【文章內(nèi)容簡介】 、速度反饋裝置、電動機調(diào)速裝置等組成。 交流變極調(diào)速系統(tǒng) 變極調(diào)速系統(tǒng)的特點及使用性能是：交流感應(yīng)電動機要獲得兩種或三種的轉(zhuǎn)速，由于它的轉(zhuǎn)速是與其極對數(shù)成反比，因此變速的最簡單方法 只要改變定子繞組的極對數(shù)就可改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)大多采用開環(huán)方式控制，控制線路簡單，配套元器件少，工藝簡單，成本低廉。運行中轉(zhuǎn)差功率不變，效率很高，可靠性高。但是在動態(tài)過程中電動機的電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)很大的波動，加速、減速時速度會出現(xiàn)跳變，造成電梯起動、制動、平層抱閘時舒適感差。 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 交流調(diào)壓調(diào)速（ ACVV）電梯的電力拖動系統(tǒng)在技術(shù)上較為簡單、成熟，其運行效率和乘坐舒適感比較令人滿意，在控制策略上還可以采用速度負反饋為外環(huán)，以電流反饋為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，以便改善跟隨性能，其穩(wěn)定裕度也得到 提高。可是由于電梯在運行中轎廂負載經(jīng)常隨機變化，因此，當僅采用經(jīng)典控制理論來設(shè)計 ACVV 電梯拖動系統(tǒng)時為使電梯的運行能很好地跟蹤理想速度給定曲線，而要找到一組最佳的控制參數(shù)是不可能的。如果采用現(xiàn)代控制理論來實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，就會在電梯負載隨機變化等各種運行狀態(tài)下，均能獲得對理想速度給定曲線的；良好跟蹤性能，從而進一步改善乘坐舒適感，并提高平層精確度。然而，其關(guān)鍵在于需要解決大量的數(shù)學(xué)在線計算問題。 交流半閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 交流半閉環(huán)調(diào)速電梯的電力拖動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，維護方便。按距離原則的制動減速過程沒 有低速爬行段，與按時間原則制動減速相比，縮短了制動距離，提高了運行效率，平層精度較高，乘坐舒適感較好。該類系統(tǒng)在轎廂經(jīng)過減速點時，需要切除曳引電動機電源。之后，依靠系統(tǒng)自身的慣性運行到?？繉诱尽Ｒ虼诵枰_的運行學(xué)設(shè)計，使其有足夠的轉(zhuǎn)動慣性，不過轉(zhuǎn)動慣性也不能太大，否則，在制動減速過程中，電能損耗會增加，從而提高相應(yīng)部件的溫度。由于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器是用于減速過程的，所以需要設(shè)置靜 9 態(tài)偏置制動電流，即所謂零電流，用以保證電梯沿速度給定曲線減速，直到直接零速平層。為了保證零速平層準確度，根據(jù)電梯運行狀況以及 負載的變化情況，對速度給定曲線進行自適應(yīng)性的負載校正。 交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 變壓變頻調(diào)速電梯的拖動系統(tǒng)，變頻調(diào)速是通過改變異步電動機供電電源的頻率而調(diào)節(jié)電動機的同步轉(zhuǎn)速，也就是改變施加于電動機進線端的電壓和電源頻率來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。由于其轉(zhuǎn)差功率不變，而且在回饋制動過程中，只是將動能轉(zhuǎn)化成電能，消耗在制動放電電阻中或者回饋給電網(wǎng)，而不消耗電網(wǎng)電能，所以效率很高，節(jié)能明顯。