第三章電梯的拖運(yùn)控制系統(tǒng)

電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)

重點(diǎn)內(nèi)容簡述電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不同方式，并指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)？交流雙速電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，快、慢速的實(shí)現(xiàn)原理是什么?交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中的電機(jī)在何種情況下會運(yùn)行在特性曲線的第二象限，為什么?簡述變頻器的結(jié)構(gòu)及功能。試畫出利用變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)框圖。第一節(jié)直流電梯拖動(dòng)系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理表達(dá)式為：其中：Ua-電機(jī)進(jìn)線端電壓（伏）

Ia-電樞電流（安）

Ra-電樞電阻（歐）

Rt-外接調(diào)整電阻（歐）

Ce-電勢常數(shù)（伏·分/轉(zhuǎn)·韋伯）

φ-勵(lì)磁磁通（韋伯）

n-轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）由此可知，只要改變式(3-1)中右端可變參數(shù)中任一參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速均可改變。通常，直流電機(jī)按其勵(lì)磁繞組與電樞繞組聯(lián)接方式的不同，分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。在電梯拖動(dòng)系統(tǒng)中，利用他勵(lì)直流電機(jī)在同一電壓下負(fù)載變化時(shí)，其轉(zhuǎn)速變化不大的特性，直接改變直流電機(jī)進(jìn)線端電壓Ua來達(dá)到調(diào)速的目的，其機(jī)械特性見圖3-1-1根據(jù)直流電源的產(chǎn)生方式，可將直流電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)分為二種：一是用三相交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)軸出直流給電動(dòng)機(jī)，只需調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁就可改變直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓（即直流電動(dòng)機(jī)的進(jìn)線端電壓Ua）來進(jìn)行調(diào)速，被稱為可控硅勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)——電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。（如圖3-1-2)；二是用三相可控硅整流器把電網(wǎng)交流電整流為直流直接供給直流電動(dòng)機(jī)，只需控制三相可控硅整流器的觸發(fā)悶位就可改變直流電動(dòng)機(jī)的進(jìn)線端電壓Ua來進(jìn)行調(diào)速，被稱為可控硅直接供電的可控硅——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。（如圖3-1-3)可控硅直接供電的直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡單、控制方便、干擾低、節(jié)能等等。缺點(diǎn)：控制方式不夠靈活、技術(shù)要求較之高、電機(jī)體積大、能耗高、維護(hù)工作傲大和成本較高等等。在大功率整流器裝置的技術(shù)及其元件質(zhì)量得到極大提高的今天，可控硅直接供電的直流電機(jī)駱動(dòng)系統(tǒng)正逐步被大力發(fā)展和日益成熟的交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)所取代。第二節(jié)交流雙速電梯拖動(dòng)系統(tǒng)交流雙速拖動(dòng)系統(tǒng)是電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中較為簡單經(jīng)濟(jì)的一種。它多采用開環(huán)方式控制，線絡(luò)簡單、成本低、故障率低，但其舒適感差、平層準(zhǔn)確度低、速度慢。因此，此系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在運(yùn)行速度較低（小于1m/s）、要求不高的場合，如工廠里的貨梯等。工作原理由電機(jī)學(xué)知道三相異步電動(dòng)機(jī)的工作表達(dá)式為：其中：f——電源頻率（Hz)P——?jiǎng)訖C(jī)定繞組的極對數(shù)

