電力拖動系統按電動機供電種類區分，有交流拖動系統和直流拖動系統。直流拖動系統的發電機——電動機可控硅勵磁系統。可控硅直接供電系統。交流拖動系統有交流雙速電動機、交流調壓調速系統及變頻變壓調速系統。

　　直流電動機調速，機械特性硬，調速范圍大等優點，但直流電動機具有換向器日常維護量大，耗能高的缺點。由于電子元器件的高速發展大功率高反壓場效應三極管IGBT的問世，使得變頻變壓調速系統更加成熟。電梯拖動系統被采用已成為現實。變頻變壓調速系統用在電梯上有體積小、節能等優點，在調速性能方面可以與直流拖動系統媲美，目前采用變頻變壓調速的電梯其速度可

達6m／s。

 

 

第一節  直流電梯拖動系統

 

　　直流電動機的調速性能好，調速范圍寬，在電梯拖動系統中已被廣泛采用，早期的高層建筑中電梯速度可達7m／s，天津電視塔電梯5m／s。

　　直流電動機的調速原理：

　　根據電路圖4—1列出直流電動機的電勢平衡方程式。

　　∵電動機轉子施加的電壓與反電勢的關系：

　　電動機反電勢與勵磁磁通之間的關系：

 

　　 ∴導出直流電動機的轉速的關系式：

 

　　式中：

　　Ea——電動機感應電動式

　　Ua——外加電壓

　　R_aT——外接電阻

　　R_T——磁場外接電阻

　　Ia——轉子電流

　　U_T——勵磁電壓

　　I_T——勵磁電流

　　Ce——電機常效

　　 ——勵磁磁通

　　n——電動機轉速

　　Ra——電動機轉子電阻

 

 

圖4—1  直流調速電路

 

　　從以上公式可知直流電動機調速方法有三個：改變供電電壓Ua、在轉子電路中串入可調電阻及RaT、改變定子磁通，都可以調節電動機的轉速。如改變R_aT與時，電動機特性變軟，同時調節范圍小。

　　改變供電電壓Ua，可以獲得比較大的調速范圍，因為轉子內阻Ra很小，機械特性硬度很高。

　　在不同的供電電壓下，可以獲得一簇電動機的機械特性。見圖4—2。而且Ua波動時n變化也很小。調速范圍與電壓變化成正比。

 

 

圖4—2  機械特性

 

　　

　　n_H——電動機額定轉速

　　n——調節轉速

　　對電梯額定速度1．75m／s，平層速度0．15m／s而言。調速范圍1：12就可以了。

 

　　直流電梯拖動系統調速方式有兩種，可控硅供電系統和可控硅勵磁系統。

 

　　一、可控硅供電系統

 

　　該供電系統一般用在無齒輪的高速電梯中，如圖4—3所示。三相變壓器BO對電網起電隔離作用，同時給可控硅整流裝置SCR₁與SCR₂供電。SCR₁為正組可控整流裝置，SCR₂為反組可控整流裝置，兩組可控硅反并聯。電梯向上運行時正向組工作，反向組處在逆變狀態。電梯向下運行時，反—向組工作，正向組處在待逆變狀態，1L、2L電抗器，M直流電動機轉子。

 

 

圖4—3  主電路

 

　　二、可控硅勵磁系統

 

　　在直流快速電梯調速中已得到廣泛采用。主要是利用SCR整流橋調節直流發電機磁場電流的大小以改變發電機的轉子輸出電壓Ua，控制直流電動機的轉速，達到調速的目的。

　　1．三相可控硅勵磁系統

　　主電路如圖4—4所示，由6只SCR組成三相半波零式整流線路。

 

 

圖4—4  三相勵磁電路

 

　　電抗器1L與2L是均衡電抗器為限制環流。OFT是發電機勵磁磁場線圈，G發電機轉子、M電動機轉子、BO是△／Y接法的三相變壓器。

　　圖4—5是發電機電動機系統傳動示意圖。直流發電機G，由三相交流原動機M驅動。發電機磁場繞組OFT由三相或單相可控硅SCR整流裝置勵磁。測速發電機TG與直流電動機M同軸，測速發電機發出的電壓與電動機M的轉速成正比。電動機的它激磁場繞組OM由另一直流電源供電，電阻R用以調整勵磁電流。

 

 

圖4—5  直流傳動示意圖

 

　　在方框圖4—6中。給定部分由直流穩壓電源及由方向繼電器JSY，JXY及快車繼電器JQF，檢修繼電器JLF組成電壓分配器。給一次積分器輸入一個可以反向的節躍電壓。在一次積分電路中為了加快積分時間，提高速度曲線的線性度，還采用高壓附加電源。為了使速度曲線比較理想化在二次積分電路的輸入中附加了二極管轉換電路及100H的電抗器，以便得到起始拋物線，提高電梯啟動舒適感。二次積分后得到一個完整的以時間為原則的電梯運行速度曲線。其輸出給速度調節器，對電梯速度進行調節。速度調節器由比例放大器及比例積分環節組成。

