交流调压调速—能耗制动电梯拖动与控制系统的设计 - 图文

毕 业 论 文

题目： 交流调压调速—能耗制动电梯拖动与控制系统的设计

Alternating voltage regulation speed-braking energy elevator drag and the design of control system

系 别：

专 业：

班 级:

姓 名:

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指导教师:

2011年

月日

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摘要

电梯是现代社会和经济中的物质文明标志，是必不可少的垂直运输设备。电梯作为垂直运输的升降设备，其特点是在高层建筑物中所占的面积小，同时通过电气或其他的控制方式可以将乘客或货物安全合理，有效的运送到不同的楼层。基于这些优点，在建筑业特别是高层建筑飞速发展的今天，电梯行业进入了新的发展时期。

本文在阐述电梯的分类，基本结构和功能，电梯电力拖动的基本方法的基础上，针对交流调压调速－能耗制动电梯拖动与控制系统的设计，使用PLC原理，设计了电梯的控制系统，包括层楼指示、轿厢内指令和厅外召唤指令的登记、记忆及消除等部分，实现轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。

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Abstract

The elevator is the modern society and economy of material civilization symbol, is indispensable vertical transportation equipment. Elevator as vertical transportation lifting equipment, its characteristic is accounted for in the high-rise buildings in the area is small, and at the same time through electrical or other control mode of passenger and goods can be safe, effective shipped to different floor. Based on these advantages, the construction industry especially high-rise building rapid development today, elevator industry entered the new developing period.

Based on elaborating the elevator classification, basic structure and function, the

elevator the basic method of electric drive, based on alternating voltage regulation speed - braking energy elevator drag and the design of control system, the use of PLC of the principle, design the elevator control systems, including floors instructions, elevator car outside instructions and hall within the registration, memory summoning instructions and eliminating the part such as car, realizing with each layer within the record, called ladder instructions direction and elevator running, control of elevator stratum selection downlink and automatic open shut and elevator to the layer control etc. Function.

Key Words：Elevator control system

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目 录

摘要................................................................................................................................ 2 Abstract .......................................................................................................................... 3 第一章 电梯的分类，基本结构和功能...................................................................... 5

1.1电梯分类........................................................................................................... 5 1.2电梯的基本结构............................................................................................... 7 第二章 电梯的电力拖动基本方法............................................................................ 17

2.1轿门及厅门运动的电力拖动方式................................................................. 17 2.2电梯的运行速度及要求................................................................................. 18 2.3电梯的负载机械特性..................................................................................... 19 2.4 电梯对电机的性能要求................................................................................ 21 2.5 电动机额定功率的粗选................................................................................ 23 第三章 交流调压调速－能耗制动电梯拖动与控制系统的设计............................ 24

3.1交流调压调速拖动方式示............................................................................. 24 3.2 主电路............................................................................................................ 28 第四章电梯信号控制系统.......................................................................................... 31

4.1 内指令信号的登记与消除............................................................................ 31 4.2 外召唤信号的登记与消除............................................................................ 34 4.3 电梯指层控制................................................................................................ 37 总结.............................................................................................................................. 39 参考文献...................................................................................................................... 39

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第一章 电梯的分类，基本结构和功能

1.1电梯分类

1.1.1按速度分类

1、低速电梯，电梯的额定速度在1m/s以下，常用于10层以下的建筑物。 2、快速电梯，电梯允许的额定速度在1~2M/s之间，常用于10以上的建筑物。 3、高速电梯，运行的额定速度>2m/s.常用于16层以上的建筑物。