s——轉(zhuǎn)差率

n——轉(zhuǎn)速（r/min)由上式可知，改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對數(shù)就可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。雙速電機(jī)的速度調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)上就是通過快速繞組和慢速繞組之間的切換來實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)電梯起動(dòng)加速和穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)，將三相快速繞組接上電源，當(dāng)電梯制動(dòng)減速時(shí)，則切斷快速繞組電沉并將三相慢速繞組接上電源。由于電機(jī)快、慢速繞組何的切換過程很短，電機(jī)的速度因慣性變化很小，因而此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速正對應(yīng)在慢速繞組的第Ⅱ象限的再生制動(dòng)（發(fā)電制動(dòng)）特性，從而使得電梯按這一特性進(jìn)行制動(dòng)減速，直至慢速繞組對應(yīng)于負(fù)載的穩(wěn)定速度上。當(dāng)電梯到達(dá)平層位置時(shí)使慢速繞組切斷電源，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這就完成了電梯的一次運(yùn)行過程。大家可以通過如下電梯運(yùn)行速度曲線（圖3-2-1）和雙速電機(jī)改變極對數(shù)時(shí)的機(jī)械特性（圖3-2-2）來進(jìn)行對照理解。二、線路結(jié)構(gòu)由前可知，電梯在起動(dòng)加速和制動(dòng)減速過程中，由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩突變造成沖擊和振動(dòng)。為了減小電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和沖擊振動(dòng)，一般在定子電路中串入電阻、電抗器或其組合進(jìn)行降壓起制動(dòng)。其運(yùn)行過程可由機(jī)械特性圖（圖3-2-3）來說明。典型的雙速交流電梯的主拖動(dòng)線路結(jié)合右邊兩圖，我們可以看到，當(dāng)電梯串電抗后以特性曲線1起動(dòng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為Ma,轉(zhuǎn)速上升到nb時(shí)，短接電抗器XH、RH

，轉(zhuǎn)到自然特性2，由于轉(zhuǎn)速不能突變，過渡到C點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩有增最△M=Mc一Mb，然后加速到nd以恒速運(yùn)行。減速制動(dòng)時(shí)已從快速繞組切換至慢速繞組上，為減少電流沖擊，串入電抗XL

、電阻RL，電動(dòng)機(jī)按運(yùn)行特性曲線3的e點(diǎn)開始減速，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大大降低，一直到f點(diǎn)時(shí)，KM6吸合，短接電阻RL

，電動(dòng)機(jī)串電抗XL以特性4運(yùn)行，速度下降到nh,KM5，吸合短接全部電阻、電擾，電動(dòng)機(jī)以特性5運(yùn)行，直到KM4釋放，電動(dòng)機(jī)失電，停止運(yùn)行。第三節(jié)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)由式3-2可知轉(zhuǎn)差率S的變化也可使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化。通過調(diào)節(jié)電機(jī)定子端電壓或轉(zhuǎn)子申電阻均可使轉(zhuǎn)差率S發(fā)生變化，因此有了調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)阻調(diào)速系統(tǒng)。通常在電梯領(lǐng)域中，采用調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)較為普遍。調(diào)壓調(diào)速就是在恒定交流電源與電機(jī)之間接入晶閘管作為交流電壓控制器，用相位控制方式來控制改變輸出電壓的有效值以達(dá)到改變和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。但此系統(tǒng)調(diào)速范圍較窄，機(jī)械特性也較軟，為了改善這種狀況，多采用帶測速反饋的閉環(huán)控制。(速度反饋信號常用測速發(fā)電機(jī)和脈沖硬盤兩種方法獲得)

調(diào)壓調(diào)速電梯按制動(dòng)方式，可分為以下三種常用的型式：

1．能耗制動(dòng)型

2．渦流制動(dòng)型

3．反接制動(dòng)型1．能耗制動(dòng)型這種系統(tǒng)采用可控硅調(diào)壓調(diào)速再加直流能耗制動(dòng)組成。通常失電后對慢速繞組中的兩相繞組通以直流電流，在定子內(nèi)形成一固定的磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其導(dǎo)體切割磁力線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電勢及轉(zhuǎn)子電流，這一感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場對定子磁場而言是靜止的。由于定子總磁通和轉(zhuǎn)子中的電流相互作用的結(jié)果，即與定子電流相應(yīng)產(chǎn)生了制動(dòng)力矩，其大小與定子的磁化力及電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。這種狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線是在第Ⅱ象限通過坐標(biāo)原點(diǎn)向外延伸的曲線（見圖3-3-1）。從曲線形狀可見，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降為零，轉(zhuǎn)速也為零，所以應(yīng)用能耗制動(dòng)使轎廂能準(zhǔn)確停車，再加上用可控硅構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度，可以得到滿意的舒適感及平層精度。