用該系統(tǒng)的變頻調(diào)速裝置對電梯進行控制，變頻器可以對起動、運行時的電壓進行頻率設(shè)置，起到保護作用，在起動、運行、停止時，可以設(shè)定一條平滑的 軟曲線進行控制，使乘坐舒適感好。變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)不但在一般控制中受到青睞，在電梯控制上也被認為是行業(yè)最優(yōu)越的控制技術(shù)。因此，本設(shè)計采用此系統(tǒng)作為電梯的拖動系統(tǒng)。 電氣控制系統(tǒng)的選擇 目前，電梯控制系統(tǒng)大多采用繼電－接觸器控制或 PLC 控制。這些系統(tǒng)均由一個主控制器實施整個電梯的控制，屬于集中控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，強迫換速和急停回路信號、門機及控制電路信號、換速及平層信號、檢修及照明信號、內(nèi)選外呼及層站指示信號等，均要傳送給唯一的控制器，由該控制器進行邏輯運算后執(zhí)行。這種系統(tǒng)存在兩方面的缺點：一是控制器運算量 大，系統(tǒng)實時響應(yīng)速度受到限制，而且不利于擴充控制器的功能，提高電梯的運行性能；二是布線復(fù)雜，維修困難。尤其是高層電梯，信號線相當多，井道電纜縱橫交錯。 隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電梯的分布式控制成為了可能。將電梯的控制功能分為若干模塊，由不同的控制器實現(xiàn)一部分功能，控制器間采用可靠的通信技術(shù)傳遞信息。這樣，可以實現(xiàn)電纜的插接化，大大減少井道電纜數(shù)，減少布線工作量和維護成本。而且，可以讓主控制器有更多的時間實現(xiàn)其他功能，以改善電梯的運行性能。 N 層電梯的分布式控制系統(tǒng)由一個主控制器、 N 個層站控制器和一個 轎廂控制器組成，主控制器與層站控制器之間采用 RS485 連接，構(gòu)成 1:N 的主從式串行通信結(jié)構(gòu)；主控制器與轎廂控制器之間采用獨立的 RS485 串行接口進行通信，如圖 2－ 1 所示。圖中的細線采用六芯屏蔽雙絞線電纜，固定在井道中，虛線采用隨梯的多芯屏蔽雙絞線電纜或扁平電纜，需要有足夠的長度以保證轎廂能夠自由上下運動，當電梯提升高度較高時，應(yīng)選用內(nèi)部有鋼絲繩的抗拉電纜。 采用 RS－ 485 的理由是 :用線少，有利于布線，便于維護，實現(xiàn)模塊的插接化 。差動傳輸數(shù)據(jù)，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳送速度高，傳輸距離遠；與 8051 系列單片 機的多機通信功能配合簡單，易于設(shè)計軟硬件。 當兩臺電梯實施并聯(lián)控制時，各主控制器的 RS－ 485 層站接口與并聯(lián)控制器的并聯(lián)控制接口組成 RS485 總線，層站控制器與并聯(lián)控制器的 RS485 層站接口相連。并聯(lián)控制器接收外呼信號后根據(jù)各主控制器控制的當前電梯狀態(tài)進行調(diào) 10 度，確定將呼梯信號發(fā)送給哪一臺電梯執(zhí)行。如圖 22 所示。 綜合以上兩節(jié)，本設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)分為兩部分：第一部分為變壓變頻調(diào)速控制，采用變頻器對電梯進行拖動；第二部分為電梯運行的邏輯控制，采用單片機實現(xiàn)電梯的分布式控制。 11 電梯電力拖動系統(tǒng) 通用變頻器的基本原理 12 在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變頻器對異步電動機進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟、效益顯著，所以逐步得到推廣。 變頻調(diào)速的基本控制方式 由電機學(xué)可知，三相交流電動機的同步轉(zhuǎn)速 0n 為 pfn 10 60? (31) 式中 1f —— 電動機定 子電源頻率 。 p —— 電動機的極對數(shù)。 