電氣原理及控制技術(shù)

電氣原理及控制技術(shù)主講人：陳捷群電梯八大系統(tǒng)電梯機(jī)械部分電氣部分轎廂系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)曳引系統(tǒng)門系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)電梯的電力拖動系統(tǒng)的功能是為電梯的提供動力，并對電梯的啟動加速、穩(wěn)速運(yùn)行和制動減速起著控制作用。拖動系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響著電梯起停時的加速和減速性能、平層精度、乘坐舒適感等指標(biāo)。目前電梯的拖動系統(tǒng)分為直流電動機(jī)拖動、交流電動機(jī)拖動和永磁同步電動機(jī)拖動。如下圖：電力拖動系統(tǒng)直流電動機(jī)拖動交流電動機(jī)拖動調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)變極調(diào)速系統(tǒng)交流電動機(jī)的調(diào)速三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：

n=60f/p(1-s)從上式可見，改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用的調(diào)速方法有電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（調(diào)壓調(diào)速）、有改變定子極對數(shù)調(diào)速（變極調(diào)速）、還有改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速（調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速）等。從調(diào)速時的能耗觀點(diǎn)來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機(jī)、變頻調(diào)速。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。調(diào)速方式調(diào)壓調(diào)速變極調(diào)速調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速變頻器主回路主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：它把工頻電源變換為直流電源，也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。變頻器控制回路控制電路是給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。編碼器編碼器應(yīng)用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件，如果說變頻器控制回路中的”電機(jī)速度檢測電路”是軟件，那編碼器就是電機(jī)速度檢測的實(shí)際工具硬件。旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)，主要是指對電梯主曳引電動機(jī)和門機(jī)的啟動、運(yùn)行方向、減速、停止的控制，以及對每層站顯示、層站召喚、轎內(nèi)指令、安全保護(hù)等指令信號進(jìn)行管理。操縱是實(shí)行每個控制環(huán)節(jié)的方式和手段?？刂葡到y(tǒng)的功能與性能直接決定著電梯的自動化程度和運(yùn)行性能。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論和電力電子學(xué)的迅速發(fā)展及廣泛使用，不僅提高了電梯的整機(jī)性能，而且也改善了電梯的乘坐舒適感、提高了電梯控制的技術(shù)水平和運(yùn)行可靠性。電氣控制系統(tǒng)的類型除傳統(tǒng)的繼電器控制外，PLC控制和微機(jī)控制的電梯產(chǎn)品已成為主流。電氣控制系統(tǒng)繼電器控制PLC控制微機(jī)控制繼電器控制繼電器控制系統(tǒng)，簡明易懂，線路直觀，易與掌握。系統(tǒng)通過繼電-接觸器觸點(diǎn)的斷合，進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算，進(jìn)而控制電梯的運(yùn)行。但從使用觀點(diǎn)看，該系統(tǒng)有以下缺點(diǎn)：1）觸點(diǎn)易磨損、電接觸不好、故障率高；2）觸點(diǎn)閉合緩慢、動作速度慢；3）設(shè)備體積大，控制柜占機(jī)房面積大；4）控制系統(tǒng)的能量消耗大；5）維修保養(yǎng)工作量大、費(fèi)用高；6）控制功能少、接線復(fù)雜、通用性與靈活性較差。由于繼電-接觸器系統(tǒng)有上述諸多弊端，因此該系統(tǒng)僅僅應(yīng)用于電梯速度不高（小于1.75m/s）和要求不十分高的場合，目前逐漸被可靠性高、通用性強(qiáng)的可編程控制器及微處理器所代替。PLC控制可編程控制器是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。歐姆龍PLC三菱PLC微機(jī)控制單片機(jī)也被稱為微控制器，常用英文字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。

控制柜變頻器急停,檢修等開關(guān)微機(jī)板相序繼電器接觸器平層裝置光電式平層裝置雙穩(wěn)態(tài)平層裝置單簧管傳感器平層裝置端站換速和限位開關(guān)裝置檢修箱轎頂檢修箱底坑檢修箱限速器

限速器的作用是隨時監(jiān)測控制著轎廂的速度，當(dāng)出現(xiàn)超速度情況時，即電梯額定速度的115%時，能及時發(fā)出信號，繼而產(chǎn)生機(jī)械動作切斷供電電路，使曳引機(jī)制動。如果電梯仍然無法制動則安裝在轎廂底部的安全鉗動作將轎廂強(qiáng)制制停。限速器是指令發(fā)出者，而安全鉗是執(zhí)行者。兩者的共同作用才出現(xiàn)了安全電梯之說。限速器安全鉗系統(tǒng)是電梯必不可少的安全裝置，當(dāng)電梯超速、運(yùn)行失控或懸掛裝置斷裂時，限速器安全鉗裝置迅速將電梯轎廂制停在導(dǎo)軌上，并保持靜止?fàn)顟B(tài)，從而避免發(fā)生人員傷亡及設(shè)備損壞事故。單向限速器雙向限速器安全鉗電梯用緩沖器有兩種主要形式：蓄能型緩沖器和耗能型緩沖器。蓄能型緩沖器指的是彈簧緩沖器，主要部件是由圓形或方形鋼絲制成的螺旋彈簧。錐形彈簧目前已很少使用。蓄能型緩沖器只能用于額定速度不超過1.0m/s的電梯。耗能型緩沖器適用于任何額定速度的電梯。耗能型緩沖器應(yīng)滿足:當(dāng)載有額定載荷的轎廂自由下落,并以設(shè)計(jì)緩沖器時所取的沖擊速度作用到緩沖器上時平均減速度不應(yīng)大于1g,減速度超過2.5g以上的作用時間不應(yīng)大于0,04s。漸進(jìn)式安全鉗瞬時式安全鉗雙向漸進(jìn)式安全鉗夾繩器