由于能耗制動(dòng)力矩是由電機(jī)本身產(chǎn)生的，因此對起動(dòng)加速、穩(wěn)速運(yùn)行和制動(dòng)減速實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的控制不但可能而且是方便的。具體可根據(jù)電機(jī)特性及調(diào)速系統(tǒng)的配置而定。圖3-3-2是一種交流調(diào)壓能耗制動(dòng)調(diào)速電梯主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理框圖。這種系統(tǒng)對電動(dòng)機(jī)的制造要求較高，因電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中一直處于轉(zhuǎn)矩不平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲增大，以及電機(jī)會發(fā)生過熱現(xiàn)象。2．渦流制動(dòng)型渦流制動(dòng)器通常由電樞和定子兩部份組成。電樞和異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相似，其結(jié)構(gòu)可以是籠型，也可以是簡單的實(shí)心轉(zhuǎn)子。定子繞組是由直流電流勵(lì)磁。渦流制動(dòng)器在電梯中使用時(shí)．或與電梯的主電機(jī)共為一體，或與電動(dòng)機(jī)分離，但兩者的轉(zhuǎn)子是同軸相連的。因而它具有可調(diào)節(jié)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的特性。當(dāng)電梯運(yùn)行中需要減速時(shí)，則斷開主電機(jī)電源，而給同軸的禍流制動(dòng)器的定子繞組輸人直流電源以產(chǎn)生一個(gè)直角座標(biāo)磁場。由于此時(shí)渦流制動(dòng)器轉(zhuǎn)子仍以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并切割定子產(chǎn)生磁力線，這樣在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生并分布與定子磁場相關(guān)的禍流電流，而這個(gè)渦流電流所產(chǎn)生的磁力線與定子的磁力線相互作用，產(chǎn)生一個(gè)與其轉(zhuǎn)向相反的渦流制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。按照給定的規(guī)律輸給渦流制動(dòng)器定子繞組直流電流，就可控制渦流制動(dòng)器轉(zhuǎn)矩的大小，從而也就控制了電梯的制動(dòng)減速過程。圖3-3-3是一種利用渦流制動(dòng)器控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。該系統(tǒng)開環(huán)分級起動(dòng)，開環(huán)穩(wěn)定運(yùn)行至減速位置時(shí)，由井道內(nèi)每層的永磁體與轎廂頂上的雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)相互作用而發(fā)出減速信號，一方面使曳引電動(dòng)機(jī)撤出三相電渾，另一方面給與電動(dòng)機(jī)同軸的渦流制動(dòng)器繞組輸人可控的直流電流，使其產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力矩，從而令電梯按距離制動(dòng)減速直接?？?，準(zhǔn)確停層于所需的層站。按距離制動(dòng)減速是這樣控制產(chǎn)生的：根據(jù)電梯不同的額定速度，有一個(gè)事先設(shè)定的減速距離S0，則電梯瞬時(shí)距樓層平面處的距離S應(yīng)是，而實(shí)際需要的是速度量，即，a為設(shè)定的平均減速度值，將這一瞬時(shí)速度最作為渦流制動(dòng)器的給定是。隨著距離S的減少，其制動(dòng)強(qiáng)度也相應(yīng)減少，直到準(zhǔn)確停車為止。制動(dòng)減速過程不僅隨距離的減少而減弱，而且這一過程是轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)系統(tǒng)控制過程，從而可大大提高控制的質(zhì)量和精度，使電梯的停層準(zhǔn)確度保證在士7mm之內(nèi)。

