电梯的控制系统,电梯电气控制系统

　　电梯作为一种垂直运输工具，一般是由电动机作为原动机来拖动。它的运行过程大都是启动、正转(反转)、加速、调速、稳速、减速、制动、停止等，整个过程要由电气控制系统来完成。对于不同类型的电梯，对它的控制线路各有不同的要求，但就其基本功能而言有以下几点：

　　① 乘坐舒适感好。特别是客梯、病床电梯，都要乘坐舒适。最关键的是解决上浮感(电梯迅速上升减速时或迅速下降加速时)和下沉感(当电梯慢速上升加速时或迅速下降减速时)的问题。电气控制系统的好坏对电梯舒适感影响极大。

　　② 安全可靠。考查电梯性能的一个重要指标就是它的安全控制系统是否完善可靠，否则失去了它的作为运输工具的价值。

　　③ 控制线路简单，维修方便。在能保证电梯安全可靠运行前提下，控制线路越简单越好。并且应便于维修排除故障。

　　④ 控制线路工作可靠。电梯控制线路的各个部件应能稳定可靠地长期工作，保证有一定的寿命期。

　　⑤ 控制线路有良好的工作性能。能适应调速、加减速、启制动、频繁工作、转换功能等要求，能使电梯的运行速度曲线平滑。

　　⑥ 噪音小、振动小。电气线路的各个元器件无噪音无振动，有一定的刚性和防松动措施。

　　⑦ 有完善的闭锁和保护系统。

　　⑧ 自动化程度较高，便于操作。

　　(一)　 交流电梯的性能及特点

　　交流电梯就是用交流感应电动机作原动力的电梯。我们知道交流感应电动机结构简单、造价低廉，且易于维修。但为了使电机造价低和体积小，则要求在输出功率相同的情况下，提高电动机的每分钟转速才可使其体积减小。但是用于电梯的电动机转速也不能太高，一般其同步转速在1500r/min以下(常用4极、6极、8极等)。

　　同时，我们也要求电梯能转准确地停准于层楼平面上，也即要求电梯在停车前的速度愈低愈好。这就要求交流电动机不仅仅只有一种转速，而要求有两种或三种转速。因此在交流电梯中就有单速电梯、双速电梯和多速电梯之分。

　　此外，还要求在电梯负载发生变化时，电梯的速度不应有太大的变化，尤其在停车前的低速度更不应该受其影响。为此，我们还要求电动机具有较大的启动转矩和过硬的机械特性，这就出现了专用于电梯的JTD和YTD系列交流电动机，其主要规格、参数等见表1-16所示：

　　表1-16　新旧电动机参数对照表

　　由上述可知，交流电梯由于其电动机转速的限制，其正常运行速度和停车前的速度之比也不能太大，一般为4∶1，6∶1(国外最大可达9∶1 等等)。否则从高速转换到低速时，由于速度变化率太大，而使电梯的乘坐舒适感很差，如要改善的话，其转换过程的控制就会十分繁复。

　　虽然电动机有一种或两种以上的转速，但对电梯来说还是太高，因此所有的交流电梯均是通过蜗轮、蜗杆的机械减速箱后方可适用于电梯的实际需要。

　　由于以上的原因，交流电梯的速度一般均在1.0m/s以下;仅用于一般要求不高的客梯、服务梯以及运送货物的电梯，其提升高度在45m 以下(或15层以下)。

　　总之，由于交流电梯结构简单、价格便宜、维修方便等优点，所以目前在国内外仍然有着广泛的应用。

　　1. 交流单速电梯

　　(1) 主驱动系统原理图

　　此种电梯的主驱动系统原理图如图1-39所示：

　　图1-39　交流单速电梯主驱动系统原理图

　　(2) 单速电梯的主要性能与特点

　　① 主驱动系统及电梯控制系统非常简单，所用电控器件很少，因而操作简单、可靠性高。

　　② 如前所述，交流电梯的速度一般均在1.0m/s以下，但在单速电梯中又要保证电梯有一定的停层准确度，即要求停车前的速度很低，而单速电梯的停车前速度也就是其正常运行时的速度。因此单速电梯的速度一般只能在0.4m/s以下，常用的速度大多数为0.25～0.3m/s。例如小型杂物电梯就是一种典型的单速电梯。为了保证准确停车，单速电梯的正常运行速度只能是很低的。

