【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)電梯的零速起動。 變頻器組成、工作原理及其分類 變頻器組成及工作原理 變頻器通常由主電路、控制電路和保護(hù)電路組成。主電路如圖 所示。 主電路包括整流器、逆變器和中間直流環(huán)節(jié)。 圖 變頻器主電路圖 其整流電路采用的是不可控的二極管整流電路，而變頻器的輸出頻率和輸出電壓均由逆變器按 PWM 方式來完成。利用參考電壓波與載頻三角波互相比較來決定開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。 逆變器又稱負(fù)載變 流器，最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用 6 個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。 中間直流環(huán)節(jié)。由于逆變器的負(fù)載是異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載，故在中間直流環(huán)沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 9 節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換。此無功功率要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容或電抗）來緩沖，故又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。 變頻器的類型 按電源的性質(zhì)來分：電壓型變頻器，電流型變頻器 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分： PAM 方式， PWM 方式，高載波變頻率 PWM 方式 按控制方式分： U/f 控 制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制 按電壓等級分：低壓變頻器，高壓大容量變頻器 按用途分：通用變頻器，高性能專用變頻器，高頻變頻器，小型變頻器。 變頻器機(jī)型選擇 隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前，為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對較貴。因此，本設(shè)計(jì)沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器 —— 安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用 變頻器的控制效果。 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，它的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，此外電梯節(jié)約用電也日益受到重視。綜合考慮各種因素，本設(shè)計(jì)選用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器，它具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時(shí)降低了電機(jī)運(yùn)行損耗，特別適合電梯類負(fù)載頻繁變化的場合。 VS616G5 型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了 V/f 控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身自動調(diào)諧功能與無 速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 VS616G5 變頻器的特點(diǎn)如下： ① 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 ② 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。 ③ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 ④ 保護(hù)功能完善、維修性能好。 ⑤ 通過 LCD 操作裝置，可提高操作性能。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 變頻器計(jì)算及其參數(shù)設(shè)置 變頻器功率的計(jì)算 變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行選取。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為 1P ，電梯運(yùn)行速度為 V ，電梯自重為 1W ，電梯載重為 2W ，配重為 3W ，重力加速度為 g ，變頻器功率 為 P 。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為2P 有： VFgWWP ])1[( 1322 ???? () 式 中 F1—— 摩擦力。 電機(jī)功率 1P ，變頻器功率 P 應(yīng)接近于電機(jī)功率 1P ，相對于 2P 留有較大裕量，因此可以取 ? () 變頻器制動電阻參數(shù)的計(jì)算 由于電梯為位能負(fù)載，電梯運(yùn)行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動功能，帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高。