這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。由于控制過程是通過控制渦流制動(dòng)器內(nèi)的電流來實(shí)現(xiàn)的，故被控對象只是一個(gè)電流，這樣的控制不僅容易做到，而且其穩(wěn)定性好。另外在制動(dòng)減速時(shí)電機(jī)撤出電網(wǎng)，藕渦流制動(dòng)器把系統(tǒng)所具有的動(dòng)能消耗在禍流制動(dòng)器轉(zhuǎn)子的發(fā)熱上。因此電梯系統(tǒng)從電網(wǎng)獲得的能量大大低于其他系統(tǒng)，一般減少20％左右。但由于是開環(huán)起動(dòng)的，因此起動(dòng)的舒適感不是最理想，其額定速度也只能限制在2m/s以下。3．反接制動(dòng)型反接制動(dòng)也是電梯的一種制動(dòng)調(diào)速方法。電梯在減速時(shí)，把定子繞組中的兩相交叉改變其相序，使定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向改變。而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向仍未改變，即電機(jī)轉(zhuǎn)子逆磁場旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，便轉(zhuǎn)速逐漸降低，此時(shí)電機(jī)以反相序運(yùn)轉(zhuǎn)于第Ⅱ象限。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)，需立即切斷電機(jī)電源，抱閘制動(dòng)，否則電機(jī)就自動(dòng)反轉(zhuǎn)。圖3-3-4是一種反接制動(dòng)的交調(diào)電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理框圖。該系統(tǒng)的電機(jī)仍可用交流雙速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)加速至穩(wěn)速以及制動(dòng)減速均是閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速，且高低速分別控制。但在制動(dòng)減速時(shí)，將低速繞組接成與高速繞組相序相反的狀態(tài)，使之產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦即反接制動(dòng)，與此同時(shí)，高速繞組的轉(zhuǎn)矩也在逐漸減弱，從而使電梯按距離制動(dòng)并減速直接?？?。這種系統(tǒng)系全閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)行性能良好。由于采用反接制動(dòng)方式使電梯減迷，因此對電梯系統(tǒng)的慣性矩要求不高，不象前述的渦流制動(dòng)或能耗制動(dòng)系統(tǒng)那樣，要求電梯有一定數(shù)里級的慣性矩(一般在電動(dòng)機(jī)軸端加裝適當(dāng)?shù)娘w輪)，這樣使得機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、輕巧。另外在制動(dòng)減速時(shí)，高速繞組不斷開，而僅在低速繞組上施加反相序電壓(即反接制動(dòng))，因此該系統(tǒng)的動(dòng)能全部消耗在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)熱上，能量消耗較前述幾個(gè)系統(tǒng)都大，故電機(jī)必須要有強(qiáng)迫風(fēng)冷裝皿。這也是該系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。這種反接制動(dòng)的交流調(diào)速電梯雖有能耗大的不足之處，但其運(yùn)行性能良好，故仍較多地應(yīng)用于額定速度不大于2m/s的電梯上。第四節(jié)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)一、基本原理由式（3-2）可知，電機(jī)輸入電源的額率f變化同樣會使電機(jī)轉(zhuǎn)速n變化（實(shí)際上是f的變化引起了電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n0的變化）。由電機(jī)學(xué)可以導(dǎo)出下式：（忽略定子阻抗壓降的情況下）

…（3-3）其中：V——電機(jī)定子端電壓

W——定子每組繞組串聯(lián)匝數(shù)

f——定子輸入電源頻率

Kω——基波繞組系數(shù)

Φm——電機(jī)氣隙磁通

E1——定子繞組的感應(yīng)電勢改變電機(jī)輸人電探頻率了進(jìn)行調(diào)速時(shí)對電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的影響

