高層住宅電梯控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 按標準的規定，正確選擇電梯的類別和有關參數與尺寸，并根據這些參數與規格尺寸，設計和建造安裝電梯的建筑物。否則會影響電梯的使用效果。 電梯的組成部件 電梯是一種復雜的機電產品，一般由機房、轎廂、廳門及井道和井底設備等4 個基本部分組成。 機房位于電梯井道的最上方或最下方，用于裝設曳引機、控制柜、限速器、選層器、地震檢測儀、配線板、總電源開關及通風設備等。 本科生畢業設計（論文） 7 當機房設在井道底部時，稱為下置式曳引方式。由于此種方式結構較復雜，鋼絲繩彎折的次數較多，縮短了鋼絲繩的使用期限，增加了井道承重，且保養困難，所以一般不采用，只有機房不可能設在井道頂部時才采用。相反，機房上置式曳引方式因設備簡單，鋼絲繩彎折次數少，成本低，維護簡單等特點，最為普遍采用。如果機房 既 不可能設在井道底部，也不能設在頂部時，可考慮選用液壓式電梯，即機房側置式。 機房結構必須堅固，防震和隔音，有足夠的面積，、高度、承重能力和良好的通風條件，而且室內經常保持有適度的照明亮度，保持干燥清潔等。通常有如下的規定： 1)面積一般至少為井道側面積的 2 倍以上，對交流電梯，一般為 2～ 倍；對直流電梯，一般為 3～ 倍。 2)高度指機房地面至頂板的垂直距離。對客梯、病房梯，一般為 ～ 以上；對貨梯，一般為 ～ 以上。 3)承重能力。機房的地板要求能承重 6kPa(雜物梯為 4kPa)的均部載荷。在曳引機安裝的上方，應設吊鉤用于維修。鉤的承重能力如下：對額定載重量 500～3000kg 的電梯，應大于 2020kg； 對額定載重量 5000kg 的電梯，應大于 3000kg。 4)對于機房的設置有以下 3 種方式：機房下置式、機房上置式和機房側置式。 (1)曳引機 是電梯升降的動力源， 由曳引電動機、電磁制動器、減速器、曳引輪和盤車手輪等組成，通過業余繩與曳引繩輪的摩擦產生的牽引力來實現轎廂和平衡對重升降驅動裝置。按曳引電動機與曳引輪之間有無減速箱，又可以分為有齒輪曳引機和無齒輪曳引機。有齒輪曳引機采用渦輪蝸桿減速傳動。 a)曳引電動機：根據梯形的不同，可分別采用籠型單速電動機、籠型雙速電動機、籠型三速電動機或直流電動機。 b)電磁制動器：采用閉式雙制動瓦塊直流電磁制動器，電動機旋轉時松閘，停止時制動，以保持轎廂位置不變。 c)曳引輪：具有 V 形、半圓形或帶缺口的繩槽輪，靠摩擦力曳引起動。 d)盤車手輪：裝在曳引電動機的后端軸上，供盤手時使用。 (2)控制柜該裝置能發出指令，檢測各機器的動作情況，并具有控制功能，從而使電梯能安全、穩妥、快速到達目的層。該裝置由主電路接觸器、管理繼電器、控制繼電器、時限繼電器、半導體器等組裝而成。因是精密設備，所以要防塵，并保持良好的通風，以維持規定電溫度。 (3)限速器限速其為電梯限速保護裝置，是重要的安全設備。當電梯超過額定速度或失控時（為額定速度的 115%），限速器能發出電信號，自動切斷控制電路。如果轎廂仍然繼續高速下行，此時限速器則以機械方式操縱安全鉗動 作，將轎廂 本科生畢業設計（論文） 8 夾持在導軌上，阻止起繼續下降，避免產生不良后果。 電梯上的限速器大多屬于離心式限速器，由輪盤、開關、纜繩和夾鉗裝置構成，以旋轉所產生的離心力反映電梯的運行速度，常見的有甩塊式和甩球式兩種。軸承、銷部的磨損是誤動作的主要原因，會降低安全裝置的機能，故要經常檢查。 (1)轎廂是用來安全運送乘客及物品到目的層的箱體裝置，它的運行軌跡是在曳引鋼絲繩的牽引下沿導軌上下運行。 (2)對重又稱平衡重，起到平衡轎廂的作用（但這種平衡是相對的和變化的）。對重與轎廂通過曳引繩的連接，利用曳引繩與曳引輪 槽之間的摩擦力驅動轎廂的上升和下降。 （層門） 廳門是為確保在候梯廳的乘客安全而設置的開閉裝置，只有在轎廂停層和平層時才被打開。 (1)曳引鋼絲繩連接轎廂與對重，驅動轎廂上下運行。 (2)導軌使轎廂和平衡對重在井道內垂直升降的導向裝置。 (3)限速鋼絲繩、張緊裝置用以防止限速鋼絲繩的松弛或搖動，把轎廂速度正確地傳送到限速器的輔助裝置。 (4)補償鏈由于轎廂升降，轎廂側與對重側的曳引鋼絲繩重量比隨之變化。