【正文】 第三章 電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng) ? 電力拖動(dòng)系統(tǒng)是電梯的動(dòng)力來源，它驅(qū)動(dòng)電梯部件完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。 ? 在電梯中主要有如下兩個(gè)運(yùn)動(dòng)： – 轎廂的升降運(yùn)動(dòng)。 – 轎門及廳門的開關(guān)運(yùn)動(dòng)。 ? 轎廂的運(yùn)動(dòng)由曳引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)曳引傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動(dòng)形式（將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)）來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動(dòng)。為防止轎廂停止時(shí)由于重力而溜車，還必須裝設(shè)制動(dòng)器（俗稱抱閘）。 ? 轎門及廳門的開與關(guān)則由開門電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)開門機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動(dòng)形式來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)功率較?。ㄍǔＴ?200瓦以下），是電梯的輔助驅(qū)動(dòng)。開門機(jī)一般安裝在轎門上部，驅(qū)動(dòng)轎門的開與關(guān)，而廳門則僅當(dāng)轎廂?？勘緦訒r(shí)由轎門的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)廳門實(shí)現(xiàn)開或關(guān)。由于轎廂只有在轎門及所有廳門都關(guān)好的情況下才可以運(yùn)行，因此，沒有轎廂?？康臉菍?，其廳門應(yīng)是關(guān)閉的。如果由于特殊原因使沒有轎廂?？繕菍拥膹d門打開了，那么，在外力取消后，該廳門由自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)靠彈簧力或重錘的重力予以關(guān)閉 ? 電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的功能 ? 電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能： – 有足夠的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力，能夠驅(qū)動(dòng)轎廂、轎門及廳門完成必要的運(yùn)動(dòng)和可靠的靜止。 – 在運(yùn)動(dòng)中有正確的速度控制，以保證有良好的舒適性和平層準(zhǔn)確度。 – 動(dòng)作靈活、反應(yīng)迅速，在特殊情況下能夠迅速制停。 – 系統(tǒng)工作效率高，節(jié)省能量。 – 運(yùn)行平穩(wěn)、安靜，噪音小于國(guó)標(biāo)要求。 – 對(duì)周圍電磁環(huán)境無超標(biāo)的污染。 – 動(dòng)作可靠，維修量小，壽命長(zhǎng)。 ? 常見的電力拖動(dòng)方式 ? 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電梯的電力拖動(dòng)方式也有了很大發(fā)展，最先進(jìn)的電力拖動(dòng)技術(shù)一出現(xiàn)，很快便在電梯中實(shí)際應(yīng)用。電梯作為與人們生活最貼近的建筑設(shè)備，不斷地向人們展示最新的科技成果，讓人們享受科學(xué)技術(shù)帶來的方便與舒適。 ? 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電梯主要采用如下一些電力拖動(dòng)方式。 ? 轎廂升降運(yùn)動(dòng)的電力拖動(dòng)方式 ? 單相勵(lì)磁、發(fā)電機(jī)組供電的直流電機(jī)拖動(dòng) ? 三相勵(lì)磁、發(fā)電機(jī)組供電的直流電機(jī)拖動(dòng) ? 晶閘管供電的直流電機(jī)拖動(dòng) ? 斬波控制的直流電機(jī)拖動(dòng) ? 轎廂升降運(yùn)動(dòng)的常見電力拖動(dòng)方式可以表示如下： ? 述各種拖動(dòng)方式中，發(fā)電機(jī)組供電的直流電機(jī)拖動(dòng)方式由于能耗大、技術(shù)落后已不再生產(chǎn)，只有少量舊梯還在運(yùn)行。而于 20世紀(jì)七、八十年代出現(xiàn)的變壓變頻（ＶＶＶＦ）交流異步電機(jī)拖動(dòng)方式由于其優(yōu)異的性能和逐步降低的價(jià)格而大受青睞，占據(jù)了新裝電梯的大部分。永磁同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)方式在近幾年開始在快速、高速無齒電梯中應(yīng)用，是最有發(fā)展前途的電梯拖動(dòng)方式。對(duì)于超超高層建筑，其電梯中心區(qū)的面積將占大廈總水平投影面積的比例會(huì)超過50%，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的無曵引繩電梯將能改變這種狀態(tài)， 《 電梯技術(shù)發(fā)展概況 》 一文中認(rèn)為直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯是一種先進(jìn)的電梯，它將是未來電梯的發(fā)展方向。 