　　③ 由于只有一种速度，所用电气控制元器件很少，造价低，因此使用简单，维修方便。

　　(3) 交流单速电梯的应用范围

　　这种交流单速电梯由于只有一种速度，而且此速度又要考虑到平层准确度而不能太高，所以这种单速电梯只能应用于电梯运进性能要求不高、速度不快、载重量小(因载重量太大后，系统的动能增加，将导致停层不准)，提升高度不大的小型载货、杂物电梯上。

　　2. 交流双速电梯

　　(1) 主驱动系统结构原理图

　　这种交流双速电梯的主驱动系统结构原理图如图1-40所示：

　　图1-40　交流双速电梯主驱动系统原理图

　　从图1-40中可以看出，三相交流感应电动机定子内具有两个不同极对数(即有两种同步转速)的绕组，国内一般为6极(同步转速为1000r/min)和24极(同步转速为250r/min)两个绕组。这两个绕组可以是单绕组双速(例如JTD系列电机)，也可以是双绕组双速(通过工艺接线法使一个绕组获得两种极数，例如YTD系列电动机)。

　　这种驱动系统的工作过程如下： 快速绕组(6极)作为启动和稳速运行之用;而慢速绕组作为制动减速和慢速平层停车之用。启动按时间原则，串电阻、电抗一级加速;而减速制动也按时间原则进行二级再生发电制动减速，以慢速绕组(24极)进行低速稳定运行直到平层停车。

　　(2) 交流双速电梯的主要性能与特点

　　① 该交流曳引电动机具有两种速度，这样使得启动与稳定速度运行具有较高的速度，从而可以大大提高电梯的运输能力，但又具有准确停层所需的较低速度，也即保证了电梯的停层准确度(对额定速度为1.0m/s时，一般停层准确度小于或等于±30mm)，所以电梯的运行效率较单速电梯大大提高。

　　② 主驱动系统虽然较单速梯复杂，但还是比较简单的。系统虽然是有级调速，但可以对高低速进行分别控制和调节，因此电梯的运行性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速度电梯中得到广泛的应用。

　　③ 这种主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原则，即在减速开始的瞬间，快速绕组已从电网撤出，而电动机的实际转速仍维持在原快速状态，因此对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于其同步转速，从而发生发电制动减速过程，对低速绕组来说电机处于发电机的工作状态，即把在快速运行所具有的动能反馈到电网中去。这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对来说是节约的。

　　(3) 应用场合

　　这种交流双速电梯运行性能较为良好，而驱动系统又不太复杂，因此交流双速电梯现在和将来均得到广泛的应用。其主要应用于15层楼以下： 提升高度不超过45m的低级乘客电梯、服务梯、载货电梯、医院电梯和居民住宅楼电梯等。一般可用于低级旅馆、饭店、医院、工矿企业以及要求不高的公共场所(例如车站、码头等)。

　　3. 交流多速电梯

　　(1) 主驱动系统的结构原理图

　　这种电梯的主驱动系统原理图如图1-41所示。

　　图1-41　交流多速电梯主驱动系统原理图

　　从图1-41中可看出，三相交流感应电动机定子绕组内具有3个不同的极对数(即有3种同步转速)的绕组，国内目前有两种： 一是6/8/24极，另一种是6/4/18极。它们的作用是： 6/8/24极的较一般交流双速电动机(6/24极)多了一个8极绕组(即同步转速为750r/min)，这一绕组主要用于电梯在制动减速时的附加制动绕组，使减速开始的瞬间具有较好的舒适感，从而简化制动减速时的控制器件(在交流双速电梯减速时就需串入附加的电阻或电阻-电抗器以限制其制动电流)，现在有了8极绕组后就可以不要电阻器或电抗器了。这种三速电动机的应用实例如上海房屋设备工程公司的交流快速电梯就是这样的。

　　另一种三速交流电动机的极对数之比为6/4/18，它的作用过程如下： 6极绕组作为启动绕组以限制启动电流≤2.5倍额定电流，待电动机转速达到650r/min左右时自动切换到4极绕组，即4极(1500r/min)绕组作为正常稳速运行之用，而18极(同步转速为333r/min)作为制动减速和平层停车之用。例如上海电梯厂的新型交流客梯就是这样的。

