【正文】 表 三相 異步電 動(dòng) 機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號 級數(shù) 功。所以根據(jù)電梯這種特殊的運(yùn)行狀態(tài)，考慮使用異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槠渚?有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格便宜、維護(hù)次數(shù)和費(fèi)用都低以及運(yùn)行方便的特點(diǎn)，但考慮到電梯到了制定層要減速運(yùn)行時(shí)考慮到電機(jī)的可靠運(yùn)行，電機(jī)的功率留有裕量，因此選用 三相 異步電 動(dòng) 機(jī)。 考慮到以上幾個(gè)方面決定選用 三相異步電動(dòng)機(jī) 。 ② 高速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)有較高的效率和功率因數(shù)。其次，電梯也對拖動(dòng)的電機(jī)有以下要求： ① 高速或低速運(yùn)行時(shí)要有較大的 堵轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩和較 小的堵轉(zhuǎn)電流。 產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn) 體積小 控制大 使用簡單 圖 電梯感應(yīng) 開關(guān)（永磁感應(yīng)器） 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 24 牽引電機(jī)的選擇 因?yàn)闋恳娞莸膭?dòng)力電機(jī)都是短時(shí)工作制，其基本上都是工作在起動(dòng)、恒速、制動(dòng) 、停止四個(gè)狀態(tài)，這樣頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)工作就要求所選的電機(jī)要有起動(dòng)和過載能力慣性機(jī)械強(qiáng)度大、絕緣材料等級高的特點(diǎn)。接點(diǎn)控制阻性 1A，能控制直流和交流 380V以下的電源電壓。 表 永磁感應(yīng)器參數(shù) 產(chǎn)品型號 YG1 產(chǎn)品概述 永磁感應(yīng)器又稱電梯感應(yīng)開關(guān)，用于電梯平層限位控制，也可用其它限位控制。 由于本文是五層電梯的控制故選用感應(yīng)器檢測轎廂位置。 ② 利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān)。 位置檢測方法主要有如下幾種： ① 用于簧管磁感應(yīng)器或其它位置開關(guān)。其主要功能是：根據(jù)登記的內(nèi)選與外呼信號和轎廂的位置關(guān)系，確定運(yùn)行方向；當(dāng)電梯將要到達(dá)所需停站的樓層時(shí)，給曳引電動(dòng)機(jī)減速信號，使其換速；當(dāng) 平層停車后，發(fā)出信號以消去已應(yīng)答的選層、呼梯信號，并指示轎廂當(dāng)前位置，選層器種類較多，通常分為三大類，即機(jī)械選層器、繼電器選層器和微機(jī)選層器。 PLC 參數(shù)見表 和 圖 。為調(diào)試和維護(hù)提供了極大的方便。編程語言可用梯形圖或指令表。 ③ FX2N可用內(nèi)部輔助繼電器 M，狀態(tài)繼電器 S，定時(shí)器 T，寄存器 D，計(jì)數(shù)器 C的功能和數(shù)量滿足了系統(tǒng)控制要求的需要。 FX2N系統(tǒng) PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： ① FX2N配置靈活，除主機(jī)單元外，還可擴(kuò)展 I/O 模塊， A/D 模塊， D/A 模塊和其它特殊功能模塊。由于制動(dòng)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 。采用能耗制動(dòng)方式通過制動(dòng)單元將再生能量消耗在制動(dòng)電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果。 電機(jī)功率 P1，變頻器功率 P 應(yīng)接近于電機(jī)功率 P1，相對于 P2 留有安全裕量，可取 P≈ =15KW ② 變頻器制動(dòng)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(dòng)功能。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為 P1，電梯運(yùn)行速度為 v，電梯自重為 W1，電梯載重為 W2，配重為 W3，重力加速度為 g，變頻器功率為 P。顯然，這一組自學(xué)習(xí)到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行最佳控制。 ③ 零速一般設(shè)計(jì)為 0Hz，速抱閘功能將影響舒適感。 表 VS616G5 變頻器的參數(shù) 參數(shù) 功用 A組 B組 C組 D組 E組 F組 G組 確定控制模式 選擇運(yùn)行功能 確定加減速時(shí)間及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時(shí)間 選擇頻率 確定運(yùn)行壓頻曲線 保護(hù)設(shè)置 確定偏差標(biāo)準(zhǔn) (2) 參數(shù)設(shè)計(jì)的原則： ① 減小啟動(dòng)沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)比例系數(shù)宜小些，而積分時(shí)間常數(shù)宜大些。 (1) VS616G5 變頻器的參數(shù) 616G5 變頻器共有 9 組參數(shù)，每一組參數(shù)的設(shè)定都具有特定的含義 。5% 力矩響應(yīng) 20Hz(帶 PG, 40Hz) 頻率控制范圍 0. 1～ 400Hz 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 異步電動(dòng)機(jī)變頻器調(diào)速的控制原則 19 頻率控制精度 數(shù)字指令 :0. 01% ( 10 0C～ +40 ℃ ) 模擬指令 :% (250℃ ～ 177。0. 2% (帶 PG， 177。5% 400V級 輸出特性 最大輸出電壓 3相 ,380/400/415/440/460V(對應(yīng)于輸入電壓 ) 額定輸出頻率 最大 400Hz 額定輸入電壓和 頻率 3相 ,380/400/415/440/460V 5060Hz 電源 允許電壓波動(dòng) +10%， 15% 允許頻率波動(dòng) 177。 VS616G5 型變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格如 表 所示。 (4) 保護(hù)功能完善、維修性能好。 (2) 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。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，通過其本身的自動(dòng)調(diào)諧河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 異步電動(dòng)機(jī)變頻器調(diào)速的控制原則 18 功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速圍。采用高性能 IGBT，載波頻率 20KHZ，從而使變頻器輸出一個(gè)不失真的正弦流波形，使電機(jī)始終運(yùn)行于靜噪音狀態(tài)。 另外， VS616G5 變頻器的啟動(dòng)、制動(dòng)具有可任意調(diào)節(jié)的 S 曲線和零頻仍可輸出 150%力矩的特點(diǎn)，配以高精度的旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度可達(dá) 0. 01～ 0. 02%使得電梯運(yùn)行舒適感好，零速抱閘，平層精度高。 考慮以上各種因素，本設(shè)計(jì)選用安川 VS616G5 型全數(shù)字變頻器。 VS616G5 型通用變頻器 電梯的調(diào)度要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，他的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 6）保護(hù)電路 檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工 作或抑制電壓、電流值。 4） I/0 輸入輸 出電路 了變頻器更好人機(jī)交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入（比如運(yùn)行、多段速度運(yùn)行等）信號，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出（比如電流、頻率、保護(hù)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)等）信號。 3）驅(qū)動(dòng)電路 為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。 圖 變頻器控制 電路示意圖 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 異步電動(dòng)機(jī)變頻器調(diào)速的控制原則 17 1）運(yùn)算電路 將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 在圖 ，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。 ② 控制電路 給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。另外，對于 需要急加減速并且加減速頻繁的場所（例如電梯），或者對于制動(dòng)為主要目的的場合，可以采用可逆變流器，實(shí)現(xiàn)Ⅰ Ⅳ的象限運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則只需由電源向異步電動(dòng)機(jī)供給功率，可使用不可逆變流器。在Ⅱ，Ⅳ象限器轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向相反，為再生狀態(tài)。在Ⅰ、Ⅲ象限異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與旋轉(zhuǎn)方向一致，為電動(dòng)狀態(tài)。一般說來，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積累的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓 上升。 3）逆變器 同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使 6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3相交流輸出。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸 收脈動(dòng)電壓（電流）。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加制動(dòng) 回路 。圖 示出了典型的電壓逆變器的例子。 目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。 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。 變頻器的選擇 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。以第二層為例，電梯上行在 38400 或電梯下行在 57600 個(gè)脈沖時(shí)開始減速到 6Hz 頻率爬行。 如采用 600P的電梯編碼器，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈旋轉(zhuǎn)編碼器向高速計(jì)數(shù)器發(fā)出 600個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 960r/min 即 16轉(zhuǎn)每秒，則每秒脈沖數(shù)為 960060016 ?? 。運(yùn)行中，高速計(jì)數(shù)器累計(jì)值實(shí)時(shí)與樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，相等時(shí)發(fā)出樓層計(jì)數(shù)信號，上行加 1，下行減 1。 在電梯運(yùn)行過程中，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測、實(shí)時(shí)計(jì)算以下信號 :電梯所在層樓位置 、換速點(diǎn)位置、平層點(diǎn)位置，從而進(jìn)行樓層計(jì)數(shù)、發(fā)出換速信號和平層信號。 第二層脈沖計(jì)算如圖 所示： 樓層計(jì)數(shù)采用相對計(jì)數(shù)方式。 FX2n 各個(gè)高速計(jì)數(shù)器有 32位帶符號整數(shù)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。 圖 電梯運(yùn)行速度曲線 高速計(jì)數(shù)器用 來累計(jì)比 CPU 掃描速率更快的事件。 