4、超高速电梯，电梯的运行的额定速度超过5m/s甚至更高。常用于100m的建筑物内。 1.1.2按用途分类

1、乘客电梯，主要用于送乘客而设计的电梯，主要用于宾馆，饭店，办公大楼等。

2、住宅电梯，供住宅用，主要送乘客及家用物品。

3、观光电梯，观光侧轿厢壁透明，装饰豪华，活泼，运行于大厅中央或高层大楼的外墙上，供乘客，游客观光。

4、载货电梯，载货电梯是为运送货物而设计的，轿厢有效面积和载重量比较大。 5、客货电梯，主要用于运送乘客和货物，它与乘客电梯的区别主要在于轿厢内的装饰有所不同。

6、医用电梯，专为医院设计的用于运送病人和医疗器械和救护设备的电梯，轿厢窄和深，要求有较高的运行稳定性，有专职司机操纵。 7、杂物电梯，供图书馆，办公楼 饭店，运送杂物。

8、汽车电梯，用于多层，高层车库中的客，货，汽车的垂直运输。

9、自动电梯，与地面成30或35度的倾斜角，在一定方向上以较慢的速度运行，多用于机场，车站，商场，是具有一定的装饰。

10、自动人行道，在水平或一定的向上运行，常用于大型车站，机场。 11、其他电梯，除了上述的几种电梯，还有一些特殊用途的电梯，如：在施工现场的运送料的建筑电梯，用于运送矿井内的人员及货物的矿井电梯，等等。 1.1.3按拖动分类

1、交流电梯，用交流感应电动机作为驱动动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速电梯，双速，三速电梯，交流调速电梯，交流调速电梯以优越的性能，安全可靠都特点占为主流。

2、直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。根据有无减速箱，分为有齿与

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图5

1- 制动弹簧调节螺母，2-制动瓦块定位弹簧螺栓，3-制动瓦块定位螺栓，4-倒顺螺栓，

5-制动电磁铁，6-电磁铁芯，7-拉杆，8-定位螺栓，9-制动臂，10-制动瓦块，11-制动衬料，12-制动轮，13-制动弹簧螺栓，14-手动松闸凸轮，15-制动弹簧。

制动原理：当电梯处于静止时曳引电动机，电磁制动器的线圈中均无电流通 过，这时因电磁铁的铁心之间没有引力，制动瓦块在制动弹簧的作用下，将制动轮抱紧，保证了电梯处于不工作的静止状态；当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈也通上了电流，电磁铁心迅速磁化吸合的同时，带动制动臂克服制动弹簧力的作用，使得制动瓦块张开，与制动轮完全脱离，从而使电梯在无制动力的情况下运行，当电梯轿厢到达所需层站停车时，曳引电动机失电，制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁心的磁力迅速消失，铁芯在弹簧力的作用下通过弹簧臂复位，使制动瓦块再次将制动轮抱住，电梯停止工作。

（五）、减速箱

对于有齿曳引机，在曳引电动机转轴和曳引轮转轴之间安装减速箱，目的是 将电动机轴输出的较高转速降低到曳引轮所需的较低转速，同时得到较大曳引转矩，以适应电梯的运行要求。

减速器（箱）多采用蜗轮蜗杆的传动方式，根据减速器的不同结构，又可按 传动的方式分为蜗轮蜗杆传动和斜齿轮传动。

蜗轮蜗杆传动是由主动轴的蜗杆与安装在壳体轴承上带从动轴的蜗轮组 成，其特点是传动比大，噪声小，传动平稳，结构紧凑，体积较小，安全可靠，而且当由蜗轮传动蜗杆时，反效率低，有一定的自锁能力，可以增加电梯制动的动力矩安全系数，增加电梯停车时的安全性。

斜齿轮传动传动的主要优点是传动效率高，曳引整体尺寸小，重量轻，但是

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用于电梯传动的斜齿轮要比普通的使用齿轮有更高的要求，考虑乘客的安全，应确保机件的疲劳强度，可靠性，质量的稳定性等等。

（六）曳引轮

曵引轮是嵌挂曳引钢丝绳的轮子，也称曳引绳轮或驱动绳轮，绳子的两端分 别与轿厢和对重连接。对于有齿轮曳引机，它安装在减速器中的蜗轮轴上，而对于无齿曳引机，则安装在制动器的旁边，与电动机轴，制动器轴在同一轴线上。当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力驱动轿厢和对重装置上下运动。

