電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級(jí),,第三級(jí),,第四級(jí),,第五級(jí),,,,*,電梯系統(tǒng),----,電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng),內(nèi)容框架：,,常見(jiàn)電梯電力拖動(dòng)方式,,電梯的速度曲線,,曳引電動(dòng)機(jī)及其功率的確定,,直流電梯電力拖動(dòng)方式,,交流雙速電梯拖動(dòng)方式,,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,,,preceding,,2.1,常見(jiàn)電梯電力拖動(dòng)方式,電梯的運(yùn)動(dòng)：,,轎廂的升降,－－曳引機(jī)組、主驅(qū)動(dòng)。功率大（幾千瓦～幾十千瓦）。,,轎門和廳門的開關(guān),－－開關(guān)門電機(jī)、輔助驅(qū)動(dòng)。功率?。?200W,以

2、下）。,,,2.1,常見(jiàn)電梯電力拖動(dòng)方式,電梯拖動(dòng)的要求,,足夠的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力；,,正確的速度控制，舒適性，平層精度；,,動(dòng)作靈活；,,高效，節(jié)能；,,平穩(wěn)，噪聲小；,,維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)；,,2.1,常見(jiàn)電梯電力拖動(dòng)方式,電力拖動(dòng)系統(tǒng)分類（按電動(dòng)機(jī)供電種類）：,,直流拖動(dòng)系統(tǒng),－－直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，機(jī)械特性硬，調(diào)速范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但直流電動(dòng)機(jī)具有換向器日常維護(hù)量大，耗能高的缺點(diǎn)。,,交流拖動(dòng)系統(tǒng),－－有交流變極調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)。由于電子元器件的高速發(fā)展大功率高反壓場(chǎng)效應(yīng)三極管,IGBT,的問(wèn)世，使得變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)更加成熟。電梯拖動(dòng)系統(tǒng)被采用已成為現(xiàn)實(shí)。變頻變壓調(diào)速系

3、統(tǒng)用在電梯上有體積小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在調(diào)速性能方面可以與直流拖動(dòng)系統(tǒng)媲美，目前采用變頻變壓調(diào)速的電梯其速度可達(dá),6m,／,s,。,,2.1,常見(jiàn)電梯電力拖動(dòng)方式,轎廂的電力拖動(dòng)方式：,,發(fā)電機(jī)組供電的直流電機(jī)拖動(dòng)方式由于能耗大，只有少量舊梯還在運(yùn)行。,,20,世紀(jì)七八十年代出現(xiàn)的變壓變頻,(VVVF),交流異步電機(jī)拖動(dòng)方式由于其優(yōu)異的性能和逐步降低的價(jià)格而大受歡迎。,,2.1,常見(jiàn)電梯電力拖動(dòng)方式,轎門的電力拖動(dòng)方式：,,直流電動(dòng)機(jī)電樞串、并聯(lián)電阻調(diào)速拖動(dòng)方式,－－通過(guò)改變電樞電路所串、并聯(lián)電阻的阻值來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，早年普遍采用，但由于切換用的開關(guān)容易出故障，目前已較少采用。,,直流電動(dòng)機(jī)斬

4、波調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)方式,－－采用大功率晶體管組成的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)通過(guò)改變導(dǎo)通占空比實(shí)現(xiàn)直流調(diào)壓調(diào)速，這種方法可靠性好，效率高，平滑地調(diào)速。,,交流異步電動(dòng)機(jī),VVVF,變頻調(diào)速拖動(dòng)方式,－－采用交流異步電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，效率高。普遍采用。,,力矩異步電動(dòng)機(jī),－－具有較大轉(zhuǎn)矩，適宜用于容易出現(xiàn)堵卡現(xiàn)象的電梯中。,,伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)方式,－－近幾年出現(xiàn)，采用伺服電動(dòng)機(jī)，其反應(yīng)靈活，響應(yīng)迅速，有發(fā)展前途。,,2.2,電梯的速度曲線,電梯的速度曲線是舒適感與快速性的矛盾統(tǒng)一,,1.,快速性要求,,提高電梯額定速度,,目前超高速電梯額定速度已達(dá),10,米／秒。,,電梯額定速度高應(yīng)加強(qiáng)安全性、可靠性的保證

