电梯门机直流调速装置设计

1 电梯门机直流调速装置设计 摘 要：本文介绍了电梯的发展史，以及现今的电气控制状况，它决定着电梯的性能、自动化程 度和运行的可靠性。然后介绍了作为电梯门机的技术要求，并就采用直流调速还是交流调速做出了 比较，最终采用了直流调速装置。接着又着重介绍了直流电机的调速种类，做出比较，根据设计要 求最终采用了串电阻的调速方法，很好的满足了技术要求。 关键词：电梯门机 直流调速 电阻 随着现代化城市的高速度发展，每天都有大量人流及物流需要输送。而在今天，为节约城市用 地和适应经贸事业迅速发展的需要，一幢幢高楼拔地而起时，在每幢高层建筑内的垂直输送将是一 个突出问题了。上海浦东新区兴建的金贸大厦，该高层建筑高度 420.5 米，建筑面积 22 万平方米， 总投资 10 对偶亿元，由国家经贸部和上海市共同投资。其中电梯 60台，自动扶梯 18 台。上海东方 明珠电视塔内安装了 6 台高速乘客电梯，其中有一台为双轿厢的电梯，额定载重量为 3500kg，额定 速度为 4m/s，行程为 277m。还有两台电梯的额定载重量为 2000kg，额定速度为 7m/s，最高行程达 286.3m，这些电梯是目前国内载重量最大，速度最高的乘客电梯。 在超高层建筑里，电梯的作用在一定程度上比建筑本身更为重要。由于超高层建筑的电梯井道 的占用面积相对于大楼使用面积比例教大，如果设计稍有疏忽的话，就很容易降低建筑物的使用功 能，或造成垂直交通拥挤。而现代的超高层建筑都是多功能多用途的综合性大楼，我们必须仔细地 进行大楼的交通 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，依据计算结果，再行确定所用电梯的数量，配置方式，控制方式及有关参数 等，以期大楼的垂直交通处于最佳状态。例如：芝加哥的新第一国家银行大楼是一幢 60 层，高 260m 的建筑物，其中设置了总数为 50 台的电梯群及 10 台自动扶梯群。电梯组分为两个台数相同的电梯 群，两电梯群及自动扶梯群分别集中于大楼的两个进出口。这是由于银行业务的需要，没有把电梯 配置在大楼的中央位置。这座大楼 22 层以下是银行使用，电梯速度为 5m/s，23 层以上供出租用， 电梯速度从 23~39 层为 7m/s，39 层以上为 8m/s。 由上述可知，电梯与自动扶梯和人们的工作与生活有着越来越密切的关系，电梯已经成为人们 工作与生活攸关的垂直交通工具。 一、电梯的电气控制系统 电梯控制系统是电梯的两大系统之一。电气控制系统由控制柜、操控箱、指层灯箱、召唤箱、 限位装置、换速平层装置、轿顶检修箱等十几个部件，以及拽引电动机、制动器线圈、开/关门调速 开关、极限开关等十几个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电梯的电 气控制系统与机械系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确 定之后，机械系统各零部件就基本确定了，而电梯控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯 安装使用的地点和乘载对象来进行认真的选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。电梯的控制 系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行的可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一 步展开，电梯控制系统改进换代迅速。在国产电梯中，在中间逻辑控制方面，已经淘汰了继电器控 制，采用了可编程控制（PLC）和微机控制。在拖动方面，除了速度 V〈=0.63m/s 的低速梯仍有部分 产品采用交流双速电动机变极调速拖动外，对于速度 V〉=1.0m/s 的各类电梯中，均已采用交流调压 调速和交流调频调压调速的拖动系统。新的电气控制系统和拖动系统的出现，不但改善了电梯的性 能，而且还提供了电梯的运行可靠性，使我国的电梯工业提高到一个新的水平，基本上实现了乘用 安全、可靠、舒适的愿望。 二、电梯的门系统 门的关闭、开启的动力源是门电动机，通过传动机构驱动轿门运动，再由轿门带动层门一起运 动。