向转矩。

周期断续工作制
负载持续率 FS＝tg/T×100% 电梯的FS在30%~70%
17
2.4电动机及其功率的确定

足够的起动转矩、尽量小的起动电流
普通电动机起动电流大（5~7倍）、起动转矩小 电梯需克服静态转矩、其他机械摩擦。
采用减压起动以降低起动电流。起动转矩足够即可，
过大则冲击大。
10
2.2电梯的速度曲线
11
2.3

电梯的负载机械特性
频繁起制动设备，需分析电梯的负载机械特性。
静态负载机械特性－－当轿厢静止或匀速运动时表
现的电梯。 动态负载机械特性－－轿厢加、减速运动时、除包 含静态负载机械特性外，还包含加速度造成的惯性 转矩部分。
12
2.3

电梯的负载机械特性
速度的变化将引起动态负载转矩。
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2.8变频调速电梯拖动方式
1.变频调速发展概况 20世纪50～60年代，采用交流发电机组作为变频电源， 设备复杂，造价高，只能在特殊场合下使用，没有推 广价值。 随着电力电子技术的发展，60～70年代出现了晶闸管 变频器、大功率晶体管变频器。其体积小，价格较低， 运行噪声小，维护管理工作量小。因此电子变频器逐 步进入实际应用领域。 开关元件工作频率提高，变频器输出电压的波形更加 接近正弦波。 80年代中期，变频调速电梯投入实际应用。 变频调速只涉及异步电机的定子电源部分，因此可以 采用笼式异步电动机。其有结构简单，价格低廉，坚 固耐用、调速范围宽、特性硬、节能的优点。变频调 速电梯正在逐步取代其他类型的电梯，成为电梯的主 流产品。
电梯系统
----电梯的电力拖动系统
preceding
内容框架： 常见电梯电力拖动方式 电梯的速度曲线 曳引电动机及其功率的确定 直流电梯电力拖动方式 交流双速电梯拖动方式 变频调速电梯拖动方式
2
2.1

常见电梯电力拖动方式
轿厢的升降－－曳引机组、主驱动。功率大（几千
电梯的运动：
规定“加、减速度最大值≤ 1.5m/s2”

加速度变化率引起不适
眩晕感，考虑人体生理承受能力，一般加加速度≤
1.3m/s3。
9
2.2电梯的速度曲线
3.电梯的速度曲线
• AEFB段是由静 止起动到匀速运 行的加速段速度 曲线；BC段是匀 速运行段，其梯 速为额定梯速； CF’E’D段是由匀 速运行制动到静 止的减速段速度 曲线，通常是一 条与起动段对称 的曲线。
60 f n (1 s) p
式中，n—电动机的转数，s—转差率，f—电网频率，p—磁极
对数。

从公式分析，改变交流电动机的转速有三个方法：
改变极对数P－双速电梯； 改变电动机转差率S－调压调速电梯；
改变电动机供电电源的频率－变频调速电梯；
26
2.6交流双速电梯拖动方式

双速电梯运行时的速度曲线特点：
28
2.6交流双速电梯拖动方式
变极调速电梯主电路

（1）．双绕组6／24极变极电机用作电梯曳引 电动机的主电路
29
2.6交流双速电梯拖动方式
说明：

快速(6极)绕组的引出端：XKl、XK2、XK3，在内部三 相接成“Y”形接法； 慢速(24极)绕组的引出端:XMl、XM2、XM3，在内部 三相也是“Y”形接法； 接触器KS:用于接通快速绕组实现快速启动、运行；与 KM1互锁。 接触器KMl：用于接通慢速绕组实现减速、慢速运行； 与KS互锁。 上升接触器KM和下降接触器KMR：用来改变电机相序 实现正反转运行，KM和KMR需互锁； KR和KRl热继电器：分别为快速运行和慢速运行热继电 器。 （定子绕组中）串接电感、电阻：满足电梯运行中舒 适感的要求，使速度尽量平滑过渡，减缓冲击。
在停车前有一个短时间的低速运行，是为提高平层
精度而设臵的，因双速电梯中不采用速度闭环控制。 只有两个稳定运行速度：正常运行速度，停车前的 低速。
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2.6交流双速电梯拖动方式
异步电动机变极的方法：


双绕组变极－比较简单，它是在电机定子槽内 嵌入两套定子绕组，它们各自独立、具有不同 的极对数。当接入一套绕组时，电机具有一种 转速，当接入另一套绕组时，电机则具有另一 种转速。 单绕组变极－只嵌放一套定子绕组，而通过对 定子绕组的不同接线组合得到不同的极数。内 部空间相对宽松一些 。
5
2.1

常见电梯电力拖动方式
发电机组供电的直流电机拖动方式由于能耗大，只有少量旧梯还在运 行。 20世纪七八十年代出现的变压变频(VVVF)交流异步电机拖动方式由于
轿厢的电力拖动方式：
其优异的性能和逐步降低的价格而大受欢迎。
6
2.1

常见电梯电力拖动方式
轿门的电力拖动方式：
直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式－－通过改变电枢电路所
动态负载机械特性
原因：当电梯起动加速或停车前制动减速时，由于
通常，电梯的动态转矩可
达静态转矩的1.5～3倍。 AE段：抛物线 EF段：直线 FB段：反抛物线 BC段：点 制动段（CF’、F’E’、 E’D段）
13
2.3

电梯的负载机械特性
的。（2）反抗性转矩是由传动系统的摩擦阻力引起


串、并联电阻的阻值来改变电动机的转速，早年普遍采用，但由于切 换用的开关容易出故障，目前已较少采用。 直流电动机斩波调压调速拖动方式－－采用大功率晶体管组成的无触 点开关通过改变导通占空比实现直流调压调速，这种方法可靠性好， 效率高，平滑地调速。 交流异步电动机VVVF变频调速拖动方式－－采用交流异步电动机， 结构简单，运行平稳，效率高。普遍采用。 力矩异步电动机－－具有较大转矩，适宜用于容易出现堵卡现象的电 梯中。 伺服电动机拖动方式－－近几年出现，采用伺服电动机，其反应灵活， 响应迅速，有发展前途。