5、，造價(jià)也隨之提高。,,集中布置多臺(tái)電梯,,通過(guò)電梯臺(tái)數(shù)的增加來(lái)節(jié)省乘客侯梯時(shí)間。,,減少電梯起、停過(guò)程中加、減速所用時(shí)間,,如：交、直流電梯快速平均加、減速度≥,0.5m/s,2,。,,起、制動(dòng)時(shí)間縮短意味著加速度、減速度的增大，而過(guò)分增大和不合理的變化將造成乘客的不適感。速度變化要兼顧快速性和舒適感。,,由合理的電梯運(yùn)行的速度曲線來(lái)保證。,,2.2,電梯的速度曲線,2.,舒適性要求,,加速度引起不適,,超重感，考慮人體生理承受能力，,GB/T10058-1997,規(guī)定“加、減速度最大值≤,1.5m/s,2,”,,加速度變化率引起不適,,眩暈感，考慮人體生理承受能力，一般加加速度≤,1.3m/

6、s,3,。,,2.2,電梯的速度曲線,3.,電梯的速度曲線,,AEFB,段是由靜止起動(dòng)到勻速運(yùn)行的加速段速度曲線；,BC,段是勻速運(yùn)行段，其梯速為額定梯速；,CF’E’D,段是由勻速運(yùn)行制動(dòng)到靜止的減速段速度曲線，通常是一條與起動(dòng)段對(duì)稱的曲線。,,2.2,電梯的速度曲線,,2.3,電梯的負(fù)載機(jī)械特性,頻繁起制動(dòng)設(shè)備，需分析電梯的負(fù)載機(jī)械特性。,,靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性,－－當(dāng)轎廂靜止或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)的電梯。,,動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性,－－轎廂加、減速運(yùn)動(dòng)時(shí)、除包含靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性外，還包含加速度造成的慣性轉(zhuǎn)矩部分。,,,2.3,電梯的負(fù)載機(jī)械特性,動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性,,原因：當(dāng)電梯起動(dòng)加速或停車前制動(dòng)減速時(shí)

7、，由于速度的變化將引起動(dòng)態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。,通常，電梯的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩可達(dá)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的,1.5,～,3,倍。,,AE,段：拋物線,,EF,段：直線,,FB,段：反拋物線,,BC,段：點(diǎn),,制動(dòng)段（,CF’,、,F’E’,、,E’D,段）,,2.3,電梯的負(fù)載機(jī)械特性,靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性,,原因,：（,1,）,負(fù)載轉(zhuǎn)矩是由轎廂與對(duì)重的重量差造成的。（,2,）反抗性轉(zhuǎn)矩是由傳動(dòng)系統(tǒng)的摩擦阻力引起,,,2.3,電梯的負(fù)載機(jī)械特性,電梯的負(fù)載機(jī)械特性,,將電梯的靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性與動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)械特性相疊加得到電梯負(fù)載機(jī)械特性。,,2.3,電梯的負(fù)載機(jī)械特性,調(diào)速電梯曳引電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與電梯負(fù)載機(jī)械特性的關(guān)系,,調(diào)速電梯要