根据电梯的使用要求，可以选择适当的传动系统。传动机构应满足：安全可靠、运行平滑、噪 声小、重量轻和体积小等要求。从安全考虑，门在平均关门速度下的动能应不超过 10J，阻止关门 2 力应不超过 150N。 三、电动机的选择 电梯门机控制系统要使电梯门开关动作时快速起、停、加速、减速，且运行平稳，到位准确。 要实现这个目标，需解决好电机的选择问题，控制电路的选择及设计问题，以及电机的控制策略问 题。众所周知，在所有的电机中，直流电机的调速特性最好，但其不可避免的有刷结构制约了其应 用场合。在工业生产中大量应用的交流异步电机虽然控制简单，却有着调速精度不高的问题，而交 流同步电机存在着控制复杂，容易失步的缺点。相对而言，直流电机有着交流电机不具备的优点。 系统 性能 交流异步电机 直流电机 机械特性 软 硬 过载能力 小 大 可控性 难 易 平稳性 差 好 噪声 较大 大 电磁干扰 小 严重 维修性 易 难 寿命 长 短 体积 大 小 效率 低 高 成本 低 高 四、直流电机工作原理和结构 （一）、 工作原理 直流电机是直流发电机和直流电动机的总称，二者在结构上没有什么区别。发电机是由原动机 拖动电枢旋转而发出直流电，将输入的机械能转换成直流电能。电动机则是输入直流电能，使电枢 旋转拖动其他机械，将电能转换成机械能。 发电机的的基本原理是导体切割磁力线而感应电动势，电动机的基本原理是载流导体在磁场中 受到电磁力的作用而产生运动，它们的工作原理都是“电”和“磁”的关系，因此，直流电机既可 以用来做发电机又可以用来做电动机。 （二）、 结构 任何电机都必须具有满足电磁和机械两方面要求的合理的结构形式。要实现机电能量变换，电 路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机具备静止和转动的两大部分，静止和转动部分之间要 有一定大小的间隙。直流电机的静止部分称为定子，它的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、 机座和电刷装置等组成。转动部分就是转子，通常称为电枢，它的作用是产生电磁转矩和感应电动 势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。 五、他励直流电动机的调速方法 (一)、电枢串电阻调速 他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串入不同 的电阻时，电动机运行于不同的转速。该图中负载是恒转矩负载。比如原来没有串入电阻时，工作 点为 A，转速为 n，电枢中串入电阻 R1 后，工作点就变成 A1，转速降为 n1。电动机从 A——A′— —A1 运行的物理过程，与关于稳定运行中分析的过渡过程是相似的。电枢中串入的电阻若加大为 R2， 工作点变成 A2，转速则进一步下降为 n2。显然，串入电枢回路的电阻值越大，电动机运行的转速越 3 低。通常把电动机运行于固有机械特性上的转速称为基速，那么，电枢回路串电阻调速的方法，其 调速方向只能是从基速往下调。电枢回路串电阻的人为机械特性，是一组过理想空载点 n0 的直线， 串入的调速电阻越大，机械特性越软。这样在低速运行时，负载在不大的范围内变动，就会引起转 速发生较大的变化，也就是转速的稳定性较差。由于 Ia 较大，调速电阻的容量也较大，较笨重，但 由于上述功率损耗大，低速时转速不稳定，不能连续调速等缺点，只应用于调速性能要求不高的中、 小电机上，大容量电动机不采用。 n R1〈 R2 n0 A′ n A Ra n1 A1 Ra+R1 n2 A2 Ra+R2 0 TL T （二）、降低电源电压调速 保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不同大小 时，电动机拖动着负载运行于不同的转速上，如图所示的负载为恒转矩负载，当电源电压为额定值 UN 时，工作点为 A，转速为 n；电压降到 U1后，工作点为 A1，转速为 n1；电压为 U2，工作点为 A2， 转速为 n2……电源电压越低，转速也越低，调速方向也是从基速向下调。电动机机械特性的硬度不 变。