采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果能耗制動電阻 ZR 大小應(yīng)使制動電流 ZI 不超過變頻器額定電流 NI 的一半，即 2//0 NZZ IRUI ??? () 式 中 0U —— 額定情況下變頻器的直流母線電壓。 由于制動電阻的 工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗的功率。 電梯理想速度曲線設(shè)計(jì) 電梯理想速度曲線總體說來是現(xiàn)代社會中人們對電梯的要求的概括，其中包括快速性，舒適性。然而快速性和舒適性是一對相互矛盾的要求。 電梯快速性的性能要求 電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的?？焖倏梢怨?jié)省時(shí)間，這沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 11 對于處在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會中的乘客是很重要的。 提高快速性的方法主要有三種方法： ① 提高電梯的額定速度。電梯的額定速度提高，運(yùn)行的時(shí)間縮短，達(dá)到了為乘客節(jié)省時(shí)間的目的。提高速度的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)安 全性、可靠性的措施，故此梯速提高電梯的造價(jià)也隨之提高。 ② 集中布置多臺電梯。通過增加電梯的臺數(shù)來節(jié)省乘客的時(shí)間，該方法不是直接提高梯速但同樣能夠達(dá)到目的。但電梯的臺數(shù)增加不是無限制的，通常在乘客高峰期時(shí)，使乘客的平均候梯時(shí)間小于 30s 即可。 ③ 盡可能減少電梯起、停過程中的加減速時(shí)間。電梯是一個(gè)頻繁起、制動的設(shè)備，在起、制動階段不能太慢， GB/T10058— 1997《電梯控制技術(shù)》中就規(guī)定了電梯加減速度的最小值：“直流快速電梯平均加、減速度不小于 ，直流高速電梯平均加、減速度不小于 ?！边@ 就是對電梯快速性的要求。 電梯舒適性的性能要求 ① 由加速度引起的不適 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的重力，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加、減速度的承受能力， GB/T10058— 1997《電梯控制技術(shù)》中規(guī)定： “電梯的起、制動應(yīng)該平穩(wěn)、迅速，加、減速度的最大值不大于 。” ② 由加速度變化率引起的不適 人體不僅對加速度敏感，對加加 速度（或稱加速度變化率）也很敏感。用 a 表示加速 度 ,用 p 表示加加速度，則當(dāng)加加速度 p 較大時(shí)，人的餓大腦感到暈眩、痛苦，其影響比加速度的影響還要嚴(yán)重。我們也稱加加速度 p 為生理系數(shù)，在電梯行業(yè)里一般限制生理系數(shù) p 不超過 。 電梯速度曲線 當(dāng)轎廂靜止或勻速升降時(shí)，轎廂的加速度和加加速度都是零，乘客不會感到不適，而在轎廂由靜止啟動到以額定速度勻速運(yùn)動的加速過程中，或是由勻速運(yùn)動狀態(tài)制動到靜止?fàn)顟B(tài)的減速過程中，既要考慮快速性的要求，又要考慮舒適性的要求，故有必要設(shè)沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 12 計(jì)出電梯的運(yùn)行速度曲線，使電梯轎廂 按照這樣的速度曲線運(yùn)行，既能夠滿足快速性的要求，也能夠滿足舒適性的要求，科學(xué)、合理的解決快速性與舒適性的矛盾。 人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。為了獲得良好的舒適性，將電梯的起動、制動速度曲線設(shè)計(jì)成由兩段拋物線 (S曲線 )及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及 S 曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從 0 加速到 1000 轉(zhuǎn) /分所需要的時(shí)間來定義的。其意義為加速度由 0 加速到 1000 轉(zhuǎn) /秒所需要的時(shí)間。因此通過改變起動加速時(shí)間可獲得不同的起動曲線 斜率。增大加速時(shí)間值起動曲線變緩，反之，起動曲線變急。同理，增加 S 曲線變化率起動曲線彎曲部分變緩，反之， 起動曲線彎曲部分變急。而 S 曲線變化率的變化，也可通過改變 S 曲線起始、終了加速時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用的安川公司的VS616 G5 系列變頻器就具有 S 曲線加速時(shí)間設(shè)定功能，故將加速時(shí)間和 S 曲線加速時(shí)間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動曲線。同理，制動曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線如下圖所示，圖 中 a 為加速度， v 為速度。 圖 電梯運(yùn)行速度曲線 圖 中， 0t3為加速過渡階段， t3t4為穩(wěn)速運(yùn)行階段（此時(shí)電梯速度為額定速度），t4t7為減速停車階段。由于變頻器在零速時(shí)有 150%的額定轉(zhuǎn)矩，保證了電梯在零速 （ t7時(shí)刻 ） 時(shí)進(jìn)行抱閘停車，消除了電梯停車時(shí)的沖擊，使乘客更具有舒適感。 電梯曳引電動機(jī)及其功率確定 電梯對曳引機(jī)的要求 ① 電梯是一個(gè)大慣量的拖動系統(tǒng)，要求電動機(jī)有較大的過載能力。 ② 電動機(jī)能承受頻繁起、停，能承受較高的每小時(shí)合閘次數(shù)。