8、求轎廂能按預(yù)定的速度曲線運(yùn)行。,,要求曳引電動(dòng)機(jī)在選定的調(diào)速方式下，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩總能達(dá)到負(fù)載轉(zhuǎn)矩的要求，電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)有一定裕度。,,,特點(diǎn)：包容,,,2.4,電動(dòng)機(jī)及其功率的確定,1.,電梯對(duì)曳引電動(dòng)機(jī)的要求,,要求電動(dòng)機(jī)有較大的過(guò)載能力,,電梯的動(dòng)態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，要求電動(dòng)機(jī)的過(guò)載倍數(shù)為,3,～,4,。,,能承受頻繁起停，較高的每小時(shí)合閘次數(shù),,發(fā)熱需散熱、每小時(shí)合閘次數(shù),150,～,300,次,,周期斷續(xù)工作制,,負(fù)載持續(xù)率,FS,＝,t,g,/T×100%,,電梯的,FS,在,30%~70%,,2.4,電動(dòng)機(jī)及其功率的確定,足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、盡量小的起動(dòng)電流,,普通電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大（,5~7,倍）

9、、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,,電梯需克服靜態(tài)轉(zhuǎn)矩、其他機(jī)械摩擦。,,采用減壓起動(dòng)以降低起動(dòng)電流。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠即可，過(guò)大則沖擊大。,,2.5,直流電梯電力拖動(dòng)方式,直流電機(jī)的機(jī)械特性是直線，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩、電流的關(guān)系是線性的，便于控制。因此，直流電動(dòng)機(jī)廣泛地應(yīng)用在需要大范圍平滑調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械中。,,在交流變頻調(diào)速應(yīng)用之前的一百多年里，直流調(diào)速處壟斷地位。,,超高速電梯中直流電梯仍占絕大部分。,,2.5,直流電梯電力拖動(dòng)方式,直流電梯分類（按直流電源的獲取方式）：,,由交流電動(dòng)機(jī)－直流發(fā)電機(jī)組供電，,G-M,方式，淘汰；,,由晶閘管整流器,(,逆變器,),供電，,SCR-M,方式，目前使用；,,2.5,直流電梯電力

10、拖動(dòng)方式,1,單橋供電的,SCR-M,直流電梯,,電梯系統(tǒng)其電樞電路由單向整流橋供電，勵(lì)磁電路由雙向整流橋供電。,,2.5,直流電梯電力拖動(dòng)方式,整流原理：,,由于這樣只能產(chǎn)生單方向的電樞電流,Ia,，而要想適應(yīng)電梯負(fù)載的要求，電機(jī),M,必須能靈活地改變電磁轉(zhuǎn)矩的方向， 因此電機(jī)的勵(lì)磁統(tǒng)組,WM,則由兩個(gè)反并聯(lián)的整流橋供電。當(dāng)正組勵(lì)磁整流橋,UCF,工作時(shí)，給勵(lì)磁繞組,WM,提供正向勵(lì)磁，使電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生正向磁通,Φ,，這樣電機(jī),M,的電樞電流,Ia,（只有正向電流）在正向磁通,Φ,的作用下就將產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩。當(dāng)反組勵(lì)磁整流橋,UCR,工作時(shí)，則為勵(lì)磁繞組,WM,提供反向勵(lì)磁電流，使電機(jī)產(chǎn)生反向磁通

11、,-Φ,，于是正向的電樞電流,Ia,在反向的磁通,-Φ,作用下，產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩。,,2.5,直流電梯電力拖動(dòng)方式,2,雙橋供電的,SCR-M,直流電梯,1-,主變壓器,2-,正組晶閘管,3-,反組晶閘管,4-,平波電抗器,5-,直流電動(dòng)機(jī),,6-,測(cè)速發(fā)電機(jī),7-,曳引機(jī),8-,轎廂,9-,對(duì)重,10-,勵(lì)磁變壓器,11-,勵(lì)磁晶閘管整流器,,12-,勵(lì)磁繞組,13-,勵(lì)磁指令及勵(lì)磁控制器,14-,速度指令,15-,比較器,,16-,控制切換開關(guān),17-,正組晶閘管觸發(fā)電路,18-,反組晶閘管觸發(fā)電路,,2.5,直流電梯電力拖動(dòng)方式,整流原理：,,在電動(dòng)機(jī)電樞回路中設(shè)置了兩組晶閘管整流器，它們彼