電梯運(yùn)行曲線 電 梯運(yùn)行速度曲線如圖 ：電梯的運(yùn)行過程可分為 5個(gè)階段：加速段、高速運(yùn)行段、減速段 爬行運(yùn)行段和減速段 2。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 異步電動(dòng)機(jī)變頻器調(diào)速的控制原則 13 從 PLC 的外部接線圖（圖 31）上可以看到，制動(dòng)輸出和抱閘輸出分別接 KM4和 KM5，繼電器 KM4 和 KM5 分別控制制動(dòng)器的制動(dòng)和抱閘。 制動(dòng)器的作用可以歸納為下面兩條： 1) 能夠使運(yùn)行中的電梯在切斷電源時(shí)自動(dòng)把轎廂制停 。 KM2 與 KM3 的切換，可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，即控制電梯的開關(guān)門。 PLC 外部接線及主電路設(shè)計(jì) 根據(jù)上述硬件的選擇，將各硬件按照控制系統(tǒng)的電氣主接線圖與 PLC 外部接線圖相互連接就可以得到整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件部分。 VVVF電梯與其他拖動(dòng)控制方式電梯比較，應(yīng)用在位能負(fù)載條件下，節(jié)能約 40%，可以最佳地利用電網(wǎng)能量。 從上面的分析可看出，只有同時(shí)改變電源的電壓和頻率，才能滿足變頻調(diào)速的要求。但是，當(dāng)頻率較低時(shí)， 1U 和 Eg都較小，定子繞組的漏磁阻抗壓降不能忽略，此時(shí)可以簡單地把電壓 1U 適當(dāng)抬高，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。 對于固定電機(jī)， 1N 1K 為常量，因此，要想在改變 1f 的時(shí)候磁通 m? 保持不變， 只需同步地 改變 Eg 使 Eg/f1=常值，然而，繞組中的感應(yīng)電勢 Eg 是難以直接控制的，當(dāng)電勢較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，此時(shí)定子相電壓 1U =Eg。若增大磁通，將引起磁路過分飽和而使勵(lì)磁電流增加，功 率因數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。但是，在改變轉(zhuǎn)速的同時(shí)，希望勵(lì)磁電流和功率因數(shù)基本保持不變。 交流變壓變頻調(diào)速的基本原理： 由式（ 31）可知當(dāng)轉(zhuǎn)差率 s 變化不大時(shí)， s1，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 基本上正比于 f。 VVVF 電梯，采用交流單速電動(dòng)機(jī)，通過對交流電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)供電電壓、供電頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到線性 化，將交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線線性段區(qū)域擴(kuò)大。改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 即改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 。 圖 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 如下： 圖 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 異步電動(dòng)機(jī)變頻器調(diào)速的控制原則 9 3 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的控制原則 交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： p sfn )1(60 ?? （ 31） 式中， f為定子的供電頻率， P為電動(dòng)機(jī)極對數(shù)， s 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。電氣控制系統(tǒng)則由眾多呼叫按鈕、傳感器、控制用繼電器、指示燈、 LED七段數(shù)碼管和控制部分的核心器件（ PLC）等組成。主拖動(dòng)電路采用 PWM調(diào)試方式，達(dá)到了無級調(diào)速的目的。電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要包括電梯垂直方向主拖動(dòng)電路和轎箱開關(guān)電路。安全保護(hù)裝置保證電梯運(yùn)行安全。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層、測速、照明工作。轎廂運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動(dòng)機(jī)功率。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物上井道墻壁上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)動(dòng)中偏斜或擺動(dòng)。 電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)都有。 安全保護(hù)系統(tǒng) 安全保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全使用。層站上一般能顯示電梯運(yùn)行方向或轎廂所在的層站?？刂破涟惭b在機(jī)房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實(shí)行電氣控制的集中組件。 電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成 ,它的作用是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。一般采用測速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器，與電機(jī)相聯(lián)。 供電系統(tǒng)是為電機(jī)提供電源的裝置。 電力拖動(dòng)系統(tǒng) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，對電梯實(shí)行速度控制。對重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。 河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）