（七）、轿厢由轿厢架和轿厢体两大部分组成

轿厢架是固定和悬吊轿厢的框架，它是轿厢的主要承受构件，由上梁，立梁， 下梁，和拉条等部分组成。

电梯的轿厢体是由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶和轿厢门组成。

轿厢底是轿厢支撑负荷的组件，它由框架和地板等组成，客梯的底板常用薄 的钢板，面层再铺设塑料板或地毯，而货梯的底板，由于承受的重量较大，常常用4~5mm的花纹钢板直接铺成。轿厢底的前沿，设有轿门地坎，地坎处装有一块垂直向下延伸的光滑挡板，即护脚板。

轿厢壁常用金属薄钢板压制成形，壁板的长度与电梯类别及轿厢的结构形式 有关，宽度一般不大于100mm.客梯的轿厢壁常常装有扶手，高级客梯还在轿厢壁上装了整容镜。

轿厢顶，常用薄钢板制成，轿厢顶除了安装有门机构。门机控制箱、风扇、 检修用操纵箱及照明设备，还有安全窗，以便发生故障时，检修人员能上到轿厢顶检修井道内的设备或乘客通过安全窗撤离轿厢。

（八）、平衡装置

对重安装在电梯井道内，在电梯运行中起到平衡轿厢及电梯负载重量并减少 电动机功率损耗的作用，它是曳引电梯不可缺少的部分。当对重与电梯负载十分匹配时，还可以减小钢丝绳与绳轮之间的曳引力，延长钢丝绳的寿命。

（九）、补偿装置，当曳引机高度超过30米时，曳引钢丝绳的差重会影响电 梯运行的平稳性及平衡，所以需要增设补偿设备。

补偿装置有补偿链，补偿绳及补偿缆。

补偿链，传统的补偿链装置由铁链和麻绳组成，麻绳穿在铁链中，用以减少 运行时铁链相互碰撞引起的噪声，补偿链的一端悬挂在轿厢的底部，另一端挂在对重的底部。

补偿绳，它是以钢丝绳为主体，通过钢丝绳卡钳、挂绳架悬挂在轿厢或对重 的底部。

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补偿缆，它是近几年来发展起来的新型，高密度的补偿装置。补偿缆的中间 是低碳钢制成的环链，外面用具有防火的，防氧化的聚乙烯制成的护套。 （十）、导向系统

电梯的导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。

导轨，它是对电梯的升降运动起导向作用它限制轿厢和对重在水平方向的移动，保证轿厢与对重在井道中的相互位置，并防止由于轿厢的偏载而产生的倾斜。当安全钳动作时，导轨作为被夹持的支撑件，支撑轿厢和对重。

导靴，它是使轿厢和对重沿各自的导轨运行的装置，因为分为轿厢导靴和对重导靴两种：

轿厢导靴：安装在轿厢上梁和轿厢底部安全钳的下面，共有4个； 对重导靴：安装在对重架的上部和下部，也有4个。

导轨架，它的作用是支撑和固定导轨，它固定在井道壁或横梁上。 1.2.2电梯的门系统

它包括轿厢门，厅门（层门），开门关门结构，安全装置以及附属的零件。 轿厢门设在轿厢靠近厅门的一侧，是轿厢的出入口，供司机，乘客，货物的进出。在一些杂货简易的物梯，轿厢门由人力手动开，称为手动门。而大多数电梯是由装在电梯顶部的自动开门机来开、关门的这种轿门叫自动门。