12、此反向并聯(lián)，為電樞提供正、反向電流。,,而勵(lì)磁回路則只是一個(gè)恒定大小、恒定方向的恒流控制，即控制電動(dòng)機(jī)的磁通保持額定值。,,這時(shí)電動(dòng)機(jī)四個(gè)象限運(yùn)行的控制就靠對(duì)正、反兩個(gè)整流橋的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。,,2.5,直流電梯電力拖動(dòng)方式,單橋供電、雙橋供電的比較,,單橋供電電樞回路中只用一組晶閘管，相對(duì)于雙橋供電可節(jié)省一套大功率晶閘管整流器，減少設(shè)備投資。,,,,雙橋供電在電樞回路中采用正反兩組晶閘管來(lái)實(shí)現(xiàn)電樞電流及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的正、負(fù)過(guò)渡，由于電樞回路電感較小，因此快速響應(yīng)性更好些。,,2.6,交流雙速電梯拖動(dòng)方式,調(diào)速原理,,從電機(jī)學(xué)可知交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：,,,,,式中，,n—,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，,s—,轉(zhuǎn)

13、差率，,f—,電網(wǎng)頻率，,p—,磁極對(duì)數(shù)。,,從公式分析，改變交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三個(gè)方法：,,改變極對(duì)數(shù),P,－雙速電梯；,,改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率,S,－調(diào)壓調(diào)速電梯；,,改變電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率－變頻調(diào)速電梯；,,,2.6,交流雙速電梯拖動(dòng)方式,雙速電梯運(yùn)行時(shí)的速度曲線特點(diǎn)：,,在停車前有一個(gè)短時(shí)間的低速運(yùn)行，是為提高平層精度而設(shè)置的，因雙速電梯中不采用速度閉環(huán)控制。,,只有兩個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行速度：正常運(yùn)行速度，停車前的低速。,,2.6,交流雙速電梯拖動(dòng)方式,異步電動(dòng)機(jī)變極的方法：,,雙繞組變極－,比較簡(jiǎn)單，它是在電機(jī)定子槽內(nèi)嵌入兩套定子繞組，它們各自獨(dú)立、具有不同的極對(duì)數(shù)。當(dāng)接入一套繞組時(shí)，電機(jī)具有

14、一種轉(zhuǎn)速，當(dāng)接入另一套繞組時(shí)，電機(jī)則具有另一種轉(zhuǎn)速。,,,單繞組變極－,只嵌放一套定子繞組，而通過(guò)對(duì)定子繞組的不同接線組合得到不同的極數(shù)。內(nèi)部空間相對(duì)寬松一些 。,,,2.6,交流雙速電梯拖動(dòng)方式,變極調(diào)速電梯主電路,,（,1,）．雙繞組,6,／,24,極變極電機(jī)用作電梯曳引電動(dòng)機(jī)的主電路,,2.6,交流雙速電梯拖動(dòng)方式,說(shuō)明：,,快速,(6,極,),繞組的引出端：,XKl,、,XK2,、,XK3,，在內(nèi)部三相接成,“,Y,”,形接法；,,慢速,(24,極,),繞組的引出端,:,XMl,、,XM2,、,XM3,，在內(nèi)部三相也是,“,Y,”,形接法；,,接觸器,KS:,用于接通快速繞組實(shí)現(xiàn)快速啟

