高层住宅电梯控制系统设计(编辑修改稿)

高层住宅电梯控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

按标准的规定，正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸，并根据这些参数与规格尺寸，设计和建造安装电梯的建筑物。 否则会影响电梯的使用效果。 电梯的组成部件 电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4 个基本部分组成。 机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。 本科生毕业设计（论文） 7 当机房设在井道底部时，称为下置式曳引方式。 由于此种方式结构较复杂，钢丝绳弯折的次数较多，缩短了钢丝绳的使用期限，增加了井道承重，且保养困难，所以一般不采用，只有机房不可能设在井道顶部时才采用。 相反，机房上置式曳引方式因设备简单，钢丝绳弯折次数少，成本低，维护简单等特点，最为普遍采用。 如果机房 既 不可能设在井道底部，也不能设在顶部时，可考虑选用液压式电梯，即机房侧置式。 机房结构必须坚固，防震和隔音，有足够的面积，、高度、承重能力和良好的通风条件，而且室内经常保持有适度的照明亮度，保持干燥清洁等。 通常有如下的规定： 1)面积一般至少为井道侧面积的 2 倍以上，对交流电梯，一般为 2～ 倍；对直流电梯，一般为 3～ 倍。 2)高度指机房地面至顶板的垂直距离。 对客梯、病房梯，一般为 ～ 以上；对货梯，一般为 ～ 以上。 3)承重能力。 机房的地板要求能承重 6kPa(杂物梯为 4kPa)的均部载荷。 在曳引机安装的上方，应设吊钩用于维修。 钩的承重能力如下：对额定载重量 500～3000kg 的电梯，应大于 2020kg； 对额定载重量 5000kg 的电梯，应大于 3000kg。 4)对于机房的设置有以下 3 种方式：机房下置式、机房上置式和机房侧置式。 (1)曳引机 是电梯升降的动力源， 由曳引电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮和盘车手轮等组成，通过业余绳与曳引绳轮的摩擦产生的牵引力来实现轿厢和平衡对重升降驱动装置。 按曳引电动机与曳引轮之间有无减速箱，又可以分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。 有齿轮曳引机采用涡轮蜗杆减速传动。 a)曳引电动机：根据梯形的不同，可分别采用笼型单速电动机、笼型双速电动机、笼型三速电动机或直流电动机。 b)电磁制动器：采用闭式双制动瓦块直流电磁制动器，电动机旋转时松闸，停止时制动，以保持轿厢位置不变。 c)曳引轮：具有 V 形、半圆形或带缺口的绳槽轮，靠摩擦力曳引起动。 d)盘车手轮：装在曳引电动机的后端轴上，供盘手时使用。 (2)控制柜该装置能发出指令，检测各机器的动作情况，并具有控制功能，从而使电梯能安全、稳妥、快速到达目的层。 该装置由主电路接触器、管理继电器、控制继电器、时限继电器、半导体器等组装而成。 因是精密设备，所以要防尘，并保持良好的通风，以维持规定电温度。 (3)限速器限速其为电梯限速保护装置，是重要的安全设备。 当电梯超过额定速度或失控时（为额定速度的 115%），限速器能发出电信号，自动切断控制电路。 如果轿厢仍然继续高速下行，此时限速器则以机械方式操纵安全钳动 作，将轿厢 本科生毕业设计（论文） 8 夹持在导轨上，阻止起继续下降，避免产生不良后果。 电梯上的限速器大多属于离心式限速器，由轮盘、开关、缆绳和夹钳装置构成，以旋转所产生的离心力反映电梯的运行速度，常见的有甩块式和甩球式两种。 轴承、销部的磨损是误动作的主要原因，会降低安全装置的机能，故要经常检查。 (1)轿厢是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。 (2)对重又称平衡重，起到平衡轿厢的作用（但这种平衡是相对的和变化的）。 对重与轿厢通过曳引绳的连接，利用曳引绳与曳引轮 槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。 （层门） 厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置，只有在轿厢停层和平层时才被打开。 (1)曳引钢丝绳连接轿厢与对重，驱动轿厢上下运行。 (2)导轨使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。 (3)限速钢丝绳、张紧装置用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动，把轿厢速度正确地传送到限速器的辅助装置。 (4)补偿链由于轿厢升降，轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。 为了修正这个变化，减轻电动机的负载，将轿厢与对重用补偿链连接起来，一般用于提升 高度超过 30m 的电梯。 (5)终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分组成，终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。 机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器，它们是电梯安全保护的最后一道措施，设置在井道底坑中且正对轿厢和对重，起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。 常用的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。 主要组件：桥厢、悬吊系统、重量平衡系统、楼层开关、电机及调速器、控制盘、通讯系统。 本科生毕业设计（论文） 9 1— 控制柜 2— 限速器 3— 门联动装置 4— 轿门 5— 轿厢底板 6— 楼层地面 7—层门 8— 补偿绳 9— 张紧装置 10— 地坑 11— 缓冲器 12— 对重 13— 对重导轨 14—轿厢导轨 15— 井道壁 16— 导靴 17— 导轨压板 18— 轿厢 19— 安全钳 20— 曳引绳端接装置 21— 曳引绳 22— 曳引机 23— 机房 图 电梯结构示意图 本科生毕业设计（论文） 10 第 3章 电梯 驱动 系统的设计 电梯驱动系统 电梯驱动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动，在电梯中主要有如下两个运动：轿厢的升降运动，轿门及厅门的开关运动。 轿厢的运动由拽引电动机产生动力，经拽引传动系统进行减速、改变运动形式（将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。 