厅门设在层站入口处，也称层门或梯井门，厅门的开关是由轿门的带动而完成的。这是因为当轿厢门运行到某一层站停止时，安装在轿厢门上的门刀就插入该厅门门锁的滚轮中，当轿厢开门电动机开门旋转时，通过传动机构带动厅门与轿厢门一起开。关门时又带动厅门一起关。为了保证电梯的安全运行，必须在轿门和厅门完全关闭之后，电梯才允许起到运行。为此在厅门上装设具有电气联锁功能的自动门锁，自动门锁的主要功能有两个：一是锁住厅门，使厅门只有用钥匙才能在厅外打开，二是通过门锁上的微动开关控制电路控制电梯回路的接通和断开，允许电梯的起动、停止运行。

无论是轿厢门还是厅门，其型式和结构都应该方便乘客和货物的进出，同时结构简单，构造科学，安全可靠。

电梯门按运动方式可分两类，滑动门和旋转门。、

旋转门多用于国外的小型公寓，这种门几乎不占用井道空间，特别适合于无轿门电梯。

我国普遍采用的是滑动门，滑动门由可分为中分式，旁开说式和直分式三种。 1、中分式，它是由中间向两侧分开，开门时，左右门扇以相同的速度向两边分开，关门时，以相同的速度向中间合拢。

2、旁开式，它是由一侧向另一侧推开或由一侧向另一侧合拢。按照门扇的数量，

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常分单扇，两扇，三扇。

3、直分式，它是由下往上推开的，又称闸门式门，按照门扇的数量也可分单扇，双扇和三扇等等。

电梯轿门、层门的开关操作，有手动开关，和自动开关两种，对应的开关门机构有手动和自动两种。 1、手动开关门

在一些简易货梯、杂物梯以及施工梯中使用。这种机构中因轿门与厅门之间没有机械的联动的关系，司机必须用手动依次反复开、关轿厢门和厅门。不仅麻烦而且劳动强度大。所以目前在电梯上很少使用。、 2、自动门机及其工作原理

自动门机除了能自动开关门外，还应该具有调速功能，因此自动开门机主要有减速装置和执行装置组成。

减速装置时根据电梯门在开启和关闭时应有合理的速度而设置的，其作用是避免门在起端与终端发生冲击，减速装置一般由开关门电动机（通常采用直流电动机,也有采用三相交流异步电动机）、减速带轮、传送皮带以及开关门的调速开关组成。

当电梯开门时，速度变化过程：低速———加速至全速运行———减速———停机，之后靠惯性运行至门全部打开；关门时的速度变化为：全速启动———第一级减速运行———第二季减速运行———停机。惯性至门全部关闭。关门的评均速度低于开门的平均速度，其目的只要是为了安全。

图6

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执行装置多采用曲柄连杆式、链条和钢丝绳式。其作用是将减速机构的旋转运动改为直线运动，并传递轿门，使之开启或闭合。 1、双臂式中分门开门机（如上图6），

这种开门机以直流电动机为动力，电动机不带减速箱，而以两级三角的传动带传送的减速以第二级的大带轮作为柄轮。当曲柄轮按逆时针转动180度时，左右摇杆同时推动左右门扇，完成一次开门的过程，然后，曲柄轮再顺时针转动180度时，就能使左右扇门同时合拢，完成一次关门过程。这种开门机，同样采用串电阻降压调速，用于调速的控制行程开关装在曲柄轮背面的开关上，一般为3~5个，开关一般装在曲柄轮上，在曲柄轮转动时就能依次动作开关，达到调速的目的。

2、单臂式中分门开门，这种开门机以带齿轮减速器的永磁直流电动机作为动力， 一级链条传动，连杆的一端铰接在链轮（即曲柄轮）上，另一端与摇杆铰接，摇杆的上端铰接在机座框架上，下端与门连杆铰接，门连杆则与左门铰接（相当于摇杆滑块机构）当曲柄链轮按图中作顺时针转动时，摇杆向左摆动，带动门连杆使左门向左运动，进入开门过程。

右门由钢丝绳联动机构间接驱动，两个绳轮分别装在轿门导轨架的两端，左 门扇与钢丝绳的下边连接；右门扇与钢丝绳的上边连接，左门在门连杆的带动下向左运动，带动钢丝绳作顺时针回转，从而使右门在钢丝绳的带动下向右运动，与左门扇同时进入开门的过程。