　　(2) 交流多速电梯的主要性能与特点

　　① 严格地讲，交流多速电梯仍是属于交流双速电梯的范畴，因上述中所讲的一个速度绕组仅仅是用作启动或制动过程中限制启动或制动电流之用;正常稳速运行和平层低速运行仍是两个绕组。但多了一个速度绕组后使得启、制动的控制器件大为减少，系统的结构就大大简化，从而提高系统运行的可靠性，而又具有交流双速电梯的性能和特点。

　　② 除了可靠性外，由于具有这种三速绕组的电梯控制系统控制器件大为减少，从而使得维护保养工作极为简单，需要调整的部位也很少，这样又进一步提高了电梯系统的可靠性。

　　③ 由于交流感应电动机多了一个附加速度绕组，使得电动机的制造成本上升，而其技术难度也较为复杂，但这仅仅是一次性，而对今后的运行和维修都带来方便。

　　(3) 应用场合

　　这种所谓交流多速电梯的应用场合是与交流双速电梯一样的。只不过在启动或制动电流要求上有所限制;而又不希望使驱动控制系统复杂化的情况时应用更为广泛而言。

　　电梯作为一种垂直运输工具，一般是由电动机作为原动机来拖动。它的运行过程大都是启动、正转(反转)、加速、调速、稳速、减速、制动、停止等，整个过程要由电气控制系统来完成。对于不同类型的电梯，对它的控制线路各有不同的要求，但就其基本功能而言有以下几点：

　　① 乘坐舒适感好。特别是客梯、病床电梯，都要乘坐舒适。最关键的是解决上浮感(电梯迅速上升减速时或迅速下降加速时)和下沉感(当电梯慢速上升加速时或迅速下降减速时)的问题。电气控制系统的好坏对电梯舒适感影响极大。

　　② 安全可靠。考查电梯性能的一个重要指标就是它的安全控制系统是否完善可靠，否则失去了它的作为运输工具的价值。

　　③ 控制线路简单，维修方便。在能保证电梯安全可靠运行前提下，控制线路越简单越好。并且应便于维修排除故障。

　　④ 控制线路工作可靠。电梯控制线路的各个部件应能稳定可靠地长期工作，保证有一定的寿命期。

　　⑤ 控制线路有良好的工作性能。能适应调速、加减速、启制动、频繁工作、转换功能等要求，能使电梯的运行速度曲线平滑。

　　⑥ 噪音小、振动小。电气线路的各个元器件无噪音无振动，有一定的刚性和防松动措施。

　　⑦ 有完善的闭锁和保护系统。

　　⑧ 自动化程度较高，便于操作。

　　(一)　 交流电梯的性能及特点

　　交流电梯就是用交流感应电动机作原动力的电梯。我们知道交流感应电动机结构简单、造价低廉，且易于维修。但为了使电机造价低和体积小，则要求在输出功率相同的情况下，提高电动机的每分钟转速才可使其体积减小。但是用于电梯的电动机转速也不能太高，一般其同步转速在1500r/min以下(常用4极、6极、8极等)。

　　同时，我们也要求电梯能转准确地停准于层楼平面上，也即要求电梯在停车前的速度愈低愈好。这就要求交流电动机不仅仅只有一种转速，而要求有两种或三种转速。因此在交流电梯中就有单速电梯、双速电梯和多速电梯之分。

　　此外，还要求在电梯负载发生变化时，电梯的速度不应有太大的变化，尤其在停车前的低速度更不应该受其影响。为此，我们还要求电动机具有较大的启动转矩和过硬的机械特性，这就出现了专用于电梯的JTD和YTD系列交流电动机，其主要规格、参数等见表1-16所示：

　　表1-16　新旧电动机参数对照表

　　由上述可知，交流电梯由于其电动机转速的限制，其正常运行速度和停车前的速度之比也不能太大，一般为4∶1，6∶1(国外最大可达9∶1 等等)。否则从高速转换到低速时，由于速度变化率太大，而使电梯的乘坐舒适感很差，如要改善的话，其转换过程的控制就会十分繁复。