15、動(dòng)、運(yùn)行；與,KM1,互鎖。,,接觸器,KMl,：,用于接通慢速繞組實(shí)現(xiàn)減速、慢速運(yùn)行；與,KS,互鎖。,,上升接觸器,KM,和下降接觸器,KMR,：,用來(lái)改變電機(jī)相序?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，,KM,和,KMR,需互鎖；,,KR,和,KRl,熱繼電器：,分別為快速運(yùn)行和慢速運(yùn)行熱繼電器。,,（定子繞組中）串接電感、電阻：,滿足電梯運(yùn)行中舒適感的要求，使速度盡量平滑過(guò)渡，減緩沖擊。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,1.,變頻調(diào)速發(fā)展概況,,20,世紀(jì),50,～,60,年代，,采用,交流發(fā)電機(jī)組,作為變頻電源，設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高，只能在特殊場(chǎng)合下使用，沒(méi)有推廣價(jià)值。,,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，,60,～,

16、70,年代,出現(xiàn)了,晶閘管變頻器、大功率晶體管變頻器,。其體積小，價(jià)格較低，運(yùn)行噪聲小，維護(hù)管理工作量小。因此電子變頻器逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。,,開關(guān)元件工作頻率,提高，變頻器輸出電壓的波形更加接近正弦波。,,80,年代中期，,變頻調(diào)速電梯投入實(shí)際應(yīng)用。,,變頻調(diào)速只涉及異步電機(jī)的定子電源部分，因此可以采用,籠式異步電動(dòng)機(jī),。其有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，堅(jiān)固耐用、,調(diào)速范圍寬、特性硬、節(jié)能,的優(yōu)點(diǎn)。,變頻調(diào)速電梯正在逐步取代其他類型的電梯，成為電梯的主流產(chǎn)品。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,2.,變頻調(diào)速的分類,,按有無(wú)直流環(huán)節(jié)分類,,有直流環(huán)節(jié)的變頻器（交－直－交變頻）－,電梯常用。電路中，

17、首先由晶閘管,V1,～,V6,將工頻交流電整流成直流電，然后再由晶閘管或大功率晶體管,V7,～,V12,將直流電壓逆變成改變了頻率的交流電，從而實(shí)現(xiàn)變頻。,,無(wú)直流環(huán)節(jié)的變頻器（交－交變頻）－,它沒(méi)有直流環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)晶閘管,V1,～,V18,的控制，直接從工頻電轉(zhuǎn)變出可變頻率的交流電。此變頻器的輸出頻率只能在比輸入頻率低得多的范圍內(nèi)改變，多用于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩場(chǎng)合，在中小功率場(chǎng)合較少采用，在電梯中基本不用。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,有直流環(huán)節(jié)的變頻器（交－直－交變頻）原理,,變頻器先將三相交流電源整流得到幅值可變的直流電壓,Ud,，然后經(jīng)開關(guān)元件,1,、

18、,3,和,2,、,4,輪流切換導(dǎo)通，則在負(fù)載上就可獲得幅值和頻率均可變化的交流輸出電壓,Uc,。其幅值由整流器輸出的直流電壓,Ud,所決定，其頻率由逆變器的開關(guān)元件的切換頻率所決定。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,整流、濾波和逆變?nèi)糠质墙M成交,—,直,—,交變頻器的主要環(huán)節(jié)。,,通過(guò)改變可控整流器,(,橋,I),晶閘管的觸發(fā)延遲角，可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)供電電壓的幅值；改變?nèi)嗄孀兤?(,橋,Ⅱ),開關(guān)元件的切換頻率，可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)供電頻率。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,按直流環(huán)節(jié)的特點(diǎn)分類,,電壓型變頻器（電壓源變頻器）－,變頻器中，若直流（濾波）環(huán)節(jié)中電容器,C,的電容量較大，而電感,L,的電

19、感量較小,(,或根本不接電感,),，那么直流側(cè)的電壓將不能突變。其輸出電壓的波形為矩形波，輸出電流的波形則由輸出電壓和電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)來(lái)共同決定，通常接近正弦波，但有一定的諧波電流分量。,,電流型變頻器（電流源變頻器）－,電容量較小，而電感量較大，那么直流側(cè)的電流就不能突變。其輸出的電流為矩形波，輸出電壓由電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)和定子漏阻抗壓降決定，而漏阻抗壓降通常很小，電機(jī)感應(yīng)電勢(shì)為正弦波，因此輸出電壓基本上是正弦波。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,按改善輸出電壓、電流波形的方法分類,,采用多重化技術(shù) －通常用在大容量、高電壓電機(jī)的變頻調(diào)速中。,,采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（,PWM,）－是中、小容量變頻器