當(dāng)f下降時(shí)，電機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(電機(jī)網(wǎng)步轉(zhuǎn)速)n0下降，定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電勢El亦下降。若V的大小保持不變，則V與E1的差值增大，使得勵(lì)磁電流增加，力圖建立起較大的氣隙磁通Φm，以保持在n0較低的情況下感應(yīng)產(chǎn)生足夠的電勢E1與外加電壓V相平衡。由于一般電機(jī)在額定頻率下工作時(shí)，磁路已經(jīng)接近飽和，所以磁通Φm的增大必然使電機(jī)的磁路過飽和、定子電流的勵(lì)磁分應(yīng)急劇增大。其后果是一方面降低了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。另一方面還使電機(jī)帶負(fù)載能力降低、鐵耗增加（能耗增加）、電動(dòng)機(jī)過熱。當(dāng)f升高超過額定頻率時(shí)，氣隙磁通Φm將下降小于額定位，引起電機(jī)的愉出轉(zhuǎn)矩下降，使得電機(jī)運(yùn)行性能惡化?？梢?，單獨(dú)改變電源頻率廠．必然導(dǎo)致氣擬磁通必．的改變，影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。因此，為了避免上述現(xiàn)象．在筋耍改變頻率進(jìn)行調(diào)速時(shí)．也要求隨著電源頻率的改變，相應(yīng)地改變電源電壓V的大小，以保證電機(jī)的氣隙磁通必，發(fā)生盡母小的變化。結(jié)合式（3-3）可知，若V/f=常數(shù)；在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的情況下，就可保證氣隙磁通Φm基本不變、電機(jī)過載能力及運(yùn)行性能保持不變。這就是V/f比例控制方式。但是，V/f比例控制方式中V/f=常數(shù)是在忽略定子阻抗壓降情況下得出的。(因頻率較高時(shí)，定子阻抗與轉(zhuǎn)子電抗相比非常小。)而當(dāng)頻率較低時(shí)；定子阻抗壓降就顯得不可忽略了，它就相當(dāng)于在定子電路中串人了一個(gè)降壓電阻，使得定子電壓V進(jìn)一步降低，導(dǎo)致氣隙磁通Φm下降。頻率f越低，定子阻抗的影響越大，使電機(jī)的運(yùn)行特性受到破壞。因此，必須適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篤(電壓補(bǔ)償)，增大氣隙磁通Φm使其不變，以消除定子阻抗的影響。這就是利用速度反饋信號控制補(bǔ)償電壓的對V／f控制進(jìn)行速度閉環(huán)控制的方式——恒磁通控制方式，更進(jìn)一步成為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。雖然轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)基本上具備了直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，但動(dòng)態(tài)中Φm不會值定、相位延遲、速度反饋信號的干擾成分等均會降低其靜、動(dòng)態(tài)性能。以上兩種變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)都存在動(dòng)態(tài)性能不夠理想、調(diào)節(jié)器參數(shù)難以準(zhǔn)確設(shè)定等缺陷，只是沿用了單變旦控制系統(tǒng)的概念而沒有考慮變頻調(diào)速系統(tǒng)非線性、多變量的系統(tǒng)特點(diǎn)，以德國西門子公司的Blaschke等人首先提出的“感應(yīng)電機(jī)磁場定向的控制原理”為基礎(chǔ)．發(fā)展成為一種對交流電動(dòng)機(jī)的新的控制思想和技術(shù)。即將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵(lì)磁電流）和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流），并分別加以控制。這就是矢量變換控制方式。