電梯的速度曲線 ? 、舒適感與快速性的矛盾統(tǒng)一 —— 電梯的速度曲線 – 對(duì)電梯的快速性要求 ? 電梯作為一種交通工具，對(duì)于快速性的要求是必不可少的?？焖倏梢怨?jié)省時(shí)間，這對(duì)于處在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會(huì)中的乘客是很重要的?？焖傩灾饕ㄟ^如下方法得到： ? 1．提高電梯額定速度 ? 電梯的額定速度提高，運(yùn)行時(shí)間縮短，達(dá)到為乘客節(jié)省時(shí)間的目的?，F(xiàn)代電梯梯速不斷提高，目前超高速電梯額定速度已達(dá) 20m/s。 ? 在提高電梯額定速度的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)安全性、可靠性的措施，因此梯速提高，造價(jià)也隨之提高。 ? 2．集中布置多臺(tái)電梯，通過電梯臺(tái)數(shù)的增加來節(jié)省乘客候梯時(shí)間 ? 這種方法不是直接提高梯速，但是為乘客節(jié)省時(shí)間的效果是同樣的。當(dāng)然電梯臺(tái)數(shù)的增加不是無限制的，通常認(rèn)為，在乘客高峰期間，使乘客的平均候梯時(shí)間少于 30s即可。 ? ．盡可能減少電梯起、停過程中加、減速所用時(shí)間 ? 電梯是一個(gè)頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備，它的加速、減速所用時(shí)間往往占運(yùn)行時(shí)間的很大比重，電梯單層運(yùn)行時(shí)，幾乎全處在加速、減速運(yùn)行中，如果加、減速階段所用時(shí)間縮短，便可以為乘客節(jié)省時(shí)間，達(dá)到快速性要求。 – 對(duì)電梯的舒適性要求 ? 1．由加速度引起的不適 ? 由于電梯的負(fù)載是人，人在加速上升或減速下降時(shí)，加速度引起的慣性力疊加到重力之上，使人產(chǎn)生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或減速上升時(shí)，加速度產(chǎn)生的慣性力抵消了部分重力，使人產(chǎn)生上浮感，感到內(nèi)臟不適，頭暈?zāi)垦！? ? 考慮到人體生理上對(duì)加、減速度的承受能力， 《 電梯技術(shù)條件 》中規(guī)定：“電梯的起制動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)、迅速。加、減速度最大值不大于 m/s 2?！? ? 2．由加速度變化率引起的不適 ? 實(shí)驗(yàn)證明，人體不但對(duì)加速度敏感，對(duì)加速度的變化率（或稱加加速度）也很敏感。我們用 a來表示加速度，用 ρ來表示加速度變化率，則當(dāng)加速度變化率 ρ較大時(shí)，人的大腦感到暈眩、痛苦，其影響比加速度 a的影響還嚴(yán)重。我們稱加速度變化率為生理系數(shù)，在電梯行業(yè)一般限制生理系數(shù) ρ不超過 m/s 3 。 – 電梯的速度曲線 ? 當(dāng)轎廂靜止或勻速升降時(shí)，轎廂的加速度、加加速度都是零，乘客不會(huì)感到不適；而在轎廂由靜止啟動(dòng)到以額定速度勻速運(yùn)動(dòng)的加速過程中，或由勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)到靜止?fàn)顟B(tài)的減速過程中，既要考慮快速性的要求，又要兼顧舒適感的要求。也就是說，在加、減速過程中既不能過猛，也不能過慢：過猛時(shí)快速性好了，舒適性變差；過慢時(shí)舒適性變好，快速性卻變差。因此，有必要設(shè)計(jì)電梯運(yùn)行的速度曲線，讓轎廂按照這樣的速度曲線運(yùn)行，既能滿足快速性的要求，也能滿足舒適性的要求，科學(xué)、合理地解決快速性與舒適性的矛盾。圖 31中曲線 ABCD就是這樣的速度曲線。其中 AEFB段是由靜止起動(dòng)到勻速運(yùn)行的加速段速度曲線；BC段是勻速運(yùn)行段，其梯速為額定梯速； CF’E’D段是由勻速運(yùn)行制動(dòng)到靜止的減速段速度曲線，通常是一條與起動(dòng)段對(duì)稱的曲線。 ? 加速段速度曲線 AEFB段的 AE段是一條拋物線，EF段是一條在 E點(diǎn)與拋物線 AE相切的直線，而 FB段則是一條反拋物線，它與 AE段拋物線以 EF段直線的中點(diǎn)相對(duì)稱。設(shè)計(jì)電梯的速度曲線，主要就是設(shè)計(jì)起動(dòng)加速段 AEFB段曲線，而 CF’E’D曲線與 AEFB段鏡像對(duì)稱，很容易由 AEFB段的數(shù)據(jù)推出， BC段為恒速段，其速度為額定速度，無需計(jì)算。 ? 畫出上述速度曲線的加速度、加加速度曲線見圖32。 ? 圖 32中，起動(dòng)加速段 AEFB中各小段的速度曲線、加速度曲線、加加速度曲線的函數(shù)表達(dá)式分別是： – 電梯的速度曲線的特點(diǎn) ? 由于乘客對(duì)電梯舒適性的要求，使得電梯要兼顧快速性與舒適性，因此電梯的速度曲線與生產(chǎn)機(jī)械的速度曲線不同。圖 34給出了龍門刨床的速度曲線、加速度曲線和加加速度曲線。 ? 比較圖 32和圖 34可以看出這兩條曲線的不同： ? 電梯的速度曲線在轉(zhuǎn)彎處都是圓滑過渡的，處處可導(dǎo)；而龍門刨床的速度曲線在起始點(diǎn)、終了點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎處拐硬彎，因而造成在速度曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)加速度 a發(fā)生突跳，使該點(diǎn)的加加速度 ρ為無窮大。