第9頁(yè)

以滿足人們的需要。電梯控制系統(tǒng)框圖如下：

圖2.1 電梯控制系統(tǒng)框圖

由上圖可以看到，電梯控制系統(tǒng)主要由電梯電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)（調(diào)速控制變頻器系統(tǒng)）和電梯電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng)部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行時(shí)乘客的舒適感有著重要的影響，而電氣控制部分是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.1變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)運(yùn)行原理

電力電網(wǎng)送來(lái)的380V動(dòng)力電源變?yōu)榭煽氐闹绷麟姡��?jīng)變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)的頻率可變的變頻變壓三相正弦交流電，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。若配置交流變頻曳引機(jī)效果更佳，成本亦低。當(dāng)電梯檢修時(shí)，PLC向變頻器發(fā)出方向和檢修運(yùn)行信號(hào)，系統(tǒng)按預(yù)先編好的速度指令使電梯轎廂作上、下慢速運(yùn)行。變頻器內(nèi)部帶電流反饋和速度反饋。電梯的速度總是跟隨理想曲線的變化而變化的。

2.2變頻器

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

第10頁(yè)

2.2.1變頻調(diào)速原理

由電機(jī)學(xué)原理可知三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可由下式表示：

n?60f?1?s?p 式2.1）

式中：f為電機(jī)的電源頻率，p為電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率 從上式3.1可看出，在極對(duì)數(shù)P和轉(zhuǎn)差率不變的情況下，轉(zhuǎn)速n與電機(jī)電源的頻率

f成正比，改變電動(dòng)機(jī)的頻率f就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)電梯的零速起動(dòng)。

2.2.2變頻器組成、工作原理及其分類(lèi)

① 變頻器組成及工作原理

變頻器通常由主電路、控制電路和保護(hù)電路組成。主電路如圖2.2所示。 主電路包括整流器、逆變器和中間直流環(huán)節(jié)。

圖2.2 變頻器主電路圖

其整流電路采用的是不可控的二極管整流電路，而變頻器的輸出頻率和輸出電壓均由逆變器按PWM方式來(lái)完成。利用參考電壓波與載頻三角波互相比較來(lái)決定開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

逆變器又稱(chēng)負(fù)載變流器，最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用6個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中的主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。

中間直流環(huán)節(jié)。由于逆變器的負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，故在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。此無(wú)功功率要靠中間直流環(huán)節(jié)的

第11頁(yè)

儲(chǔ)能元件（電容或電抗）來(lái)緩沖，故又稱(chēng)中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。

② 變頻器的類(lèi)型

按電源的性質(zhì)來(lái)分：電壓型變頻器，電流型變頻器

按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分：PAM方式，PWM方式，高載波變頻率PWM方式

按控制方式分：U/f控制，轉(zhuǎn)差頻率控制，矢量控制

按電壓等級(jí)分：低壓變頻器，高壓大容量變頻器

按用途分：通用變頻器，高性能專(zhuān)用變頻器，高頻變頻器，小型變頻器。

2.2.3變頻器機(jī)型選擇

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。目前，為電梯控制而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用變頻器早已問(wèn)世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。因此，本設(shè)計(jì)沒(méi)有采用專(zhuān)用變頻器，而是選用了通用變頻器——安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器，通過(guò)合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專(zhuān)用變頻器的控制效果。

電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能外，它的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，此外電梯節(jié)約用電也日益受到重視。綜合考慮各種因素，本設(shè)計(jì)選用安川VS-616G5型全數(shù)字變頻器，它具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，可以最大限度地提高電機(jī)功率因數(shù)和電機(jī)效率，同時(shí)降低了電機(jī)運(yùn)行損耗，特別適合電梯類(lèi)負(fù)載頻繁變化的場(chǎng)合。

VS616-G5型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的21世紀(jì)通用型變頻器。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(guò)其本身自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)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)速范圍。

VS-616G5變頻器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格：

第12頁(yè)

VS-616G5變頻器的特點(diǎn)如下：

① 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。

② 有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。

第13頁(yè)

③ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。

④ 保護(hù)功能完善、維修性能好。

⑤ 通過(guò)LCD操作裝置，可提高操作性能。

2.2.4變頻器計(jì)算及其參數(shù)設(shè)置

① 變頻器功率的計(jì)算

變頻器的功率可根據(jù)曳引機(jī)電機(jī)功率、電梯運(yùn)行速度、電梯載重與配重進(jìn)行

1，電梯運(yùn)行速度為v，電梯自重為W1，電梯載選取。設(shè)電梯曳引機(jī)電機(jī)功率為P

重為W2，配重為W3，重力加速度為g，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為P2有：

P2???1?W2?W3?g?F1?V 式（2.2）

其中F1?K?W1?W2?W3?g?s為摩擦力，s可忽略不計(jì)。

1，相對(duì)于P2留有較大裕量，電機(jī)功率P1，變頻器功率P應(yīng)接近于電機(jī)功率P

因此可以取

P?1.5P2 式（2.3）

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(guò)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，帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過(guò)逆變器雖然能夠?qū)⒃偕�能量回饋電網(wǎng)，但成本太高。采用能耗制動(dòng)方式通過(guò)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.能耗制動(dòng)電阻RZ大小應(yīng)使制動(dòng)電流IZ不超過(guò)變頻器額定電流的一半，即

UI?0ZZ?IN 式（2.4）

其中U0為額定情況下變頻器的直流母線電壓。由于制動(dòng)電阻的工作不是連續(xù)長(zhǎng)期工作，因此其功率可以大大小于通電時(shí)消耗的功率。