以上三種控制方式就是常見的變頻變壓控制方式—VVVF控制方式(VariableVoltageVariableFreqnency的縮寫)。其中又以矢量變換控制方式最為先進(jìn)和優(yōu)良，成為發(fā)展和應(yīng)用的主流，下面我們就其基礎(chǔ)理論做一些介紹。按照弗來明的左手法則，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Me和磁通Φ、電流I之間的關(guān)系是若磁通φ與電流I的夾角θ保持不變，則轉(zhuǎn)矩Me與磁通φ和電流的積成比例，θ=90o時(shí)，相同的磁通和電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大。對直流電機(jī)結(jié)構(gòu)(其原理如圖3-4-1所示)，勵(lì)磁電流I，產(chǎn)生磁通Φ，由于碳刷和整流子的作用，電樞電流Ia始終與磁通垂直相交，由于能經(jīng)常產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩并能個(gè)別調(diào)整If和Ia。例如If保持不變，只要控制Ia的大小，便能非常簡單地對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行線性控制。交流電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與磁通和定子電流的磁通在空間垂直相交分量的積成比例。但由于沒有像直流電機(jī)那樣的碳刷和整流子，因此磁通和定子電流的夾角θ隨負(fù)載條件而變化，定子電流的大小與轉(zhuǎn)矩不成比例關(guān)系。特別是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于沒有勵(lì)磁繞組，所以只能用定子電流（交流全）同時(shí)控制磁通和轉(zhuǎn)矩。因此要將交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制與控制直流電機(jī)一樣的話，就必須采用磁通和轉(zhuǎn)矩兩者分開進(jìn)行控制的方法．為了設(shè)法模擬直流電機(jī)控制電磁轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，將三相的旋轉(zhuǎn)磁場經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q后與直流電機(jī)中的二個(gè)繞組匝數(shù)相等效，即與互相垂直的繞組M和T繞組相等數(shù)，如圖3-4-2所示，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)中，除能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的三相繞組外，還可以有二相和單相繞組。只要在各相的相對應(yīng)繞組中通以各相平衡的電流即可。從圖中可看出，(b)是二相固定繞組α和β(位置相差90o)，對其通以兩相平衡的交流電流iα和iβ（相位也相差90o）時(shí)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場Φ，在旋轉(zhuǎn)磁場和角速度ω0均相同的情況下，(a)、(b)兩圖相等效。（c）中的固定磁通Φ若也同時(shí)以相同的角速度ω0旋轉(zhuǎn)的話，則（b)、(c)兩圖相等效。若觀察者站到鐵心上與繞組一起旋轉(zhuǎn)，所看到的是兩個(gè)通以直流電流的互相垂直的固定繞組。（d）為固定的M、T繞組產(chǎn)生的磁勢（F），與（c）的直流電機(jī)的磁場和電樞磁勢進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)：M繞組相當(dāng)于勵(lì)磁繞組，T繞組相當(dāng)于電樞繞組。這樣以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁場為準(zhǔn)則與（a）的三相繞組和（c）的直流繞組相等效。即ia、ib、ic與iα、iβ、及iM、iT之間存在著確定的關(guān)系，亦即所謂“矢量變換”關(guān)系。要保持iM和iT為某一定值，則ia、ib、ic。須按一定的規(guī)律變化。只要按照這個(gè)規(guī)律去控制三相繞組中的電流ia、ib

、ic就可以等效地控制了iM

和iT

。以達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的，從而得到和直流電機(jī)一樣的動(dòng)態(tài)控制性能。矢量變換控斜可以分三步來實(shí)現(xiàn)：(l）三相/二相變換這一步將三相交流矢量改變成二相交流矢量。圖3-4-3表示交流電機(jī)三相繞組A、B、C和與之等效的二相α、β的各相脈動(dòng)磁勢矢量的空間關(guān)系。從圖中可以得出：若假設(shè)兩套繞組的每相等效的集中整距匝數(shù)相等，則有：若將上式用矩陣式表示，則有：上式即為三相／二相矢量變換方程式。（2）矢量旋轉(zhuǎn)變換在二相α、β繞組和直流M、T繞組之間的變換屬于矢覺旋轉(zhuǎn)變換。它是一種施轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系統(tǒng)與靜止的直角坐標(biāo)系統(tǒng)之間的變換。它們之間的關(guān)系如（圖3-4-4）所示。在圖中Φ和F，均以同步轉(zhuǎn)速ω0旋轉(zhuǎn)，但它們之間有空間相位差θ1以Φ為基準(zhǔn)把i1分解成iM和iT兩個(gè)分量，它們相當(dāng)于等效直流繞組M和T中的電流（實(shí)際是磁勢）。這樣從圖中就可得到iα、iβ與iM、

iT之間關(guān)系式：矩陣形式的方程式上式就是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換到仲止坐標(biāo)的矢量旋轉(zhuǎn)變換方程式(3）直角坐標(biāo)／極坐標(biāo)變換由于，或或者以上的矢景坐標(biāo)的變換當(dāng)然是可逆的。