由式 (31)可知，若連續(xù)改變電源頻率 1f ，則可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速0n 。而三相異步電動機定子每相感應(yīng)電動勢有效值 gE 為 mg KNfE ?? (32) 式中 1N —— 定于每相 繞組串聯(lián)匝數(shù)； 1K —— 基波繞組系數(shù)； m? —— 每極氣隙磁通量。 由式 (32)可見，在 gE 一定時，若電源頻率 1f 變大，則必然引起磁通 m? 變?nèi)?，此時，電動機鐵心就沒被充分利用；若 m? 增大，則會使鐵心飽和，從而使勵磁電流過大，這樣會使電動 機效率降低，嚴重時會使電動機繞組過熱，甚至損壞電動機。因此，在電動機運行時，希望磁通 m? 保持恒定不變。于是，在改變 1f的同時，必須改變 gE ，即必須保證： 常數(shù)?1fEg 采用恒定的電動勢頻率比的協(xié)調(diào)控制方式，就可以保證磁通 m? 恒定不變。這時，可根據(jù)圖 31 所示的感應(yīng)電動機等效電路推導(dǎo)出在恒定 1?gE協(xié)調(diào)控制時的機械特性如下： 13 222122221212221222133lglge LsRRsEpsRLsREpT?????????????????????? ?? ????? (33) 式中 1? —— 電源角頻率； s—— 電動機轉(zhuǎn)差率； 2R? —— 轉(zhuǎn)子電路電阻與負載等效附加電阻之和的拆算值； 2lL? —— 轉(zhuǎn)子電路漏感折算值。 在式 (33)中，分子與分母均有 s 。當 s 很小時，可將分母中含 2s 項忽略，則 21213 RsEpT ge ?????????? ?? (34) 式 (34)表明，在 s 很小時， eT 與 s 近似成正比 ,即這段機械特性可近似為直線。而且可以證明，在 常數(shù)?1fEg的協(xié)調(diào)控制條件下，當改變頻率 1? 時，機械特性基本上是上下平移的。此外，根據(jù)式 (33)可求得最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 為 121232222222221m a x???????????????????RLRRLRREpTllge ? (35) 由式 (35)可見，在 常數(shù)?1fEg時， maxeT 不隨 1? 變化。恒定 1?gE控制方式的機械特性如圖 32 所示。這種特性符合電梯拖動要求。 14 然而，對繞組中的感應(yīng)電動勢 gE 卻難以直接控制。但是，在 gE 較高時可以忽略圖 31 中的定子繞組漏磁阻抗壓降。因此，可認為定子每相電壓 gEU?1 ，則得 常數(shù)?gEU1 這便是恒壓頻比控制方式。 根據(jù)同樣分析方法可知，機械特性在 s 較小范圍內(nèi)為近似線性段，且在負載一定情況下，隨 1? 下調(diào)，線性段也是隨 1? 的改變而平移。在恒壓頻比時，求得的最大轉(zhuǎn)矩 maxeT 為 ? ? 22121111211m a x123lleLLRRUpT???????????????????????? (36) 式 (36)表明 maxeT 隨 1? 降低而減小，此時機械特性如圖 33 所示，由于電動機定子電 壓 1U 只能小于等于額定電壓 nomU ，所以 11fU只能下調(diào)，這時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；若 1f 上調(diào)，而 1U 不能大于 nomU ，所以 eT 下降，這時為恒功率調(diào)速，在隨著11?U 降低時，定子阻抗壓降就不能再被忽略 了，此時gE 會更小些，使得磁通 m?有所減小。這時，為了保證 m? 不變。可以人為地將 1U 提高一些，以便近似地補償定子阻抗壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性如圖 34 所示。采取補償措施后，異步電動機的機械特性不但保留了較硬的線性段，而且當頻率降低 時，同步轉(zhuǎn)速 0n 隨之下降，使在保證最大轉(zhuǎn)矩基本不變情況下 ，取得類似直流電動機調(diào)速的平移特性曲線。 