电梯电气拖动控制系统

《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

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

目录

1 绪论 (1)

1.1设计背景 (1)

1.2电梯工作原理简介 (1)

2电梯拖动控制 (4)

2.1电力拖动 (4)

2.2电梯拖动整体分析 (4)

2.2.1起动过程 (4)

2.2.2稳定运行过程 (4)

2.2.3制动过程 (5)

2.3位能性恒转矩负载 (5)

3 电梯电气控制方法 (6)

3.1上升过程 (6)

3.1.1起动过程 (6)

3.1.2稳定运行过程 (6)

3.1.3制动过程 (7)

3.2下降过程 (7)

3.2.1起动过程 (7)

3.2.2稳定运行过程 (8)

3.2.3制动过程 (8)

4电梯电路设计 (10)

4.1器件选择 (10)

4.1.1电动机的选择 (10)

4.1.2热继电器和继电器的选择 (11)

4.2电梯拖动电路 (11)

4.2.1Y-D降压起动 (11)

4.2.2能耗制动 (14)

结论 (12)

致谢 (14)

参考文献 (15)

1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。

2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 T L —负载转矩 J —转动惯量 Ω—角速

度

当（1）T-T L =0时，静止或恒转速

（2）T-T L >0时，加速

（3）T-T L <0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

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 t V 0

电梯速度达到V

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V

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

3

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

图3 起重机电力拖动示意图

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

与n方向相反；以负载转矩（TL）始终作用在是负载下降的方向。当上升时，T

L

当下降时，T

与n方向相同。其工作特性如图4所示。

L

3.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，T

L

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U

1，而U

1

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