VVVF电梯电力拖动控制系统设计毕业论文Word格式.docx
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特别是在高层建筑中,电梯是不可缺少的垂直运输设备。
电梯作为垂直运输的设备,其特点是在高层建筑物中所占的面积很小,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、有小弟运送到不同的楼层。
随着社会的发展,电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样,成为重要的运输设备之一。
1.12电梯的发展史和发展趋势
20世纪初,美国出现了曳引式是电梯,近一百年来,曳引式电梯一直受到重视,并发展沿用至今。
在之后的几十年里,电梯的自动平层控制系统以及通过交换电动机极数的调速方法来调整电梯运行速度的技术相继研制成功,二战后电子技术被广泛应用于电梯领域的同时,陆续出现了群控电梯、超高速电梯。
随着电力电子技术的发展,晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统,是电梯的拖动系统简化,性能提高。
同时交流调压调速系统的研制与开发,使交流电梯的调速性能有了明显的改善。
上世纪80年代,通过控制电动机定子供电电压与频率调整电梯运行速度的调压调频技术研制成功,出现了交流变压变频(VVVF)调速电梯,开拓了电梯拖动的新领域。
随着智能化、信息化建筑的兴起和完善,对电梯的要求不只停留在完成垂直升降运输的基本功能,还应以人为本,提高舒适度,采用模糊理论、神经网络专家系统等方法,以期实现单梯与群控管理的最佳模式、合理的配置与应用、远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。
1.2电梯的分类
1.21按用途分类
(1)乘客电梯:
为运送乘客设计的电梯,要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。
(2)载货电梯:
主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。
(3)医用电梯:
为运送病床、担架、医用车而设计的电梯,轿厢具有长而窄的特点。
(4)杂物电梯:
供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。
(5)观光电梯:
轿厢壁透明,供乘客观光用的电梯。
(6)车辆电梯:
用作装运车辆的电梯。
(7)船舶电梯:
船舶上使用的电梯。
(8)建筑施工电梯:
建筑施工与维修用的电梯。
(9)其它类型的电梯:
除上述常用电梯外,还有些特殊用途的电梯,如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。
1.22按驱动方式分类
(1)交流电梯:
用交流感应电动机作为驱动力的电梯。
根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。
(2)直流电梯:
用直流电动机作为驱动力的电梯。
这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。
(3)液压电梯:
一般利用电动泵驱动液体流动,由柱塞使轿厢升降的电梯。
(4)齿轮齿条电梯:
将导轨加工成齿条,轿厢装上与齿条啮合的齿轮,电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。
(5)螺杆式电梯:
将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹,再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶,然后通过电机经减速机(或皮带)带动螺母旋转,从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。
(6)直线电机驱动的电梯:
其动力源是直线电机。
1.23按速度分类
(1)低速梯:
常指低于1.00m/s速度的电梯。
(2)中速梯:
常指速度在1.00~2.00m/s的电梯。
(3)高速梯:
常指速度大于2.00m/s的电梯。
(4)超高速:
速度超过5.00m/s的电梯。
1.24按电梯有无司机分类
(1)有司机电梯:
电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。
(2)无司机电梯:
乘客进入电梯轿厢,按下操纵盘上所需要去的层楼按钮,电梯自动运行到达目的层楼,这类电梯一般具有集选功能。
(3)有/无司机电梯:
这类电梯可变换控制电路,平时由乘客操纵,如遇客流量大或必要时改由司机操纵。
1.25按操纵控制方式分类
(1)手柄开关操纵:
电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关,实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。
(2)按钮控制电梯:
是一种简单的自动控制电梯,具有自动平层功能,常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。
(3)信号控制电梯:
这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。
除具有自动平层,自动开门功能外,尚具有轿厢命令登记,层站召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能。
(4)集选控制电梯:
是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯,与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。
(5)并联控制电梯:
2~3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制,共用层站外召唤按钮,电梯本身都具有集选功能。
(6)群控电梯:
是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。
群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。
1.26特殊电梯
(1)斜行电梯:
轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行,是集观光和运输于一体的输送设备。
特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后,斜行电梯发展迅速。
(2)立体停车场用电梯:
根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。
(3)建筑施工电梯:
是一种采用齿轮齿条啮合方式(包括销齿传动与链传动,或采用钢丝绳提升),使吊笼作垂直或倾斜运动的机械,用以输送人员或物料,主要应用于建筑施工与维修。
它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。
2电梯的结构
图1.1曳引式电梯结构图
1、减速箱2、曳引轮3、曳引机底座4、导向轮5、限速器6、机座7、导轨支架8、曳曳引钢丝绳9、开关碰铁10、紧急终端开关11、导轨12、轿架13、轿门14、安全钳15、导轨16、绳头组合17、对重18、补偿链、19、补偿链导轮20、张紧装置21、缓冲器22、底坑23、层门24、呼梯盒(箱)25、层楼指示灯26、随心电缆27、轿壁28、轿内操纵箱29、开门机30、井道传感器31、电源开关32、控制柜33、曳引机34、制动器
电梯是机与电紧密结合的复杂产品,其基本组成包括机械部分和电气部分,但从空间上考虑一般分为以下几部分:
(1)机房部分包括电源开关、曳引机、控制柜、选层器、导向轮、减速器、限速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。
(2)井道部分包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、地坑及井道照明等。
(3)层站部分包括层门、呼梯装置、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等。
(4)轿厢部分包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通信及报警装置等。
2.1机房部分
(1)曳引机
曳引系统和曳引机的组成
曳引系统组成:
曳引机、曳引绳、导向轮、反绳轮等。
曳引机作用:
是电梯轿厢升降的主拖动机械。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重(或者两端固定在机房上),依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用:
分开轿厢和对重的间距,采用复绕型时还可增加曳引能力。
导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。
(2)曳引钢丝绳及端接装置
组成:
钢丝-是钢丝绳的基本强度单元,要求有很高的韧性和强度,通常由含碳量为0.5%~0.8%的优质碳钢制成。
钢丝的质量根据韧性的高低,即耐弯次数的多少,可分为特级、I级、Ⅱ级。
电梯采用特级钢丝。
我国电梯使用的曳引绳钢丝的强度有1274、1372和1519N/mm2三种。
绳股-按绳股的数目有6、8和18股绳之分。
股数多其疲劳强度就高。
电梯一般采用6股和8股钢丝绳。
绳芯-绳芯是被绳股缠绕的挠性芯棒,起支承和固定绳股的作用,并储存润滑油。
绳芯有纤维芯和金属芯两种。
电梯曳引绳采用纤维芯。
电梯曳引钢丝绳承受着电梯全部悬挂重量,且反复弯曲,承受很高的比压,还要频繁承受电梯起动和制动的冲击。
因此,对电梯曳引钢丝绳的强度、耐磨性和挠性均有很高的要求。
强度的要求用静载安全系数表示:
k=Pn/T
k-安全系数;
P——钢丝绳的破断拉力;
n——钢丝绳根数;
T——作用在轿厢侧钢丝绳上的最大静载荷,包括:
轿厢自重、额定载重和轿厢侧钢丝绳的最大自重。
(3)导向轮和反绳轮
导向轮:
将曳引钢丝绳引向对重或轿厢的钢丝绳轮,安装在曳引机架或承重粱上。
反绳轮:
设置在轿厢顶部和对重顶部位置的动滑轮以及设置在机房里的定滑轮。
其作用是根据需要,将曳引钢丝绳绕过反绳轮,用以构成不同的曳引绳传动比。
根据传动比的不同,反绳轮的数量可以是一个、两个或更多。
曳引绳传动比:
是曳引绳线速度与轿厢运行速度的比值。
(4)控制柜
电梯控制柜安装在曳引机旁边,是电梯的电气装置和信号控制中心。
早期的电梯控制柜中有接触器、继电器、电容、电阻器、信号继电器、供电变压器及整流器等。
目前,电梯控制柜大多由PLC和变频器组成或由全电脑板控制。
控制柜的电源由机房的总电源开关引入,电梯控制信号线由电线管或线槽引出,进入井道再由扁型或圆型随行电缆传输。
由控制柜接触器引出的驱动电力线,用电线管送至曳引机的电动机接线端子。
(5)限速器-安全钳
电梯中限速器与安全钳成对出现和使用,是电梯中最重要的一道安全保护装置。
作用:
超载、打滑、断绳、控制失控等时,电梯轿厢超速向下坠落,限速器—安全钳动作,将矫厢紧紧地卡在导轨之间。
电梯一般只在轿厢侧设置限速器与安全钳。
限速器、限速钢丝绳、安全钳、底坑张紧装置。
限速器:
安装在电梯机房的地面上;
安全钳:
安装在轿厢两侧,贴近电梯导轨,它的联动装置设在轿顶;
张紧装置:
位于井道底坑内,固定在矫厢导轨背面,作用是张紧限速器钢丝绳;
该绳两端分别绕过限速器轮和底坑张紧轮,两个接头固定在轿厢侧面。
2.2井道部分
(1)导轨
导轨和导靴是电梯轿厢和对重的导向部分。
导轨种类:
T型、L型(低速)、槽行、其他导轨长度一般为3~5m,不允许采用焊接和螺栓直接连接,需用专门的连接板连接。
对导轨的材料、表面粗糙度、安装精度都有要求。
(2)导靴
导靴的凹形槽与导轨的凸形工作面配合,使轿厢或对重沿着导轨上下移动现导向功能。
通常,导靴与导轨间存在摩擦。
导靴的安装位置电梯轿厢导靴被安装在轿厢上梁和底部安全钳座的下面与导轨接触处,每台电梯的轿厢共安装4套。
对重导靴安装在上、下横梁两侧端部、每台电梯的对重侧安装4套导靴。
导靴的分类固定式滑动导靴--常用于低速载货电梯中。
电梯运行速度<
0.63m/s。
导靴与导轨之间存在一定的间隙,随着运行时间,间隙会越来越大,电梯运行中会出现晃功。
保养时常常需要用黄油润滑导轨。
弹性滑动导靴--弹性导靴的靴头只能在弹簧的压缩方向上作轴向移动。
靴头是浮动的。
弹性滑动导靴的弹簧压缩值是可调的。
缓冲器
(3)缓冲器
缓冲器的作用是电梯最后一道保护装置。
将运动着的轿厢和对重在一定的缓冲行程或时间内减速停止。
缓冲器安装在底坑内,2吨以上贷梯轿厢下装两个缓冲器,2吨以下电梯轿厢下装1个缓冲器。
对重侧一般只配1个缓冲器。
缓冲器的类型:
弹簧缓冲器--是一种蓄能型缓冲器,常用于低速电梯(<
=1.0m/s)中,由缓冲胶垫、缓冲座、圆柱螺旋型弹簧座组成。
特点:
有回弹。