门在启、关时的速度变化，是通过改变电枢电压来实现的，曲柄链轮与凸轮 箱中的凸轮相连，凸轮箱有行程开关，每轮转动时依次动作行程开关，使电动机接上或断开电器箱中的电阻，以此来改变电动机电枢电压，使其转速符合门速要求。

图7

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3、双扇旁开式自动门（上图7），

1-慢门，2-慢门连杆，3-自动锁，4-快门，5开门刀，

这种开门机与单臂式中分门的开门机构相同，不同之处是多了一条慢门连杆。 4、当柄连杆转动时，摇杆带动快门运动，同时慢门连杆也使慢门运动，只要慢 门连杆与摇杆的绞接位置合理，就能使慢门的速度为快门的1/2，自动调速功能的实现与单臂中分式开门机相同，为了提高使用效率，门的速度一般高于中分式门。

5、门入口的安全保护装置

接触式保护装置，它也称安全触板，其结构如下图，，它的安全触板，控制杆，和微动开关组成，平时安全触板在重力的作用下，凸出门扇30MM，在门关闭的过程还没完全进入轿厢的物体或人必然会先碰到凸出的门扇的触板，随着触板被推入门扇，控制杆会转动，上控制杆的凸轮压下微动开关，使门电动机迅速反转，门重新被打开。除此，还有非接触式保护装置，它包括了光电式保护装置，超声波监控保护，电磁感应保护装置，红外光线保护装置。

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第二章 电梯的电力拖动基本方法

电梯的电力拖动系统应符合一下要求

1. 有足够的驱动力和制动力，能驱动轿厢，轿门及厅门完成必要的运动和可靠

的止。

2. 在运动中有正确的速度控制，有良好的舒适性和平层精度。 3. 动作灵活，反应迅速，在特殊情况下能够迅速停止， 4. 工作效率高，节省能量。

5. 运行平稳安静噪声小于国家标准要求。 6. 对周围的电磁环境没超标污染。 7. 动作可靠，维护量少，寿命长。

轿厢升降运动的常见的电力拖动可以划分如下； 直流拖动： 单向励磁、发电机组供电的直流电动机拖动

三向励磁、发电机组供电的直流电动机拖动 晶闸管供电的直流电动机拖动 斩波控制的直流电动机拖动

交流拖动：双速交流异步电动机定子串电阻调速拖动

交流调压——能耗制动的交流异步电动机拖动 交流调压——涡流制动的交流异步电动机拖动 交流调压——反接制动的交流异步电动机拖动 变压变频VVVF交流异步电动机拖动 永磁同步电动机变频拖动 直线电动机拖动

2.1轿门及厅门运动的电力拖动方式

2.1.1直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式

直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式，通过改变电枢电路的所串、并联的电阻值来改变电动机的转速，实现开、关门的慢----快----慢的要求。这种调速方法在早期的电梯中用的很普遍，由于在运行的过程中要不断的改变切换电阻，其切换的开关易出现故障，造成维修工作量很大，可靠性差，效率低，目前很少用了。

2.1.2直流电机斩波调压调速拖动方式

直流电机斩波调压调速拖动方式，采用大功率晶体管组成的无触点开关，通

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过改变导通的占空比实现直流调压调速，这种方法可靠性好，效率高，可以平滑的调速，是直流电动机电枢串、并联调速拖动的替代方法。 2.1.3交流异步电动机VVVF调速拖动方式

交流异步电动机VVVF调速拖动方式，是近年来出现的新型的调速方法，这种调速方法比直流电动机斩波调压调速拖动方式更好，由于采用交流异步电动机，其结构简单，没有电刷，可靠性进一步提高，采用VVVF调速控制，运行平稳，效率更高，是当前电梯开关门电路中较普遍的方法。 2.1.4力矩异步电动机拖动方式