　　虽然电动机有一种或两种以上的转速，但对电梯来说还是太高，因此所有的交流电梯均是通过蜗轮、蜗杆的机械减速箱后方可适用于电梯的实际需要。

　　由于以上的原因，交流电梯的速度一般均在1.0m/s以下;仅用于一般要求不高的客梯、服务梯以及运送货物的电梯，其提升高度在45m 以下(或15层以下)。

　　总之，由于交流电梯结构简单、价格便宜、维修方便等优点，所以目前在国内外仍然有着广泛的应用。

　　1. 交流单速电梯

　　(1) 主驱动系统原理图

　　此种电梯的主驱动系统原理图如图1-39所示：

　　图1-39　交流单速电梯主驱动系统原理图

　　(2) 单速电梯的主要性能与特点

　　① 主驱动系统及电梯控制系统非常简单，所用电控器件很少，因而操作简单、可靠性高。

　　② 如前所述，交流电梯的速度一般均在1.0m/s以下，但在单速电梯中又要保证电梯有一定的停层准确度，即要求停车前的速度很低，而单速电梯的停车前速度也就是其正常运行时的速度。因此单速电梯的速度一般只能在0.4m/s以下，常用的速度大多数为0.25～0.3m/s。例如小型杂物电梯就是一种典型的单速电梯。为了保证准确停车，单速电梯的正常运行速度只能是很低的。

　　③ 由于只有一种速度，所用电气控制元器件很少，造价低，因此使用简单，维修方便。

　　(3) 交流单速电梯的应用范围

　　这种交流单速电梯由于只有一种速度，而且此速度又要考虑到平层准确度而不能太高，所以这种单速电梯只能应用于电梯运进性能要求不高、速度不快、载重量小(因载重量太大后，系统的动能增加，将导致停层不准)，提升高度不大的小型载货、杂物电梯上。

　　2. 交流双速电梯

　　(1) 主驱动系统结构原理图

　　这种交流双速电梯的主驱动系统结构原理图如图1-40所示：

　　图1-40　交流双速电梯主驱动系统原理图

　　从图1-40中可以看出，三相交流感应电动机定子内具有两个不同极对数(即有两种同步转速)的绕组，国内一般为6极(同步转速为1000r/min)和24极(同步转速为250r/min)两个绕组。这两个绕组可以是单绕组双速(例如JTD系列电机)，也可以是双绕组双速(通过工艺接线法使一个绕组获得两种极数，例如YTD系列电动机)。

　　这种驱动系统的工作过程如下： 快速绕组(6极)作为启动和稳速运行之用;而慢速绕组作为制动减速和慢速平层停车之用。启动按时间原则，串电阻、电抗一级加速;而减速制动也按时间原则进行二级再生发电制动减速，以慢速绕组(24极)进行低速稳定运行直到平层停车。

　　(2) 交流双速电梯的主要性能与特点

　　① 该交流曳引电动机具有两种速度，这样使得启动与稳定速度运行具有较高的速度，从而可以大大提高电梯的运输能力，但又具有准确停层所需的较低速度，也即保证了电梯的停层准确度(对额定速度为1.0m/s时，一般停层准确度小于或等于±30mm)，所以电梯的运行效率较单速电梯大大提高。

　　② 主驱动系统虽然较单速梯复杂，但还是比较简单的。系统虽然是有级调速，但可以对高低速进行分别控制和调节，因此电梯的运行性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速度电梯中得到广泛的应用。

　　③ 这种主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原则，即在减速开始的瞬间，快速绕组已从电网撤出，而电动机的实际转速仍维持在原快速状态，因此对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于其同步转速，从而发生发电制动减速过程，对低速绕组来说电机处于发电机的工作状态，即把在快速运行所具有的动能反馈到电网中去。这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对来说是节约的。

　　(3) 应用场合

　　这种交流双速电梯运行性能较为良好，而驱动系统又不太复杂，因此交流双速电梯现在和将来均得到广泛的应用。其主要应用于15层楼以下： 提升高度不超过45m的低级乘客电梯、服务梯、载货电梯、医院电梯和居民住宅楼电梯等。一般可用于低级旅馆、饭店、医院、工矿企业以及要求不高的公共场所(例如车站、码头等)。