在任何情况下缓冲器的行程不得小于65mm,要能承受轿厢质量和载重之和(或对重质量)的2.5~3倍的静载荷在115%额定速度下的重力制停距离。
即缓冲行程S=0.0674V2。
(4)随行电缆
轿厢内外所有电气开关、照明、信号控制线等都要与机房控制柜连接,轿内按钮也要与机房控制柜连接,所有这些信号的信息传输都需要通过电梯随行电缆。
随行电缆在轿厢底部固定牢靠并接入轿厢。
(5)补偿装置
原因:
当电梯提升高度超过30m以上时,悬挂在曳引轮两侧的曳引钢丝绳的重量不能再忽略不计了。
为了减小曳引机的输出功率,就要抵消曳引钢丝绳的重量对电梯运行的影响。
采取在轿厢底部和对重底部加装补偿装置。
(6)对重
减小电梯曳引机的输出功率;
减小曳引轮与钢丝绳之间的摩擦曳引力,延长钢丝绳寿命;
如果电梯在“冲顶”和“蹲底”时,使电梯失去曳引条件。
对重装置的重量计算公式:
P=G+KQ;
P-对重侧总重量;
G-轿厢自重;
Q-电梯额定载重。
K-0.45~0.55(轻载取小值,重载取大值);
为防“冲顶”、“蹲底现象,在井道中常设置减速开关、限位开关和极限开关。
种类:
减速开关(强迫减速开关)――安装在电梯井道内顶层和底层附近,第1道防线。
限位开关(端站限位开关)――电梯同样有上、下限位开关各1个,安装在上下减速开关的后面。
上限位开关动作后,如下面层楼有召唤,电梯能下行;
下限位开关动作后,如上面楼召唤,电梯也能上行。
极限开关(终端极限开关)――是电梯安全保护装置中最后一道电气安全保护装置。
有机械式和电气式两种。
机械式常用于慢速载货电梯,是非自动复位的;
电气式常用于载客电梯中(该开关动作后电梯不能再启动,排除故障后在电梯机房将此开关短路,慢车离开此位置之后才能使电梯恢复运行)。
2.3层站部分
(1)层门
是电梯在各楼层的停靠站,也是供乘客或货物进出电梯轿厢通向各层大厅出、口。
门框、门板、门头架、吊门滚轮、层门地坎、门联锁。
分类(按电梯开关门的方向):
中分式、折叠中分式、旁开式等。
电梯层门上的门联锁是电梯中最重要的安全部件之一。
是带有电气触点的机械门锁。
电梯安全规范要求所有厅门锁的电气触点都必须串联在控制电路内。
只有在所有层楼的层门都关好,且其门上的联锁锁钩与门架上的锁壳钩子勾上以后,门联锁电气触头才被接通,所有楼层层门的门锁电气触头都接通以后,电梯的门回路接通,电梯才能启动运行。
当轿厢到达某一层站并达到平层位置时、这一层的层门才能被轿门上的开门刀拨开。
(2)电梯层楼显示器
安装在电梯层门上方或门框侧面与外呼按钮一起。
分类:
分离式显示器――例如,当达6层时,显示器的6号灯泡被点亮,常被用于旧式电梯,现已被淘汰;
七段码显示器――是现代电梯中最普及的一种。
它由七段显示笔划组成一个数字位;
其每一划可由氖泡、发光二极管或阴极管点亮;
发光管点阵显示器――采用LED点阵显示模块,不但显示数字,也可以显示汉字;
荧屏显示器
(3)层站呼梯按钮
供电梯乘客发送上行或下行呼梯指令用。
(4)门入口的安全保护装置
接触式保护装置、光电式保护装置、电磁感应式保护装置、超声波监控装置、红外线光幕式保护装置。
2.4轿厢部分
(1)轿厢架
是固定和悬吊轿厢的框架,它是轿厢的主要承载构件。
上梁、立梁、下梁、拉条。
(2)轿厢体
轿厢底、轿厢壁、轿厢顶、轿厢门。
轿顶上强度应能支撑两个维修人员的重量;
为了维修方便,轿顶还设有轿顶检修盒,包含系列开关;
轿门一般是封闭门,可以为中分、双折中分、双折单方向旁开门。
(3)轿厢操纵箱
轿厢内在轿门旁设置有轿厢操纵箱,供乘客操作电梯用。
操纵盘(内呼按钮盘)、副操纵盘(与主操纵盘对应,在轿厢的另一侧,属购梯选择件)、轿内指层显示器。
操纵盘上功能:
装有对讲机、紧急救援开关-警铃按钮、开关门按钮、楼层按钮等供乘客使用;
在操纵箱的下面带钥匙锁控制盒内,有检修上或下行点功按钮、直驶按钮、风扇电源开关、照明电源开关、司机/自动开关、检修/自动开关、停止开关、独立运行开关等供专业技术人员使用。
(4)自动开门机
装在轿厢靠近轿门处,由电动机通过减速装置(齿轮传动或蜗轮传动或带齿胶带传动)带动曲柄摇杆机构去开、关轿门,再由轿门带动层门开关。
轿门是主动门,而层门则是到站后通过轿门上的开门刀插入该层门门锁内,使门联锁首先断开电气开关,然后将层门一起联动着打开或关闭,属于被动门。
(5)安全钳装置
安全钳与限速器一起成对使用,是电梯中最重要的安全装置之一。
安全钳的作用:
在轿厢或对重故障下落超速时,限速器先动作,断开安全钳电气安全开关,切断曳引机电源,之后拉起安全钳拉杆使安全钳钳头将轿厢卡在井道导轨上,使轿厢不致下坠,起超速时的安全保护作用。