轿门及厅门的开关则由开门电动机产生动力，经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小（通常在 200W 以下），是电梯的辅助驱动。 曳引机的选择 拽引 电机 参数：载重， 1000Kg，速度， ,加速度， , )(102 )1(    VMKp p （ 31） 根据以上参数的所需电机功率： 根据实际电动机额定功率系列，对照电机选型参数表，可选上海南洋电机。 该电机参数如下： 功率： 15KW 电压： 380V 频率： 50HZ 级数： 4 转速： 1450r/min 电流： 36A 自重： 160Kg 本科生毕业设计（论文） 11 表 电动机选型参数表 门系统电机的选择 电梯门机控制系统要使电梯门开关动作时快速起、停、加速、减速，且运行平稳，到位准确。 要实现这个目标，需解决好电机的选择问题，控制电路的选择及设计问题。 三相异步电动机原理： 当向三相 定子绕组 中通过入对称的三相交流电时，就序号 型号 功率 额定电压 额定频率 极数 额定转速 额定转矩 额定电流 电动机转动惯量 重量 SERIALNo. TYPE POWER RATEDVOLTAGE RATEDFREQUENCY FPOLES RATEDSPEED RATEDTORUE RATEDCURRENT MOMENTOFINERTIA WEIGHT kW V Hz r/min A kg 1 380 50 4 1450 49 20 150 2 11 72 26 160 3 15 100 36 160 4 18.5 120 42 190 5 22 143 45 220 6 25 162 51 220 7 30 195 62 220 8 6 960 73 21 160 9 11 107 29 190 10 12 122 33 190 11 15 146 35 220 12 18 180 43 220 13 22 215 51 240 14 25 244 58 270 本科生毕业设计（论文） 12 产生了一个以同步转速 n1 沿 定子和转子 内圆空间作顺时针方向旋转的 旋转磁场。 由于旋转磁场以 n1 转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用 右手定则 判定）。 由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。 转子的载流导体在定子 磁场 中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。 电磁力对转子轴产生 电磁转矩 ，驱动转子沿着旋转磁场方向 旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差 120 度电角度），通入三相对称 交流电 后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割 转子绕组 ，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作 用下将产生电磁力，从而在 电机 转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 三相异步电动机的变频调速： 变频调速是改变电动机定子电源的 频率 ，从而改变其同步转速的调速方法。 变频调速系统 主要设备是提供变频电源的 变频器 ，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。 其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 本方法适用于 电梯门电机调速 场合。 通过对三相异步电 机的筛选，确定上海英皇激光科技有限公司的型号为 的三相异步电动机作为此次设计的电梯门电机使用电机。 该电机技术参数如下： 额定功率 : 80W 额定电压 : 220V 额定电流 : 额定转速 : 930r/min 额定频率 : 50HZ 变频器的选择 通用变频器发展及前景概况 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能 本科生毕业设计（论文） 13 控制装置。 我们现在使用的变频器主要采用交 — 直 — 交方式 (VVVF 变频或矢量控制变频 )，先把工频交流电源通过整流器转换 成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。 整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器，且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 最初开发的变频器的根本目的并非为了节能，主要是交流传动代替直流传动，并满足过程化控制的要求。 变频器技术是当今自动化技术中比较成熟、比较先进的技术，是电力技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。 变频器的主要工作原理是 :通过微电子器件、电力电子 器件和控制技术，将供给电机定子的工频交流电源经过二极管整流成直流，再由 IGBT 等逆变为频率和电压都可调的交流电源，此电源再拖动电机和负载。 在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式而言，通过高速通讯网络连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、减少运行成本。 另外，通过现场总线模块，不同型号的变频器以同一种编程语言和通讯协议来与不同功率段、不同型号的变频器进行组态，如功率、速度、转矩、电流、设定值等。 上世纪 80 年代外资变频器产品开始进入我国市场，随着我国经济的高速发展和人们节能 环保意识的增强， 90 年代以来变频器在工业领域的应用越发普及，行业规模迅速扩大。 在过去的 20 几年，我国变频器行业从起步阶段到目前正逐步开始趋于成熟，发展十分迅速。 进入 21 世纪以来，我国中、低压变频器市场的增长速度超过了 20%，远远大于近几年的 GDP 增长水平。 2020 年我国中、低压变频器市场容量已达 76 亿元左右。 随着国内对大规模变频装置的需求上升，高档变频产品的开发成功，变频器智能化的开发已经成为当务之急。 我们的变频基本性能还没有达到相应的水准，市场还没有发育到这个程度。 可喜的是，我们已经看到国内一些变频企业 进行了有益的研发实践，一方面消化国外的先进技术，一方面尝试推出自己的变频标准。 随着市场的扩大和用户端需求的多样化，国内变频器产品的功能在不断完善和增加，集成度和系统化越来越高，并且已经出现某些专用变频器产品。 另外，变频器的应用领域也在不断扩大。 目前，我国变频器市场正处于一个高速增长的时期，在电力、有色。