為了修正這個變化，減輕電動機的負載，將轎廂與對重用補償鏈連接起來，一般用于提升 高度超過 30m 的電梯。 (5)終端保護裝置由終端電氣保護裝置和機械緩沖裝置兩部分組成，終端電氣保護裝置由換速開關、限速開關和極限開關組成。機械緩沖裝置是指位于底坑的各種緩沖器，它們是電梯安全保護的最后一道措施，設置在井道底坑中且正對轎廂和對重，起作用是防止轎廂和對重沖頂撞底。常用的緩沖器有彈簧緩沖器和油壓緩沖器兩種。 主要組件：橋廂、懸吊系統、重量平衡系統、樓層開關、電機及調速器、控制盤、通訊系統。 本科生畢業設計（論文） 9 1— 控制柜 2— 限速器 3— 門聯動裝置 4— 轎門 5— 轎廂底板 6— 樓層地面 7—層門 8— 補償繩 9— 張緊裝置 10— 地坑 11— 緩沖器 12— 對重 13— 對重導軌 14—轎廂導軌 15— 井道壁 16— 導靴 17— 導軌壓板 18— 轎廂 19— 安全鉗 20— 曳引繩端接裝置 21— 曳引繩 22— 曳引機 23— 機房 圖 電梯結構示意圖 本科生畢業設計（論文） 10 第 3章 電梯 驅動 系統的設計 電梯驅動系統 電梯驅動系統是電梯的動力來源，它驅動電梯部件完成相應的運動，在電梯中主要有如下兩個運動：轎廂的升降運動，轎門及廳門的開關運動。轎廂的運動由拽引電動機產生動力，經拽引傳動系統進行減速、改變運動形式（將旋轉運動改變為直線運動）來實現驅動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅動。轎門及廳門的開關則由開門電動機產生動力，經開門機構進行減速、改變運動形式來實現驅動，其驅動功率較小（通常在 200W 以下），是電梯的輔助驅動 。 曳引機的選擇 拽引 電機 參數：載重， 1000Kg，速度， ,加速度， , )(102 )1( ?? ???????? ? VMKp p （ 31） 根據以上參數的所需電機功率： 根據實際電動機額定功率系列，對照電機選型參數表，可選上海南洋電機。該電機參數如下： 功率： 15KW 電壓： 380V 頻率： 50HZ 級數： 4 轉速： 1450r/min 電流： 36A 自重： 160Kg 本科生畢業設計（論文） 11 表 電動機選型參數表 門系統電機的選擇 電梯門機控制系統要使電梯門開關動作時快速起、停、加速、減速，且運行平穩，到位準確。要實現這個目標，需解決好電機的選擇問題，控制電路的選擇及設計問題。 三相異步電動機原理： 當向三相 定子繞組 中通過入對稱的三相交流電時，就序號 型號 功率 額定電壓 額定頻率 極數 額定轉速 額定轉矩 額定電流 電動機轉動慣量 重量 SERIALNo. TYPE POWER RATEDVOLTAGE RATEDFREQUENCY FPOLES RATEDSPEED RATEDTORUE RATEDCURRENT MOMENTOFINERTIA WEIGHT kW V Hz r/min A kg 1 380 50 4 1450 49 20 150 2 11 72 26 160 3 15 100 36 160 4 18.5 120 42 190 5 22 143 45 220 6 25 162 51 220 7 30 195 62 220 8 6 960 73 21 160 9 11 107 29 190 10 12 122 33 190 11 15 146 35 220 12 18 180 43 220 13 22 215 51 240 14 25 244 58 270 本科生畢業設計（論文） 12 產生了一個以同步轉速 n1 沿 定子和轉子 內圓空間作順時針方向旋轉的 旋轉磁場 。由于旋轉磁場以 n1 轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產生感應電動勢（感應電動勢的方向用 右手定則 判定）。由于轉子導體兩端被短路環短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子 磁場 中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產生 電磁轉矩 ，驅動轉子沿著旋轉磁場方向 旋轉。 