力矩异步电动机拖动方式，能够承受长时间的堵转而不会烧坏，由力矩异步电动机驱动的开关门方式适宜环境较差，易出现堵卡门现象的电梯。 2.1.5直线电动机拖动方式

直线电动机拖动方式，因为其运行方式为直线，更适合于电梯门机的工作方式，因此应用前景可观。 2.1.6伺服电动机拖动方式

伺服电动机拖动方式，是近几年来出现的电梯门开关方式，这种方法由于采用伺服电动机作为驱动电动机，其反应灵活，响应迅速，是一种很有发展前景的开关门方式。

2.2电梯的运行速度及要求

2.2.1快速性

快速可以节省乘客的时间，快速的同时要考到安全性和可靠性。

1、提高电梯的额定速度Vn，电梯的额定速度提高，运行时间缩短，达到为乘客节省时间的目的，现代电梯梯速不断在提高，目前超高速的电梯额定速度达到20m/s。通常我们称额定速度在1m/s以下的为低速电梯，1~2m/s的为中、快速电梯，2~4m/s的为高速电梯，额定速度在4m/s以上的为超高速电梯。目前我过生产的电梯主要是中、快速电梯和低速电梯，高速电梯很少生产，超高速电梯尚无生产。

2、集中布置多台电梯，通过增加电梯的台数来节省乘客的时间，这种方法不是直接提高电梯梯速，但是为节省乘客的时间的效果是相同的，当然电梯的梯数不能无限的增加。通常认为，在高峰期间，使乘客的平均等候时间少于30S即可。 3、尽可能的减少电梯起、停过程中的加、减速时间，电梯是一个频繁起、制动的设备，他

的加、减所用的时间往往占运行时间的比重很大。电梯单层运行，几乎全处在加、减速运行，如果减少加、减速的时间便可以节省乘客的时间达到快速要求。

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上述三种方法前两种需要增加设备投资，第三种通常不需要增加设备投资，因此电梯在设计时应尽量减少起、制动时间。但是起、制动时间缩短意味着加、减速的增加，而加、减速的过分增加和不合理的变化将造成乘客的不适感。因此电梯又提出了舒适性的要求。

2.2.2舒适性

由加速度引起的不适 人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力，而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消了部分的重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。考虑到人体生理上对加、减速的承受能力，《电梯技术条件》中规定“电梯的制动平稳、迅速、加、减速度最大值不大于1.5m/s2. 在电梯行业中电梯的加速度不大于1.3m/s2. 电梯运行的速度曲线图8

图8

2.3电梯的负载机械特性

电梯是一种频繁起、制动的设备，其运行的大部分时间处在加、减速的过程。为讨论电梯运行情况，首先分析电梯的负载机械特性。

电梯与起重机不同，现代电梯几乎都带有对重，因此电梯的负载机械特性分布Mon直角坐标系的四个象限，当轿厢静止或匀速运动时，负载机械特性为静态负载机械特性，当电梯轿厢加、减速运动时，负载机械特性除包括静态负载机械特性外，还包括了由于加速度造成的惯性转矩部分，称之为动态负载机械特性。 静态负载机械特性的负载转矩是由于轿厢与对重的重量差造成的，见图9， 1、轻载时的位能性负载，

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2、轻载时的总负载

3、轿厢、对重两侧平衡时位能性负载（其值为0） 4、平衡时的总负载 5、重载时的位能性负载 6、重载时的总负载

7、摩擦、风阻造成的反抗性负载 12 M O 7 图9 n 3 5 4 6 动态负载机械特性

当电梯起动加速或停车前的减速时，由于加速度引起的动态负载转矩， M=GDdn/(375dt)

为了得到较好的舒适感，要求轿厢按预定的速度曲线平滑地改变梯速，又由于电梯有对重，适传动系统的惯性增大，从而使动态转矩增大，通常电梯动态转矩可达最大静态转矩的1.5~3倍。 动态负载机械特性见图10

n C B FF ED A O E M

图10

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