瞬时式安全钳―低速电梯、滑移式安全钳―高速电梯
(6)平层感应装置
当电梯轿厢按轿内或轿外指令运行到站进入平层区时,平层隔磁(或隔光)板即插入感应器中,切断干簧感应器磁回路(或遮挡电子光电感应器红外线光线),接通或断开有关控制电路,控制电梯自动平层。
注意:
平层感应装置安装在轿顶上,平层隔磁(隔光)板安装在每层站平层位置附近井道壁上。
(7)超载与称载装置
为防止电梯发生超载事件,确保电梯运行安全。
当轿厢载员达到额定载荷的110%时,称重机构动作,切断电梯控制电路使电梯不关门、不运行;
同时点亮超载信号灯,超载蜂鸣器响。
常用超载装置类型有:
轿底式称重装置――有活动轿底式(轿厢体与轿底分离,称重装置被设在轿底与轿厢架之间);
活动轿厢式称载装置(用6~8个均匀分布在轿底框上的橡胶块作称重元件)。
轿顶式称重装置――以曳引钢丝绳绳头上的弹簧组作为称重传感元件或有四个橡胶块均匀安装在轿厢梁下面。
机房称重式称重装置――一般用于载货电梯。
3电梯的电力拖动系统
3.1常见的电梯的电力拖动方式
(1)轿厢升降运动的电力拖动方式:
直流拖动(单相励磁、发电机组供电的直流电动机拖动;
三相历次、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)轿门急停门开关运动的电力拖动方式:
直流电动机电枢串、并联电阻调速拖动方式、直流电动机斩波调压调速拖动方式、交流异步电动机VVVF调速拖动方式、力矩异步电动机拖动方式、直线电动机拖动方式、伺服电动机拖动方式。
3.2电梯的速度曲线
3.21电梯运行的速度曲线的确定方法
电梯在运行时,伴随着频繁的起动加速和制动减速过程,对电梯的电力拖动系统首先要考虑运行效率。
其次,电梯是垂直升降的运输设备,与乘坐水平方向运动的交通工具相比,人对电梯运行速度的变化显得更为敏感。
因此,对电梯拖动系统的控制,还必须要考虑乘坐舒适感。
为此,需要给出既能提高电梯运行效率又能改善乘坐舒适感的电梯运行速度给定曲线。
(1)电梯运行距离为S,以加速度am起动加速。
当匀加速到最大运行速度Vm’时,再以am匀减速运行,直到零速停靠。
即以三角形速度曲线运行。
此曲线运行时间T’最短,运行效率最高。
(2)电梯以加速度am起动加速。
当运行到时间t1时,最大速度达到Vm=amt1;
再以速度Vm匀速运行到时间t2。
然后,以匀减速度am运行直至零速停靠,即以梯形速度曲线运行。
(3)上述梯形速度曲线运行效率虽然较高,但是其加速度a却由零突变到am值,其变化率为无穷大。
这样,不但对电梯机构会造成过大的冲击,还使乘坐舒适感变差。
国家标准规定,加速度最大值am不得大于1.5m/s2,ρ不大于1.3m/s3。
由此可知,电梯的运行需要选择恰当的加速度a和加速度变化率ρ的数值,使其既能满足乘坐舒适感的要求,又能使电梯运行时间尽可能地缩短,提高运行效率。
这样,电梯在起动时,应该是逐渐加速的过程,并要逐渐地过度到稳定运行阶段。
因此,理想速度曲线通常是抛物线-直线型曲线。
3.22电梯速度曲线的计算
已知:
图书馆大楼电梯为五层楼电梯,层高Hl3.2m左右,要求:
为其设计合适的电梯速度曲线,满足图书馆大楼的需求。
起动段速度曲线如图2.1所示,各段曲线的运行速度方程式列写如下:
AE段(抛物线)V=Kt2(0《t《tE)
EF段(直线)V=VE+aE(t-tE)
FB段(反抛物线)V=VN—K(tB—t)(tF《t《tB)
图3.1电梯起动段速度曲线
首先确定4个公式
(1)AE段a=2kt,p=2k=ρm
则VE=KtE2=ρm/2*(am/ρm2)=am2/2ρm………………………………公式1
(2)根据起动段速度曲线图2.1,隐影部分面积对称相等,所以可以求出启动过程走过的距离:
HQ=1/2VBtB=VE*2tE=VE*tE=KtE2*2tE=2*ρm/2*(am/ρm)3=am3/ρm2。
考虑到电梯单层运行要求,即2HQ《Hl,所以
am3/ρm2《Hl/2=1.6m………………………………........................................公式2
设计电梯时还要考虑到电梯的快速性要求:
起动段的平均加速度aP=Vn/Tq》0.48m/s2(Vn《2m/s时)
aP=Vn/Tq《0.65m/s2(Vn>
2m/s时)
通过图曲线观察发
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