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 13 ③ 電梯的運(yùn)行屬于周期斷續(xù)工作方式，要求選用周期斷續(xù)工作制的電動機(jī)。 ④ 對于交流電梯，要求曳引電動機(jī)有足夠的起動轉(zhuǎn)矩和盡量小的起動電 流。 曳引電動機(jī)額定功率的粗選 根據(jù)力學(xué)關(guān)系導(dǎo)出曳引電動機(jī)的額定功率： () 式中 K —— 系數(shù)， K =～ ； Kp —— 平衡系數(shù)， Kp =～ 取 ； Nm — — 電梯額定載重量， Nm =1000 ㎏ ； NV —— 電梯額定速度， NV =； ?—— 機(jī)械轉(zhuǎn)動總效率， ? =。 帶入數(shù)據(jù)得 NP =～ 。 根據(jù)實(shí)際電動機(jī)額定功率系列，粗選 13KW 的電動機(jī)即可滿足要求。因此，電梯所選用的曳引電動機(jī)為 YPTD160L1— 4， 電壓： 380V，功率： 13KW，轉(zhuǎn)速： 1456r/min 。 曳引電動機(jī)過載、啟 動校驗(yàn) 初選電動機(jī) 以上面介紹的方法粗選電動機(jī)的額定功率 NP ， 將該電動機(jī)作為初選電動機(jī)可計(jì)算其額定轉(zhuǎn)矩 NNN nPT 9550? () 式中， Nn —— 電動 機(jī)額定轉(zhuǎn)速。 對交流電動機(jī)進(jìn)行過載校驗(yàn)和起動校驗(yàn) 1）過載校驗(yàn) 異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線中最大轉(zhuǎn)矩 mT 與額定電磁轉(zhuǎn)矩 NT 的比值反映了電動機(jī)的過載能力，用 ? 表示 NmTT?? () ?102 )1( NNN VmKpKP ??沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 14 ? 被稱作電動機(jī)的過載倍數(shù)或最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要考慮電網(wǎng)電壓波動的影響，當(dāng)電壓下降 10%時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩 mT 降低到原值的 倍，過載倍數(shù)也降低到原值的 ，即 倍，如果此時(shí)電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不能大于等于要求的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mzT ，電梯就會失控 ，走不出預(yù)定的速度曲線，電梯的舒適性和快速性就會變差。因此，而要考察電動機(jī)的過載能力 mzN TT ?? () 所選電動機(jī)滿足上式條件，過載校驗(yàn)通過。 2）起動校驗(yàn) 異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩 QT 與額定電磁轉(zhuǎn)矩 NT 的比值反映了電動機(jī)的起動能力，用 QK 表示 N TTK? () QK 被稱作電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。同樣，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要考慮電網(wǎng)電壓波動的影響，當(dāng)電壓下降 10%時(shí)，起動轉(zhuǎn)矩降低到原值的 ，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)也降低到原值的 ，即 倍，如果此時(shí)電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩不能大于等于電梯滿載時(shí)要求的負(fù)載起動轉(zhuǎn)矩 QZT ，電梯就轉(zhuǎn)不起來。因此，需要考察電動機(jī)的起動能力 QZNQ TTK ? () 所選電動機(jī)滿足上式條件，起動校驗(yàn)通過。 只有過載校驗(yàn)、起動校驗(yàn)都通過了的電動機(jī)，才可以選作電梯曳引電動機(jī)。否則需要將初選電動機(jī)的額定功率適當(dāng)加大后再進(jìn)行上述校驗(yàn)，直至通過。當(dāng)然，如果上述校驗(yàn)裕量很大，則可以適當(dāng)減小電動機(jī)額定功率后再進(jìn)行上述校驗(yàn)，直至裕量適當(dāng)。 沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15 4 電梯電氣控制系統(tǒng) PLC 及其在電梯控制中的應(yīng)用特點(diǎn) PLC 定義及其特點(diǎn) PLC 是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。 PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ?CPU 作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道 (字 )的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器 (布爾處理器 )，進(jìn)行點(diǎn) (位 )運(yùn)算與控制。 PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。 ① 可靠性 :對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 1） PLC 不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間短。