20、改善波形常用的方法。 電梯常用。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,多重化技術(shù),,,原理：,,是采用兩組或兩組以上變頻器給同一臺(tái)電機(jī)供電，通過(guò)協(xié)調(diào)地處理幾組變頻器對(duì)應(yīng)開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間，使電機(jī)得到的電壓、電流不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的方波，而是一個(gè)階梯波，變頻器的組數(shù)增加，階梯波的階梯數(shù)就會(huì)增加，還同時(shí)經(jīng)變壓器給電機(jī)供電，通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇變壓器的接線方式和變比，增加輸出階梯波的階梯數(shù)及形狀，使之接近正弦波。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（,PWM,）,,,脈寬調(diào)制的基本思路：,,就是用一組脈沖波取代簡(jiǎn)單變頻器的單個(gè)方波，這組脈沖波的寬度具有正弦變化的規(guī)

21、律，而幅度相同。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,第,i,個(gè)方波在第,i,個(gè)區(qū)間的電壓平均值為：,,,,,Kv,－基波電壓幅度系數(shù)；,,Ud,－變頻器直流側(cè)電壓。,,可見(jiàn)，第,i,個(gè)方波的面積與基波電壓曲線在第,i,個(gè)區(qū)間所包圍的面積近似相等。,,可見(jiàn)，在脈寬調(diào)制變頻器中，要改變變頻器輸出的基波電壓大小的兩個(gè)途徑：,,改變脈寬調(diào)制時(shí)的系數(shù),Kv,－只需對(duì)變頻橋的六個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行控制，直流側(cè)電壓可以不變，因此可以節(jié)省直流調(diào)壓電路。,,改變直流側(cè)電壓,Ud,的大小。,,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,注：其各次諧波幅值的表達(dá)式：,,,,,,上式計(jì)算結(jié)果表明：,波形中基波占絕對(duì)主要的成分，,2N,

22、（,N,即為波頭數(shù)）次以下諧波數(shù)值極小。因此，只要選擇足夠高的脈寬調(diào)制頻率，可有效地消除高次諧波，改善變頻器的輸出波形，降低電機(jī)噪聲。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,實(shí)際常用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)－正弦波,PWM,（,SPWM,）,,原理：,,,利用等幅的三角波,(,稱為載波,),與正弦波,(,稱為調(diào)制波,),的相交點(diǎn)發(fā)出觸發(fā)脈沖信號(hào)，并經(jīng)基極驅(qū)動(dòng)電路放大后送至逆變器的開關(guān)元件控制極，即幅值和頻率可變的正弦調(diào)制波與幅值恒定、頻率很高,(,為正弦調(diào)制波頻率的幾十到幾百倍,),的三角載波進(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的交點(diǎn)時(shí)刻比較器的輸出發(fā)生跳變，從而得到一系列幅值相等、寬度不等的矩形脈沖列。,,,,,,2.8

23、,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,當(dāng)正弦波的數(shù)值大于三角波數(shù)值時(shí)，輸出正跳，產(chǎn)生正向脈沖，可使逆變器中的功率開關(guān)管導(dǎo)通；,,當(dāng)正弦波的數(shù)值小于三角波數(shù)值時(shí)，輸出負(fù)脈沖，可使該功率開關(guān)管截止。,,PWM,的輸出脈沖列的平均值近似于正弦波。三角波的頻率越高，波頭數(shù),N,就越大，,PWM,的輸出脈沖系列的平均值就越接近于正弦波。,,,由圖可見(jiàn)，提高,Ud,就可提高輸出等效正弦波的幅值；改變正弦調(diào)制波的角頻率,ω,，就可以改變輸出等效正弦波的頻率，從而就可以實(shí)現(xiàn)變壓變頻。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,按變頻橋所采用的開關(guān)元件類型分類,,功率開關(guān)元件新品種不斷出現(xiàn)，其性能也越來(lái)越優(yōu)良。,,開關(guān)元件的主要性能