2.3電梯理想速度曲線設(shè)計(jì)

電梯理想速度曲線總體說(shuō)來(lái)是現(xiàn)代社會(huì)中人們對(duì)電梯的要求的概括，其中包括快速性，舒適性。然而快速性和舒適性是一對(duì)相互矛盾的要求。

2.3.1電梯快速性的性能要求

電梯作為一種交通工具，對(duì)于快速性的要求是必不可少的�？焖倏梢怨�(jié)省時(shí)間，這對(duì)于處在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會(huì)中的乘客是很重要的。

第14頁(yè)

提高快速性的方法主要有三種方法：

① 提高電梯的額定速度。電梯的額定速度提高，運(yùn)行的時(shí)間縮短，達(dá)到了為乘客節(jié)省時(shí)間的目的。提高速度的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)安全性、可靠性的措施，故此梯速提高電梯的造價(jià)也隨之提高。

② 集中布置多臺(tái)電梯。通過(guò)增加電梯的臺(tái)數(shù)來(lái)節(jié)省乘客的時(shí)間，該方法不是直接提高梯速但同樣能夠達(dá)到目的。但電梯的臺(tái)數(shù)增加不是無(wú)限制的，通常在乘客高峰期時(shí)，使乘客的平均候梯時(shí)間小于30S即可。

③ 盡可能減少電梯起、停過(guò)程中的加減速時(shí)間。電梯是一個(gè)頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備，在起、制動(dòng)階段不能太慢，GB/T10058—1997《電梯控制技術(shù)》中就規(guī)定了

0.52s，直流高電梯加減速度的最小值：“直流快速電梯平均加、減速度不小于

0.72s。速電梯平均加、減速度不小于”這就是對(duì)電梯快速性的要求。

2.3.2電梯舒適性的性能要求

① 由加速度引起的不適

人在加速上升或減速下降時(shí)，加速度引起的慣性力疊加到重力之上，使人產(chǎn)生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或減速上升時(shí)，加速度產(chǎn)生的慣性力抵消了部分的重力，使人產(chǎn)生上浮感，感到內(nèi)臟不適，頭暈?zāi)垦！?/p>

考慮到人體生理上對(duì)加、減速度的承受能力，GB/T10058—1997《電梯控制技術(shù)》

1.52s。中規(guī)定：“電梯的起、制動(dòng)應(yīng)該平穩(wěn)、迅速，加、減速度的最大值不大于”

② 由加速度變化率引起的不適

人體不僅對(duì)加速度敏感，對(duì)加加速度（或稱(chēng)加速度變化率）也很敏感。用a表示加速度，用ρ表示加加速度，則當(dāng)加加速度ρ較大時(shí)，人的餓大腦感到暈眩、痛苦，其影響比加速度的影響還要嚴(yán)重。我們也稱(chēng)加加速度ρ為生理系數(shù)，在電梯

1.33s。 行業(yè)里一般限制生理系數(shù)ρ不超過(guò)

2.3.3電梯速度曲線

當(dāng)轎廂靜止或勻速升降時(shí)，轎廂的加速度和加加速度都是零，乘客不會(huì)感到不適，而在轎廂由靜止啟動(dòng)到以額定速度勻速運(yùn)動(dòng)的加速過(guò)程中，或是由勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)制動(dòng)到靜止?fàn)顟B(tài)的減速過(guò)程中，既要考慮快速性的要求，又要考慮舒適性的要求，故有必要設(shè)計(jì)出電梯的運(yùn)行速度曲線，使電梯轎廂按照這樣的速度曲線運(yùn)行，既能夠滿足快速性的要求，也能夠滿足舒適性的要求，科學(xué)、合理的解決快速性與舒適性的矛盾。

人們對(duì)于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑

第15頁(yè)

的加速和減速。為了獲得良好的舒適性，將電梯的起動(dòng)、制動(dòng)速度曲線設(shè)計(jì)成由兩段拋物線(S曲線)及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及S曲線變化率決定的。加速斜率是以速度給定從0加速到1000轉(zhuǎn)/分所需要的時(shí)間來(lái)定義的。其意義為加速度由0加速到1000轉(zhuǎn)/秒所需要的時(shí)間。因此通過(guò)改變起動(dòng)加速時(shí)間可獲得不同的起動(dòng)曲線斜率。增大加速時(shí)間值起動(dòng)曲線變緩，反之，起動(dòng)曲線變急。同理，增加S曲線變化率起動(dòng)曲線彎曲部分變緩，反之，起動(dòng)曲線彎曲部分變急。而

S曲線變化率的變化，也可通過(guò)改變S曲線起始、終了加速時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用的安川公司的VS616 G5系列變頻器就具有S曲線加速時(shí)間設(shè)定功能，故將加速時(shí)間和S曲線加速時(shí)間配合調(diào)整，即可獲得理想的起動(dòng)曲線。同理，制動(dòng)曲線也可按此方法調(diào)整。理想的電梯速度給定曲線如下圖所示，圖中a為加速度，v為速度。

圖2.3 電梯運(yùn)行速度曲線

圖2.3中 ，0?t3為加速過(guò)渡階段，t3?t4為穩(wěn)速運(yùn)行階段（此時(shí)電梯速度為額定速度），t?t為減速停車(chē)階段。由于變頻器在零速時(shí)有150%的額定轉(zhuǎn)矩，保證了47