通過上述分析可以總結出電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差 120 度電角度），通入三相對稱 交流電 后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割 轉子繞組 ，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作 用下將產生電磁力，從而在 電機 轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。 三相異步電動機的變頻調速： 變頻調速是改變電動機定子電源的 頻率 ，從而改變其同步轉速的調速方法。 變頻調速系統 主要設備是提供變頻電源的 變頻器 ，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交－直－交變頻器。 其特點： 效率高，調速過程中沒有附加損耗； 應用范圍廣，可用于籠型異步電動機； 調速范圍大，特性硬，精度高； 本方法適用于 電梯門電機調速 場合 。 通過對三相異步電 機的篩選，確定上海英皇激光科技有限公司的型號為 的三相異步電動機作為此次設計的電梯門電機使用電機。該電機技術參數如下： 額定功率 : 80W 額定電壓 : 220V 額定電流 : 額定轉速 : 930r/min 額定頻率 : 50HZ 變頻器的選擇 通用變頻器發展及前景概況 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能 本科生畢業設計（論文） 13 控制裝置。我們現在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式 (VVVF 變頻或矢量控制變頻 )，先把工頻交流電源通過整流器轉換 成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制 4 個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 最初開發的變頻器的根本目的并非為了節能，主要是交流傳動代替直流傳動，并滿足過程化控制的要求。變頻器技術是當今自動化技術中比較成熟、比較先進的技術，是電力技術、微電子技術、控制技術高度發展的產物。變頻器的主要工作原理是 :通過微電子器件、電力電子 器件和控制技術，將供給電機定子的工頻交流電源經過二極管整流成直流，再由 IGBT 等逆變為頻率和電壓都可調的交流電源，此電源再拖動電機和負載。 在網絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊網絡連接的變頻器系統可以最大程度上降低系統維護時間、提高生產效率、減少運行成本。另外，通過現場總線模塊，不同型號的變頻器以同一種編程語言和通訊協議來與不同功率段、不同型號的變頻器進行組態，如功率、速度、轉矩、電流、設定值等。 上世紀 80 年代外資變頻器產品開始進入我國市場，隨著我國經濟的高速發展和人們節能 環保意識的增強， 90 年代以來變頻器在工業領域的應用越發普及，行業規模迅速擴大。在過去的 20 幾年，我國變頻器行業從起步階段到目前正逐步開始趨于成熟，發展十分迅速。進入 21 世紀以來，我國中、低壓變頻器市場的增長速度超過了 20%，遠遠大于近幾年的 GDP 增長水平。 2020 年我國中、低壓變頻器市場容量已達 76 億元左右。 隨著國內對大規模變頻裝置的需求上升，高檔變頻產品的開發成功，變頻器智能化的開發已經成為當務之急。我們的變頻基本性能還沒有達到相應的水準，市場還沒有發育到這個程度。可喜的是，我們已經看到國內一些變頻企業 進行了有益的研發實踐，一方面消化國外的先進技術，一方面嘗試推出自己的變頻標準。 隨著市場的擴大和用戶端需求的多樣化，國內變頻器產品的功能在不斷完善和增加，集成度和系統化越來越高，并且已經出現某些專用變頻器產品。另外，變頻器的應用領域也在不斷擴大。目前，我國變頻器市場正處于一個高速增長的時期，在電力、有色