 

 

圖4—6  三相勵磁系統方框圖

 

　　測速發電機由電動機帶動發電，得到一個與電梯速度成正比的電壓信號，其極性與給定電壓相反。在調節器輸入端給定電壓與測速發電機電壓串聯比較得到一個速度差信號，加到比例積分調節器中進行放大，調節器的輸出電壓施加到兩套觸發器，使正向及反向脈沖觸發器同時得到兩個大小相等、符號相反的控制信號，使兩組觸發器產生的脈沖同時向兩個相反的方向位移，用來控制可控硅整流器輸出電壓的大小和極性。

　　如果電梯控制電路定為上方向JSY↑，JQF↑給定為(+)電壓，與測速機比較后給調節器一個正輸入，其有一個負輸出，使正向脈沖前移，其對應的1·3·5SCR處在整流輸出狀態。與此同時反向組脈沖后移，其對應的2·4·6SCR處在待逆變狀態。整流組給發電機定子繞組一個I+方向的勵磁電流電梯向上運行，反之電梯向下運行。在系統中的電壓軟反饋環節由電感L及電阻R組成。取電阻R的電壓作為反饋信號，電感L把發電機電壓的高次諧波濾掉，電阻R的電壓經RC微分后加到調節器的輸入端，此電路在電梯開始啟動和制動中起穩定作用。 

　　2．單相可控硅勵磁系統

　　三相可控硅勵磁系統，電路復雜成本高，為此采用單相可控硅勵磁系統也能滿足快速電梯的要求。

　　在方框圖4—7中可以看出，調節器是單向輸出，用一個單結晶體管脈沖發生器可以同時觸發兩個可控硅。該系統是不可逆的。只有通過方向繼電器JSY，JXY改變勵磁電流方向控制電梯的上行與下行。積分器、轉換電路與三相勵磁系統相同。

 

 

圖4—7  單相勵磁系統方框圖

 

　　3．調節放大器的工作原理

　　因為電力拖動系統中對速度的調節都采用比例積分調節器，在電梯拖動系統中無論交流調速還是直流調速都采用速度調節器，在這里簡述其工作原理和在系統中的作用。

 

 

圖4—8 PI調節器

 

　　在圖4—8a中，A點是虛地，因為放大器開環增益很高。所以輸出電壓的絕對值是：

　　，因為放大器輸入阻抗非常大，所以，調節器的輸出電壓

　　，從公式可以看出，輸出電壓由兩部分組成，輸入電壓和放大倍數的乘積及電容電壓的積分。由特性曲線也可直接看出。

　　物理分析是當調節器有一個動態輸入時，電容器C阻抗很小近似為零，這時調節器的放大倍數比較低，調節器輸出電壓低。當輸入Usr穩定時，電容器相當于開路，放大器的放大倍數很高，接近開環放大增益。所以采用調節器可以得較高的靜態增益，又能具有較快的反應速度。

　　在電梯拖動系統中，電梯負載的變化，電動機勵磁電壓的波動，都可以維持電動機恒速。從而使系統具有機械特性硬，調速范圍大，電梯舒適感好，平層精度高的優點。

　　4．可控硅勵磁系統的速度曲線

　　三相勵磁系統速度曲線：

　　圖4—9a曲線1是一次積分電容1C的自然充電特性。曲線2是帶有附加電源VF的充電特性。圖4—9b是在二次積分電容2C充電電路中串有100H電感及電阻只的充電特性。

　　圖4—9c當快車繼電器JQF↑時，積分電路有一個節躍電壓V_G為高速給定電壓。當JQF↓時有一低速給定電壓V_D。由于電容1C、2C、電感L的作用，在圖4—9d的輸出電壓Usc的輸出波形是圖4—9c的速度曲線。電容器1C及2C的作用是形成圓角2和4，電感L的作用是形成圓角1和3。從曲線K點發停車信號由機械抱閘制動形成K斜線。

 

 

圖4—9  給定積分電路

 

　　電梯的啟動是依時間為原則，當JQF↓在F點開始換速停車也是時間原則。以時間為原則減速的電梯控制系統，乘梯舒適感不易保證。低速爬行平層時間長，電梯效率低，平層精度差的缺點。

　　在單相勵磁系統中，電梯在平層停車前，為了保證平層準確度，增加了平快給定，如圖4—10所示。

 

 

圖4—10  真實的速度曲線