电梯的机械结构和自动化控制机械毕业设计(编辑修改稿)

电梯的机械结构和自动化控制机械毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

装置，使电动机强迫减速。 当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。 当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。 装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。 每个厅门都装有门锁开关。 仅当厅门关上才允许电梯启动。 在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。 常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。 当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。 安全窗开关，钢带轮的断带开关等。 电梯拖动 电梯参数的计算 一、 电梯拖动系统设计方案的比较 变频调速系统具有转速开环恒压频比（ V/F=C）的控制方式，又具有转速闭环的转差频率控制方式。 因此电梯拖动部分具有两种变频控制方式。 方案一：采用开环控制 采用开环控制具优点是结构简单，成本低，容易实现，普通的变频器就具有这种功能，具缺点是当负载发生变化时，电梯的梯速将不能完全按照设计曲线运行，这时电梯的运行十分不利，从电梯的平稳性和舒适性将大大下降。 采用开环控制还有一个缺点，平层的精确度不高，当电梯制动停车时，轿厢将走过一段距离，而这段距离又因电梯的负载情况、运行方向等原因 而差距很大，这样就会造青岛理工大学毕业设计（论文） 第 9 页 成平层精度差，因此采用开环控制的变频调速系统不适合电梯的拖动系统。 方案二：采用闭环控制 档次高的变频器本身具有速度检测器，能实现闭环控制。 闭环控制能实现零速平层停车，平层精确度高。 闭环控制系统能使电梯速度按预定曲线运行，提高系统的稳定性和乘坐的舒适性。 因而本设计采用此方案。 我们选用 蒂森 公司生产的 CPIK32M1 变频器。 它具有以下四种技术特性： （ 1）可直接控制 永磁同步电动机 的电流，使电动机保持较高的输出转矩。 （ 2） CPIK32M1 适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动并且极其 精确的运行。 （ 3）它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制。 （ 4） CPIK32 将 fU 控制、矢量控制、闭环 fU 控制、闭环矢量控制的四种控制方式融为一体，其中闭环矢量控制是最适合电梯控制要求的。 二、电梯速度曲线的设计 图 21 电梯速度曲线控制 电梯速度曲线的起始点、终了点和转弯处是圆滑过渡的，这也是由人的生理特点所决定的。 人体不但对加速度敏感，对加速率的变化率也很敏感。 加速度的变化率  在电梯技术中称之为生理系数。 国家规定标准，加速度最大值 ma 不得大于 2sm ；平均速度 ava 应不小于 ～ 2sm ；生理系数  的数值应尽量限制在 3sm 内。 电梯运行时，需要选择恰当的加速度 a 和加速度变化率  的数值，使其既能满足乘坐合适感的要求，又能使电梯的运行时间尽可能缩短，从而提高运行效率，这样，电梯在启动时，应该是逐渐加速的过程 ，并要逐渐地过度到稳定运行阶段。 因此，电梯的理想运行曲线通常是抛物线 — 直线形曲线，如图 24 所示，该曲线在启动阶段（ AB 间）分成 AE、 EF、 FB 三段，其中 AE 段是一个抛物线，其方程可写作： V = 2kt （ 2— 1） EF段是与 AE段相切的直线，其方程式为： 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 10 页 V = 2ekt + ekt2 ft et =eV +k （ 2— 2） 式中为 2ee ktv  —— AE 段在 E 点的末速度，即 E 点的速度； 22ktk  —— 是 AE段在 E点的加速度，也是 EF 段的加速度。 FB 段与 EA 段对称， EF 段的中点是它们的对称点。 由（ 2— 1）式可以求得AE段的加速度和生理系数： ktdtdva 2 （ 2— 3） kdtda 2 （ 2— 4） 由（ 2— 2）式可以求得 EF 段的加速度和生理系数： ektkdtdva 2 （ 2— 5） 0 dtda （ 2— 6） 由于 FB 段与 EA 段对称，其有关方程不再列写。 BC 段为恒速运行阶段，此时速度为额定速度： nvv 所以： 0dtdva 0 dtda CD与 BA 对称， MN是它们的对称线。 从上面分析可以看出，只要适当地选取（ 2— 1）式中的 K 值和抛物线 AE 段的时间 et ,就可以保证电梯的最大加速度 ma 不超过标准规定的最大加速度 mba ，保证电梯的最大生理系数ρ m 不超过规定的最大生理系数ρ mb。 由于没有直线段的起动速度曲线适合于低速电梯的起动速度曲线，所以本设计采用没有直线段的起动曲线。 从前面的分析知道，这种速度曲线的最大加速度出现在 E 点及 EF 段，其值由（ 2— 5）式表示，最大生理系数出现在 AE 段的 FB段，其值由（ 2— 4）式可得： 2mk  （ 2— 7） 由（ 2— 5）式和（ 2— 7）式可得： mmmeakat  2 （ 2— 8） 由（ 2— 1）式求 E点的速度： 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 11 页 mmemeatktv  22 222  （ 2— 9） 变频器的工作原理 一、变频调速的基本控制方式 异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为： n1= pnf160 式中 n1—— 同步转速（ minr ） f1 —— 定子频率 （ Hz） np—— 磁极对数 而异步电动机的轴转速为： n=n1(1s)= )1(60 1 snfp  式中 ｓ —— 异步电动机的转差率， 改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。 