圖中給定和反饋信號經(jīng)過類似于直流調(diào)速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵(lì)磁電流的給定信號和iml電樞電流的給定信號itl端經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換VR-1得到iαl和iβl示，再經(jīng)過二相／三相變換得到iA、iB和iC。把這三個(gè)電流控制信號和由控制器直接得到的頻率控制信號ω1加到帶電流控制的變頻器上，就可以輸出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速所滿的三相變頻電流．在設(shè)計(jì)矢量控制系統(tǒng)時(shí)，可以認(rèn)為，在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消，2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)抵消，如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后，則圖中線框內(nèi)的部分可以完全刪去，剩下的都分就和直流調(diào)速系統(tǒng)非常相似了。可以想象，矢量控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能應(yīng)該完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。2.PwM控制逆變電路

PWM控制就是PucseWidthModulation脈沖寬度調(diào)制拉制的簡稱。是一種同時(shí)對輸出電壓（電流）的幅位和頻率進(jìn)行調(diào)制的控制方式。它是以較高頻率對逆變電路的半導(dǎo)體開關(guān)元器件進(jìn)行控制開閉，并通過改變輸出脈沖的寬度來達(dá)到控制電壓（電流）的目的。為了使異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠更加平滑，目前在變頻器中多采用正弦波PWM控制方式。所謂正弦波PWM控制方式指的是通過改變PWM輸出的脈沖寬度，使輸出電壓的平均值接近于正弦波。這種控制方式也被稱為SPWM控制。

正弦波PWM的控制是利用等幅的三角波（稱為載波）與正弦波（稱為調(diào)制波）的相交點(diǎn)發(fā)出開關(guān)元件的觸發(fā)脈沖，并經(jīng)基極驅(qū)動(dòng)電路放大后送至變頻器中。即幅值和頻率可變的正弦控制波與幅值恒定、頻率固定（按設(shè)計(jì)時(shí)確定）的三角波進(jìn)行比較，由兩個(gè)波形的交點(diǎn)得到一系列幅位相等、寬度不等的矩形脈沖列。當(dāng)正弦控制波的幅值大于三角波幅值時(shí)，輸出正脈沖，可使逆變器中的功率開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)正弦波的幅值小于三角波幅值時(shí)，輸出負(fù)脈沖，可使功率開關(guān)管截止。PWM的輸出脈沖列的平均值近似于正弦波。如果提高三角波的頻率，則PWM的輸出脈沖系列的平均值更通近于正弦波。此時(shí)的PWM為“正弦波PWM”。如圖3-4-6所示。3．整流系統(tǒng)整流系統(tǒng)有半控、全控、不控整流三種整流方式。一般為了提高輸入功率因數(shù)、降低高次諧波產(chǎn)生和高性能功率半導(dǎo)體元器件的成熟，采用不控整流方式（即全波整流）進(jìn)行交～直的變換，再配合上述的SPWM控制逆變電路完成直～交的變換，達(dá)到交流變頻驅(qū)動(dòng)的目的。二、變頻器什么是變頻器？簡單地來講，就是一個(gè)可以提供頻率可調(diào)的可控交流電源裝置。(參看圖3-4-8)

實(shí)際上，我們將前面介紹的矢量變換控制，SPWM控制逆變電路、整流系統(tǒng)融合成一套高集成度的裝置，并加以微電腦為核心的具體參數(shù)設(shè)定和周邊協(xié)調(diào)工作的控制系統(tǒng)，就組成了一個(gè)目前較為流行的變頻器了。