15 這樣，不但擴大了調(diào)速范圍，而且在調(diào)速時，轉(zhuǎn)差功率不變，所以效率很高。具有定子電壓補償?shù)暮銐侯l比控制方式，被廣泛采用。 變頻裝置工作原理 按恒壓頻比控制方式進行變頻調(diào)速的裝置，一類是直接變頻裝置。這種裝置的變頻為一次換能形式，即只使用一個變換環(huán)節(jié)就把恒壓恒頻電源變換成 VVVF電源，所以效率較高，但是，所用的元件數(shù)量較多，輸出頻率變化范圍小，功率因數(shù)較低，只適用于低轉(zhuǎn)速大容量的調(diào)速系統(tǒng)。 另一類為間接變頻裝置。這種裝置是將恒壓恒頻交流電源先經(jīng)整流環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為中間直流環(huán) 節(jié)，再由逆變器電路轉(zhuǎn)換為 VVVF 電源，如圖 3－ 5 所示。 這種裝置的 控制方式有以下兩種： 一、用可控整流器變壓，用逆變器變頻的交 — 直 — 交變頻裝置。 這種裝置的輸入環(huán)節(jié)是由晶閘管構(gòu)成的可控整流器。輸出電壓幅度由可控整流器決定，輸出電壓頻率由逆變器決定。也就是說，變壓和變頻分別通過兩個環(huán)節(jié)并由控制電路協(xié)調(diào)配合起來完成。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單，元件較少，控制方便，頻率調(diào)節(jié)范圍較寬。但是，在電壓和頻率調(diào)的較低時，電網(wǎng)端功率因數(shù)也降低。如輸出環(huán)節(jié)由晶閘管構(gòu)成，則輸出電壓諧波較大。 二、用不可控整流器整流，通過 脈寬調(diào)制方式控制逆變器同時進行變壓變頻的交 —— 直 —— 交變頻裝置。 由于輸入環(huán)節(jié)采用不可控整流電路，所以電網(wǎng)端功率因數(shù)高，而且與逆變器輸出電壓大小無關(guān)。逆變器在變頻的同時實現(xiàn)變壓，主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了電路結(jié)構(gòu)。逆變器的輸出與中間支流環(huán)節(jié)的電容電感參數(shù)無關(guān)，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。選擇對逆變器的合理控制方式，可以抑制或消除低次諧波，使逆變器輸出電壓為近似的正弦波交變電壓。這種控制方式稱為正弦脈寬調(diào)制方式（ SPWM）。 SPWM 逆變器的工作原理 逆變器的功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)。當開關(guān)器件導(dǎo)通閉合 時，逆變器輸出電壓的幅度等于整流器的恒定輸出電壓；當開關(guān)器件截止開斷時，輸出電壓為零。于是，逆變器輸出電壓為等幅的脈沖列。為了使該脈沖列與正弦波等效，以便盡量減少諧波，現(xiàn)將正弦波分作 N 等份，另每一等份的正弦波的中點與響應(yīng)的矩形脈沖波形的中點相重合，并使矩形脈沖的面積與對應(yīng)等份的局部正弦波的面積相等，則等幅但不等寬的矩形脈沖列，必然與該半周正弦波等效。也就是說，各分段平均值的包絡(luò)線為等效的正弦波，可以推斷，若逆變器的開關(guān)器件 16 工作在理想狀態(tài)，開關(guān)器件驅(qū)動信號的波形也應(yīng)與脈沖列相似。顯然，開關(guān)器件開，斷的工作頻率 較高，等幅不等寬的脈沖列等效波形就越逼近對應(yīng)的正弦波形。 對上述的等效控制方式，實際上是通過調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，即將所期望的正弦波形作為調(diào)制波，而將等腰三角形作為被調(diào)制的載波。利用三角形線性的變化的上升沿，下降沿與連續(xù)變化的正弦曲線的交點時刻，來控制逆變器開關(guān)器件的導(dǎo)通與截止。 SPWM 變頻器主電路原理圖如圖 所示，由整流二極管構(gòu)成的三相不可控整流電路，輸出恒定直流電壓 sU ；逆變電路由 6 個功率開關(guān)器件絕緣柵雙極晶體管