根據(jù)GB7588-2003中規(guī)定，曳引驅(qū)動電梯上應(yīng)裝設(shè)上行超速保護(hù)裝置，保證當(dāng)轎廂上行超速時，使電梯制停或使其速度降低至對重緩沖器的允許范圍內(nèi)。該裝置應(yīng)作用于轎廂、對重、鋼絲繩系統(tǒng)（含曳引鋼絲繩或補(bǔ)償繩）、曳引輪位置上。夾繩器是直接將制動力作用在曳引鋼絲繩上，夾繩器一般安裝在機(jī)房內(nèi)曳引輪和導(dǎo)向輪之間的曳引機(jī)機(jī)架上，也有將其安裝導(dǎo)向輪下部，但必須保證安裝牢固可靠。根據(jù)夾繩器觸發(fā)裝置的不同，夾繩器又分為限速器機(jī)械式觸發(fā)（閘線拉動，限速器動作機(jī)構(gòu)直接帶動提拉鋼絲軟軸使夾繩器動作）和電磁式觸發(fā)（超速后限速器發(fā)出信號，夾繩器壓繩塊動作，夾繩曳引鋼絲繩實(shí)施制動）兩種類型。緩沖器電梯用緩沖器有兩種主要形式：蓄能型緩沖器和耗能型緩沖器。蓄能型緩沖器指的是彈簧緩沖器，主要部件是由圓形或方形鋼絲制成的螺旋彈簧。錐形彈簧目前已很少使用。蓄能型緩沖器只能用于額定速度不超過1.0m/s的電梯。耗能型緩沖器適用于任何額定速度的電梯。耗能型緩沖器應(yīng)滿足:當(dāng)載有額定載荷的轎廂自由下落,并以設(shè)計(jì)緩沖器時所取的沖擊速度作用到緩沖器上時平均減速度不應(yīng)大于1g,減速度超過2.5g以上的作用時間不應(yīng)大于0,04s。聚氨酯緩沖器液壓緩沖器相序繼電器根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB7588—95中規(guī)定對于供電電源的錯相及電壓降低都應(yīng)有防護(hù)措施。相序繼電器在所有電梯控制系統(tǒng)中是不可缺少的環(huán)節(jié)。當(dāng)電梯供電系統(tǒng)出現(xiàn)相序錯誤及缺相時電梯不能運(yùn)行。在直流電梯中驅(qū)動直流發(fā)電機(jī)的原動相序錯，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓極性反向，由于反激勵磁場的存在導(dǎo)致電梯飛車造成事故。在交流電梯中電梯的向上與向下運(yùn)行是通過改變電動機(jī)供電電壓的相序?qū)崿F(xiàn)的，當(dāng)相序發(fā)生錯誤時，會使上與下運(yùn)行反向。在控制系統(tǒng)中必須采用相序保護(hù)，否則造成人身和設(shè)備的事故。安全觸板安全觸板是電梯一種近門安全保護(hù)裝置，它是一種機(jī)電一體式關(guān)門防夾安全裝置。與其同等作用的近門保護(hù)裝置是光幕保護(hù)裝置，屬于感應(yīng)式保護(hù)裝置。作用是在電梯自動關(guān)門過程中，防止人員或物品被夾受損。工作原理：

安全觸板屬于電梯轎門上的一個軟門，當(dāng)電梯轎廂在關(guān)門過程中接觸（安全觸板）或非接觸性（光幕）感應(yīng)到物體時，連接在近門的一個開關(guān)量會給控制柜一個開門信號。電梯開門，從而達(dá)到不傷人不傷物的作用。光幕電梯光幕是一種光線式電梯門安全保護(hù)裝置，適用于客梯、貨梯，保護(hù)乘客的安全。由安裝在電梯轎門兩側(cè)的紅外發(fā)射器和接收器、安裝在轎頂?shù)碾娫春屑皩Ｓ萌嵝噪娎|四大部分組成。在發(fā)射器內(nèi)有32個（16個）紅外發(fā)射管，在MCU的控制下，發(fā)射接收管依此打開，自上而下連續(xù)掃描轎門區(qū)域，形成一個密集的紅外線保護(hù)光幕。當(dāng)其中任何一束光線被阻擋時，控制系統(tǒng)立即輸出開門信號，轎門即停止關(guān)閉并反轉(zhuǎn)開啟，直至乘客或阻擋物離開警戒區(qū)域后電梯門方可正常關(guān)閉，從而達(dá)到安全保護(hù)目的，這樣可避免電梯夾人事故的發(fā)生。超載保護(hù)裝置