通用變頻器，顧名思義，就是可以對普通的三相交流異步電動(dòng)進(jìn)行變頻變壓調(diào)速控制的變頻器。相對地還有專用變預(yù)器，就是專門為某種特定的三相文流異步電動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)，而且與整個(gè)調(diào)速控胡系統(tǒng)相配套的變頻器。通用變頻器具有靈活通用性，可以方便地參加各種變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)而不需要深入了解不同的控制方式原理及復(fù)雜的計(jì)算和設(shè)計(jì)，因而被廣泛應(yīng)用在各種民用調(diào)速系統(tǒng)之中。專用變頻器則由一些具有實(shí)力的大公司和機(jī)構(gòu)專門為某類（種）特定的調(diào)速設(shè)備及達(dá)到特定要求和高性能、高精度控制而設(shè)計(jì)制造的，因?yàn)閷Ｓ米冾l器只能控制已定的專用電動(dòng)機(jī)，其內(nèi)部控制更為復(fù)雜和精細(xì)、準(zhǔn)確，因而其控制性能能夠達(dá)到很高的水平和要求，被廣泛應(yīng)用在高精度、高性能要求的場合，如超精密機(jī)床、超高層超高速電梯等。下面我們就變頻器內(nèi)部各功能模塊分別做一些介紹：（l）整流系統(tǒng)電網(wǎng)的三相交流電從變頻器的主回路接口R、S、T接人變預(yù)器內(nèi)部，首先要經(jīng)過整流系統(tǒng)變換為直流電。（其工作原理如前所述）（2）直流中間電路經(jīng)整流電路整流出的六流因含有頻率為電源頻率六信的電流紋波，影響逆變電路輸出質(zhì)量，必須對其輸出的直流進(jìn)行平滑處理，以減少輸出的波動(dòng)。因此直流中間電路也被稱為平滑電路。通常由大容量電容或電感組成。(3）逆變電路它是變頻器的主輸出模塊。它將平滑處理過的直流電結(jié)合SPWM控制、矢最變換控制及綜合控制信號由U、V、W端輸出三相文流電。（其工作原理如前所述）(4)I/O電路

I/0就是輸人（Input）和輸出（Out）。變頻器由外圍提供的要求控制信號、輸出的信息信號等均由I/O電路完成。需要指出的是，輸人接口一般都采用光電耦合來隔離，輸出接口一般都直接采用繼電器和放大器來完成。（5）控制運(yùn)算電路由大規(guī)模集成電路組成的控制系統(tǒng)，成為以后智能化變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)。它又包括下幾種電路，主控制電路：其中心是一個(gè)高性能的微處理器（CPU)，并配以PROM、RAM、ASIC芯片和其它必要的周邊電路來完成輸人信號的處理、加減速速率的調(diào)節(jié)、矢是變換運(yùn)算、SPWM波形演算及協(xié)調(diào)控制變頻器內(nèi)部各電路工作的功能。逆變電路基極（門極）驅(qū)動(dòng)電路：根據(jù)主控制電路給出的控制信號來完成對逆變電路中大功率半導(dǎo)體換流器件提供驅(qū)動(dòng)信號。信號檢測電路：完成對主回路電流、電壓檢測信號、被控電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號、電機(jī)內(nèi)部溫度檢測信號、磁通檢測信號等的采集并傳送至主控制電路的工作。保護(hù)電路：主要完成對瞬時(shí)過電流的保護(hù)、對地短路保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過載（熱）保護(hù)、電流保護(hù)等異?，F(xiàn)象的變頻器自身的保護(hù)工作。外部接口電路：即完成通迅、數(shù)字顯示、擴(kuò)展設(shè)各、編程、查接控制操作等功能的控制及工作的電路。隨著新型變頻器的出現(xiàn)，各種新的功能模塊及擴(kuò)展設(shè)備都將產(chǎn)生和得到發(fā)展，而且充分利用其內(nèi)部CPU的運(yùn)算處理能力的軟功能，更成為新功能開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的重要手段。

通過以上的介紹，我們不難勾勒出VVVF電梯調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖．（即3-4-10)

由上圖可以看到，采用變頻器的VVVF電梯調(diào)速系統(tǒng)不僅在結(jié)構(gòu)上簡單便于維護(hù)、故障率低、結(jié)構(gòu)緊湊和體積小，而且整套系統(tǒng)傳動(dòng)效率和功率因數(shù)增高、節(jié)省能源、乘坐舒適感好、平層精度高、電機(jī)運(yùn)行噪