这样，比起电枢回路串电阻调速使机械特性变软这一点，降低电源电压可以使电动机在低速范 围运行时，转速随负载变化而变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。当电源电压连续变化时，转 速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速。与串电阻调速（有级调速）相比，这种速度调节要 平滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直 流电力拖动系统中被广泛采用。 n UN>U1>U2>U3 A′ n0 A(n) n01 A1(n1) n02 A2(n2) n03 A3(n3) 4 0 TL T （三）、弱磁调速 保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不过分大 时，降低他励直流电动机的磁通，可以时电动机转速升高。如图为他励直流电动机带恒转矩负载时 弱磁升速的机械特性，显然，磁通减少的越多，转速升搞的越大。弱磁升速是从基速向上调速的调 速方法。他励直流电动机，在正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多，因此励磁回路中所 串的调速电阻消耗的功率要比电枢回路串电阻调速时电阻消耗的功率小的多；而且由于励磁电路电 阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节的无级调速。他励直流电动 电力拖动系统中，广泛地采用降低电源电压向下调速及减弱磁通向上调速的双向调速方法。这样， 可以得到很宽的调速范围，可以在调速范围之内的任何需要的转速上运行，而且调速时损耗较小， 运行效率较高，因此，能很好地满足各种生产机械对调速的要求。 n01 A1 n0 A 0 TL T 六、电梯门机原理图及分析 （一）、原理图 5 图一 图二 （二）、工作原理： A 开门步骤 先将门关好按下开门按钮 SB-K，继电器 JKM 线圈得电，JKM 1 常开触头闭合自锁，JKM 2 常开 触头、JKM 3 常开触头、JKM 4 常开触头闭和。电机 DM 得电正转，带动凸轮转动，当轿门开到距中 线 L1 处时，凸轮 OA1 的触点开始闭和，切除电阻 DOR 的 3-4 段，转速变大，当轿门开到距中线 L2 6 处时，凸轮 OD1 的触点断开，接通电阻 DOR2-3 段，电阻变大，转速变小。当门开到距中线 L3 时， 凸轮 OD2 的触点闭和，接通电阻 D2的一部分，转速又加大一点。最后门开到全开位置，凸轮 DOL 的 触点打开，断开开门继电器 JKM，JKM线圈失电，JKM常开触头恢复断开，常闭触头恢复闭和。开门 过程结束。 B 关门步骤 从开门位置调试，按下关门按钮 SB-G，继电器 JGM 线圈得电，JGM 1 常开触头闭合自锁，JGM 2 常开触头、JGM 3 常开触头、JGM 4 常开触头闭和。电机 DM 得电反转，带动凸轮转动，当轿门开到 距中线 L5 处时，凸轮 CA1的触点开始闭和，切除电阻 DCR 的 3-4 段，转速变大，当轿门开到距中线 L6 处时，凸轮 CD1 的触点断开，接通电阻 DCR2-3 段，电阻变大，转速减小。当门开到距中线 L7 时， 凸轮 CD2 的触点闭和，接通电阻 D2的一部分，转速又加大一点。最后门开到全开位置，凸轮 DCL 的 触点打开，断开开门继电器 JGM，JGM线圈失电，JGM常开触头恢复断开，常闭触头恢复闭和。关门 过程结束。 参考文献 （1）王风喜 杜秋平 徐游，电梯使用与维修问答，机械工业出版社，2003.8 （2）李发海 王岩 ，电机与拖动基础，清华大学出版社，1994.6 （3）赵士滨 ，现代电工技术疑难解答，广东科技出版社 2003.1 （4）刘连昆 樊运华 冯国庆，电梯实用技术手册，中国纺织出版社，1995.8 （5）朱昌明 张惠侨 洪致育 ，电梯与自动扶梯原理，上海交通大学出版社， （6）李发海 陈汤铭 郑逢时 张麟征 朱东起，电机学，科学出版社，1982 （7）顾绳谷，电机及拖动基础，机械工业出版社，1980 （8）任兴权，电力拖动基础，冶金工业出版社，1980 （9）杨渝钦，控制电机，机械工业出版社，1981