24、指標(biāo)有：,,耐壓能力,,工作電流,,最高工作頻率,,可控性,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,變頻器中的逆變橋所采用的開關(guān)元件主要有：,,晶體閘流管,Th(SCR)→,晶閘管變頻器,,門極關(guān)斷晶閘管,GTO→,可關(guān)斷晶閘管變頻器,,雙極型晶體管,BJT,（又稱電力晶體管,GTR) →,電力晶體管變頻器,,絕緣柵雙極晶體管,IGBT→,絕緣柵晶體管變頻器,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,特性：,,,每種開關(guān)元件極限曲線的左下方區(qū)域是該類元件的正常工作區(qū)。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,由圖可見(jiàn)：,,晶閘管,(Th,或,SCR),,特點(diǎn)：,容量可以做得很大，由于工作頻率較低，不適于作脈寬調(diào)制控制。

25、可控硅一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通，關(guān)斷就很困難，需關(guān)斷電路，控制電路復(fù)雜，增加了能量的損耗。,,應(yīng)用：,目前在中、小容量的變頻器中己很少采用晶閘管。在大容量,(,高電壓、大電流,),變頻器中，目前仍使用其做開關(guān)元件，采用多重化技術(shù)來(lái)改善波形。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,門極關(guān)斷晶閘管,(GTO),,特點(diǎn)：,正向脈沖時(shí)導(dǎo)通，反向的較大脈沖電流時(shí)可以關(guān)斷，其可控性比晶閘管要好；其工作頻率極限比晶閘管提高，容量也較大。缺點(diǎn)：關(guān)斷時(shí)需要有較大功率的反向脈沖，增加了控制電路的難度，關(guān)斷時(shí)會(huì)引起較大的過(guò)電壓，,,應(yīng)用：,在中、大容量變頻器中，采用較多。在中小容量變頻器中較少采用。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式

26、,電力晶體管,(GTR),－,開關(guān)頻率較高，容量中等，在中小容量變頻器中是主流產(chǎn)品。,,,絕緣柵晶體管,(IGBT),－,其柵極具有,MOS,結(jié)構(gòu)，需要的驅(qū)動(dòng)功率很小，控制電路比,GTR,簡(jiǎn)單，在中、大功率時(shí)，工作頻率比,GTR,高，可以制成性能優(yōu)良的正弦波,PWM,變頻器，有逐漸取代,GTR,變頻器的趨勢(shì)。,,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,4.,變頻調(diào)速的控制原則－,VVVF,,在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，希望磁通,Φ,盡量大，因?yàn)殡姍C(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與磁通成正比：,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,交流異步電動(dòng)機(jī)的磁化特性曲線：,,可以看出，磁通,Φ,不能無(wú)限制增大，磁通過(guò)大將使鐵芯進(jìn)入過(guò)飽和區(qū)，將導(dǎo)致勵(lì)磁電

27、流,Im,的大大增加。,,因此在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)都將磁通選擇在磁化曲線剛開始進(jìn)入飽和的轉(zhuǎn)彎處，我們稱該磁通為額定磁通（,Φ,N,），此時(shí)的勵(lì)磁電流,Im,近似等于電機(jī)的空載電流,Io,，中小型異步電動(dòng)機(jī)的空載電流,Io,為額定電流,I,N,的,1,／,3,左右。,,注意：如果要將磁通增大,20,％，勵(lì)磁電流（空載電流）就可能增大到數(shù)倍于額定電流，即電機(jī)尚未帶負(fù)載便已過(guò)熱損壞了。故應(yīng)當(dāng)控制磁通不要超過(guò)額定磁通。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,交流異步電動(dòng)機(jī)定子繞組感應(yīng)電勢(shì)公式為：,,,,,,,分析：,,磁通,Φ,超過(guò)額定磁通（,Φ,N,）將造成電機(jī)過(guò)熱損壞。,,電勢(shì)高于額定值（,E,N,）對(duì)電機(jī)的絕