改变其同步转速，实现调速运行。 对异步电机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定不变。 磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力也要下降。 异步电动机的气隙磁通（主磁通）是定、转子合成磁势产生的，下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。 由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值为： 1E = Nf Φ m 式中 1E —— 定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值（ V ） 1f —— 定子频率（ Hz ）； 1N —— 定子相绕组有效匝数； Φ m—— 每极磁场通量（ Wb ）。 由上式可见，Φ m的值是由 1E 和 1f 共同决定的，对 1E 和 1f 进行适当的控制，就可以使气隙磁场通Φ m保持额定不变， 下面分两种情况说明： 这是考虑从基频向下调速的情况。 为了保持电动机的负载能力，应保持气隙青岛理工大学毕业设计（论文） 第 12 页 主磁通Φ m 不变，这就要求降低供电频率的向下降低感应电动势，保持 E1/f1=常数。 这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。 但是， 1E 难于直接检测和直接控制。 当 1E 和 1f 的值较高时，定子漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，则可以近似地保持定子相电压 1U 和频率 1f 的比值为常数，即认为 1U = 1f ，保持 11 fU =常数即可。 这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。 当频率较低时， 1U 和 1f 都变小，定子阻抗压降（主要是定子电阻压降）不能忽略。 这种情况下，可以适当提高电压补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。 如图 22 所示，其中 1 为 11 fU =C 时的电压、频率关系， 2为有电压补偿时（近似的 11 fE =C ）的电压、频率关系。 实际装置中 1U 与 1f 的函数关系并不简单的如曲线 2 所示。 通用变频器中 1U 与 1f 之间函数关系有很多种，可以根据负载性质和运行状况加以选择。 图 22 U/f 关系 这是考虑由基频开始向上调速的情况。 频率由额定值 NF1 向上增大，但电压1U 受额定电压 U 的限制不能再升高，只能保持 1U = NU1 不变。 必然会使主磁通随着 1f 的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。 上述两种情况综合起来，异步电动机变频调速的基本控制原则 : 1） 当频率低于额定频率时 ,即 nff 11 ，而保持 11fU = NNfU11 =C 青岛理工大学毕业设计（论文） 第 13 页 2） 当频率高于额定频率时 ,既 11 nff  时 ,保持 nUU 11  不变 由上面的讨论可知，异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压频率均可调节的供电电源 ,实现所谓的 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency）调速控制。 通用变频器可适应这种异步机变频调速的基本要求。 二、变频器的基本构成 变频器分为交 — 交和交 — 直 — 交两种形式。 交 — 交变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。 而交 — 直 — 交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流变换成频率、电压均可能控制的交流电，又称间接式变频器。 我们的目的是研究通用变频器，所以主要研究交 — 直 — 交变频器，以下简称变频器。 变频器的基本构成如图 23所示，由主回路（包括整流器，中间直流环节，逆变器）和控制回路组成。 图 23 变频器的基本构成 主回路 ：是因为异步电动机提供调压、调频电源的电力变换部分。 由四部分组成，包括变流器、平滑回路、逆变器和制动回路，其中制动回路主要用于异步电动机再生制动，当电机快速制动时，需要处理从电机向逆变器反馈的能量，由制动回路把再生功率消耗掉，以免直流电压上升。 控制回路 ：为主回路提供 V/F 协调控制指令信号的回路，由频率、电压的运算回路、主回路的电压 /电流检测回路、控制信号放大的驱动电路以及逆变器和电动机的保护回路组成。 有的变频器还具有速度检测回路。 根据控制回路有无电动机速度检测回路，可以组成速 度的开环控制和闭环控制变频调速系统。 电机与变频器配置及容量的选择 参照电梯的参数：电机选择不变，依旧是 蒂森 PMS280 永磁同步无齿轮曳引机 （参数见第一章） 变频器用在电梯调速系统中，必须配 PG 卡及旋转编码器，以供电动机测速青岛理工大学毕业设计（论文） 第 14 页 及反馈。 旋转编码器与电动机同轴连接，对电动机进行测速。 旋转编码器输出 A、B 两相脉冲，当 A 相脉冲超前 B 相脉冲 90o时，认为电动机处于正转状态，当 A相脉冲滞后 B 相脉冲 90o时，认为电动机处于反转状态。 旋转编码器根据 AB 脉冲的相序，可判断电动机转动方向，并可根据 A、 B 脉冲的频率（或周期）测得电动机的转速。 旋转编码器。