這對(duì)于沒有感官的機(jī)床和工件來說不成問題，而對(duì)于電梯或者車輛，其中的乘客就會(huì)感到頭暈?zāi)X漲、嚴(yán)重不適。所以在圖 32中電梯的速度曲線的轉(zhuǎn)彎處，專門設(shè)計(jì)了拋物線曲線段，與其前后的直線段相切，實(shí)現(xiàn)平滑過渡，從而加速度曲線是連續(xù)的，沒有突跳，加加速度則可被控制在允許值之下。 ? 加速、減速段的最大加速度數(shù)值不同，考慮到人對(duì)加速度引起的超重、失重的承受能力，其值不得大于 m/s 2，再加上拋物線階段的逐漸過渡，使得電梯的加速、減速段時(shí)間較長(zhǎng)。而龍門刨床在加速、減速段的最大加速度通?？蛇_(dá) 3～ 5 m/s 2，以盡量減少加速、減速段時(shí)間。 ? 調(diào)速電梯在加速、減速段要實(shí)施嚴(yán)密的速度閉環(huán)控制，保證轎廂按設(shè)計(jì)的速度曲線運(yùn)行，不允許出現(xiàn)大的超調(diào)和振蕩，以保證電梯的舒適性。而龍門刨床在加速、減速段給出的速度指令是階躍信號(hào)，調(diào)速系統(tǒng)是在大的速度偏差下以電流截止反饋方式運(yùn)行，其加速度取決于設(shè)定的截止電流值，該電流通常為額定電流的兩倍左右。 ? 二、拋物線型電梯速度曲線設(shè)計(jì) ? （一）速度曲線的要求 ? 從前面的分析可以看出，設(shè)計(jì)電梯的速度曲線重點(diǎn)是設(shè)計(jì)電梯起動(dòng)階段的速度曲線 AEFB段， BC段是勻速運(yùn)行段，速度為常值，無須設(shè)計(jì)；減速階段的速度曲線 CF’E’D段與 BFEA段對(duì)稱，可按對(duì)稱原則輕松得到。 ? 將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電梯的舒適性、快速性要求列寫如下： ? 我們把起動(dòng)段速度曲線畫在圖 35中，把各段曲線的方程列寫如下： ? 三、其它類型的電梯速度曲線 ? 從前面的分析可知，要保證電梯有良好的舒適性，設(shè)計(jì)的速度曲線必須是平滑的，只有這樣，加速度曲線才是連續(xù)的、沒有突跳，加加速度才是有限數(shù)值，不會(huì)出現(xiàn)無窮大，再適當(dāng)限制加速度、加加速度的數(shù)值，使其符合標(biāo)準(zhǔn)要求（既符合舒適性要求，又符合快速性要求）。圖 39 采用正弦函數(shù)曲線設(shè)計(jì)的電梯起動(dòng)段速度曲線 ? a) 沒有直線段的速度曲線 b) 具有直線段（ EF段）的速度曲線 ? 滿足平滑要求的速度曲線可以有多種類型，前面介紹的拋物線型速度曲線為其一種。也可以采用正弦函數(shù)曲線來設(shè)計(jì)電梯的速度曲線， ? 圖 3－ 9 b）是帶有直線加速段（ＥＦ段）的正弦函數(shù)速度曲線。當(dāng)額定梯速較高時(shí)，若仍采用圖 3－ 9ａ）的速度曲線，就勢(shì)必造成Ｅ點(diǎn)附近一帶的加速度超標(biāo)，因此需要在Ｅ點(diǎn)的加速度尚未超標(biāo)之前，在Ｅ點(diǎn)處斷開，接入一段與正弦曲線相切的直線（其斜率等于正弦曲線在Ｅ點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)）。 ? 從圖 3－ 9看出，由于正弦函數(shù)光滑可導(dǎo)，它的 v、 ａ、 ρ均可按要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此正弦函數(shù)速度曲線也是一種較好的速度曲線。 ? 在一些新型變頻器中，為適應(yīng)電梯曳引驅(qū)動(dòng)的需要，常設(shè)計(jì)有所謂“Ｓ”型起動(dòng)速度曲線供用戶選用，可以減輕設(shè)計(jì)速度曲線的工作量。 第三節(jié) 電梯的負(fù)載機(jī)械特性 ? 一、靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性 ? 當(dāng)電梯重載運(yùn)行時(shí)，轎廂的負(fù)載系數(shù) β大于對(duì)重的平衡系數(shù) KP，即 β＞ KP，這時(shí)電梯的靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性由兩部分組成：一是由橋廂、對(duì)重的重量差引起的位能性轉(zhuǎn)矩（圖 310中的曲線１），另一部分是由傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦（超高速梯還有較大的風(fēng)阻）阻力引起的反抗性轉(zhuǎn)矩（圖 310中的曲線２），這兩部分轉(zhuǎn)矩之和為電梯重載運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（圖 310中的曲線 3）。 ? 當(dāng)電梯輕載運(yùn)行時(shí)， β＜ KP，轎廂、對(duì)重的重量差為負(fù)值，引起的位能性轉(zhuǎn)矩也是負(fù)值，如國(guó) 310的 1”曲線，加上摩擦力引起的反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩（曲線 2）得到輕載運(yùn)行時(shí)電梯的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩見圖 310中的曲線３”． ? 