28、緣造成威脅，是不允許的。,,可見(jiàn)，為使磁通保持為,Φ,N,，在變頻調(diào)速改變頻率,f,1,時(shí)，必須同時(shí)改變定子繞組電勢(shì),E,1,，應(yīng)注意,E,1,

29、，因此采用曲線,2,或,4,作為變頻調(diào)速實(shí)際采用的控制依據(jù)。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,5.,變頻調(diào)速的機(jī)械特性：,,當(dāng)頻率高于額定頻率時(shí)－,由于保持,U=U,N,不變，因而磁通,Φ,將下降。其機(jī)械特性是頻率升高轉(zhuǎn)速加快，但轉(zhuǎn)矩減小，功率近似不變，接近于恒功率調(diào)速。但電梯屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因此變頻調(diào)速電梯是不使用這部分機(jī)械特性。,,當(dāng)頻率低于額定頻率時(shí)－,這時(shí)電機(jī)的磁通,Φ,＝,Φ,N,不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速類型，它的機(jī)械特性是一組彼此平行的曲線。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,注：,,按,曲線,3,來(lái)控制頻率和電壓時(shí)，在頻率較低時(shí)，其電機(jī)的電勢(shì),E1,減小得低于應(yīng)有的大小，因而電機(jī)磁通減

30、小，造成轉(zhuǎn)矩下降，其機(jī)械特性曲線如上圖虛線。,,當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)或過(guò)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)電流超過(guò)額定電流，這時(shí)按,曲線,2,進(jìn)行控制，也將造成低頻時(shí)電機(jī)磁通減弱，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。,,故為了進(jìn)一步提高低速啟動(dòng)、過(guò)載運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，可以采用,3,～,4,間可調(diào)曲線,。,,2.8,變頻調(diào)速電梯拖動(dòng)方式,6.,變頻調(diào)速電梯的主電路,采用直流側(cè)能耗方式的變頻調(diào)速電梯,,(a),主電路及系統(tǒng)結(jié)構(gòu),(b),放電曲線,,1-,整流橋,2-,逆變橋,3-,電流檢測(cè),4-,電動(dòng)機(jī),5-,曳引輪,,6-,速度檢測(cè),7-,轎廂,8-,對(duì)重,9-PWM,控制電路,10-,主控微,,機(jī)（運(yùn)行控制）,11-,輔助微機(jī)（矢量控制）,12-,預(yù)充電電路,,,在主電路的直流側(cè)設(shè)置了由晶體管,V,與能耗電阻,R,構(gòu)成的能耗電路，當(dāng)轎廂輕載上升或重載下降運(yùn)行時(shí)，以及減速過(guò)程中，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)高于電壓，該電勢(shì)經(jīng)與三極管,VD1,～,VD6,反并聯(lián)的二極管整流橋向直流側(cè)電容充電，當(dāng)電容上的電壓上升到一定程度時(shí)，晶體管,V,的基極得到控制電壓而導(dǎo)通，電容經(jīng),V,向電阻,R,放電，將過(guò)多的能量消耗掉。當(dāng)電容上的電壓降低到某一數(shù)值時(shí)，關(guān)斷晶體管,V,，停止放電；,,由于直流例電容,C,的容量很大，在其電壓為零時(shí)突然加上高壓會(huì)引起特別大的充電電流，這將造成整流二極管的過(guò)電流損壞，因而設(shè)置預(yù)充電環(huán)節(jié)。,,