當(dāng)電梯半載運(yùn)行恰使 β=KP時(shí)，由于轎廂側(cè)與對(duì)重側(cè)重量相等，位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，這時(shí)電梯的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩只有摩擦力引起的反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電梯的靜態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩如圖 310中的曲線 3’（ 3’曲線也就是曲線２）。 二、動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性 ? 當(dāng)電梯起動(dòng)加速或停車前制動(dòng)減速時(shí)，由于速度的變化將引起動(dòng)態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩： ? 為了得到較好的舒適感，要求轎廂按預(yù)定的速度曲線平滑地改變梯速。又由于電梯設(shè)有對(duì)重．使傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性增大（飛輪矩 GD2較大），從而使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩增大，通常電梯動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩可達(dá)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的 ~3倍．因此在研究電梯運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，有必要將電梯的動(dòng)態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩繪制成動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性曲線。 ? 圖 3－ 11 便是根據(jù)圖 3－ 2中的拋物線型速度曲線繪制的電梯動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性。 ? 圖 3－ 2中速度曲線的 EF段是一條直線，其斜率（即加速度）為常數(shù)，故相應(yīng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩也是常數(shù)，如圖 3－ 11中的 EF段。 ? 圖 3－ 2中速度曲線的 FB段是一條與 AE段反對(duì)稱的拋物線，加速度是一條向右下斜的直線，到 B點(diǎn)加速度減小到零， B點(diǎn)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩也逐漸減小到零，因此 FB段的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩曲線與 AE段相對(duì)稱，是一段反拋物線（見圖 3—11）。 ? 圖 3－ 2中速度曲線的 BC段是恒速運(yùn)行段，其加速度為零，因此動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩也為零，在圖 3－ 11中表現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，其 M＝ 0， n= nN。 ? 圖 3－ 2中速度曲線的 CF’E’D減速段與 BFEA段相對(duì)稱，因此圖 3－ 11中減速段的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩曲線也與加速段 BFEA段相對(duì)稱。圖 3－ 11中 D點(diǎn)與 A點(diǎn)重合，此時(shí) n=0, M=0, 表明轎廂處在穩(wěn)定靜止?fàn)顟B(tài)。 ? 圖 3－ 11中封閉曲線 AEFBCF’E’D反映了轎廂一次上升運(yùn)行過程中電梯的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律。而當(dāng)轎廂向下運(yùn)行時(shí)，一次下降運(yùn)行過程中電梯的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩曲線可以通過將圖 3－ 11中的封閉曲線 AEFBCF’E’D以“ 0”點(diǎn)為軸心旋轉(zhuǎn) 180176。 后得到。 三、電梯的負(fù)載機(jī)械特性 ? 將電梯的靜態(tài)負(fù)載機(jī)城特性與動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性相疊加得到電梯負(fù)載機(jī)械特性，見圖 3－ 12。 ? 圖中曲線 1為滿載上升時(shí)的負(fù)載機(jī)械特性，曲線 2為滿載下降時(shí)的負(fù)載機(jī)械特性，曲線3為空載上升時(shí)的負(fù)載機(jī)械特性，曲經(jīng) 4為空載下降時(shí)的負(fù)載機(jī)械特性，曲線 5為半載（ β=KP）上升時(shí)的負(fù)載機(jī)械特性，曲線 6為半載下降時(shí)的負(fù)載機(jī)械特性。圖中每條曲線在起動(dòng)初的一段大小為△ Mj 的水平線表示起動(dòng)初的靜摩擦轉(zhuǎn)矩造成的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增量。 四、調(diào)速電梯曳引電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與電梯負(fù)載