　　3. 交流多速电梯

　　(1) 主驱动系统的结构原理图

　　这种电梯的主驱动系统原理图如图1-41所示。

　　图1-41　交流多速电梯主驱动系统原理图

　　从图1-41中可看出，三相交流感应电动机定子绕组内具有3个不同的极对数(即有3种同步转速)的绕组，国内目前有两种： 一是6/8/24极，另一种是6/4/18极。它们的作用是： 6/8/24极的较一般交流双速电动机(6/24极)多了一个8极绕组(即同步转速为750r/min)，这一绕组主要用于电梯在制动减速时的附加制动绕组，使减速开始的瞬间具有较好的舒适感，从而简化制动减速时的控制器件(在交流双速电梯减速时就需串入附加的电阻或电阻-电抗器以限制其制动电流)，现在有了8极绕组后就可以不要电阻器或电抗器了。这种三速电动机的应用实例如上海房屋设备工程公司的交流快速电梯就是这样的。

　　另一种三速交流电动机的极对数之比为6/4/18，它的作用过程如下： 6极绕组作为启动绕组以限制启动电流≤2.5倍额定电流，待电动机转速达到650r/min左右时自动切换到4极绕组，即4极(1500r/min)绕组作为正常稳速运行之用，而18极(同步转速为333r/min)作为制动减速和平层停车之用。例如上海电梯厂的新型交流客梯就是这样的。

　　(2) 交流多速电梯的主要性能与特点

　　① 严格地讲，交流多速电梯仍是属于交流双速电梯的范畴，因上述中所讲的一个速度绕组仅仅是用作启动或制动过程中限制启动或制动电流之用;正常稳速运行和平层低速运行仍是两个绕组。但多了一个速度绕组后使得启、制动的控制器件大为减少，系统的结构就大大简化，从而提高系统运行的可靠性，而又具有交流双速电梯的性能和特点。

　　② 除了可靠性外，由于具有这种三速绕组的电梯控制系统控制器件大为减少，从而使得维护保养工作极为简单，需要调整的部位也很少，这样又进一步提高了电梯系统的可靠性。

　　③ 由于交流感应电动机多了一个附加速度绕组，使得电动机的制造成本上升，而其技术难度也较为复杂，但这仅仅是一次性，而对今后的运行和维修都带来方便。

　　(3) 应用场合

　　这种所谓交流多速电梯的应用场合是与交流双速电梯一样的。只不过在启动或制动电流要求上有所限制;而又不希望使驱动控制系统复杂化的情况时应用更为广泛而言。

　　(二) 交流电梯电气控制系统的工作原理

　　1. 采用分立电子器件控制的交流调速电梯电气系统工作原理

　　在微型计算机应用于电梯之前，国内部分厂家采用分立元件研制并生产了具有速度闭环控制的交流调速电梯。

　　由于交流异步电动机转矩与定子绕组端电压平方成正比。因此，改变电机定子的端电压就可以改变电机的转矩及机械特性，从而实现对电机转速的控制，达到调整目的。

　　在大电流晶闸管和可关断晶闸管问世之前，电机的调速主要利用笨重的饱和电抗器或交流调压器来改变电机定子绕组的端电压，因而适用范围受到一定的限制，随着电子技术的发展，控制装置日趋完善，新研制的交流调压调速装置，通过采用转速负反馈对系统进行闭环控制，使调速范围达10∶ 1左右，大大改善了交流调压调速系统的性能。

　　1.0m/s交流调压调速电梯电气系统的原理： 国内部分厂家生产的这种交流调速电梯，并非调压调速电梯，只是人们习惯这样称，实际上它是在交流双速电梯的基础上，设置一个减速时用能耗制动电流自动控制调速的装置。

　　考虑乘客对电梯启动时的舒适感较易满足，以及尽可能地降低成本，因此在启动时仍采用在定子串阻绕组内阻抗和开环控制。稳定满速运行时为了节能和排队系统对电网的干扰，仍继续保持开环控制，而制动时为了获得对理想减速曲线的跟随性能，整个过程则采用闭环控制。

　　由于电梯属于位能性负载，启制动过程中负载性质(指正负载、负负载)变化大，有时负载小至为零。电动机的运行情况，视负载正、负表现为电动运行和发电运行两种状态。在减速过程中，本控制系统的特点是电动机与三相交流电源脱开，定子绕组通以直流电，YD处于能耗制动运行，电梯轿厢按理想减速曲线逐渐减速至楼面停靠。与交流双速梯不同的是其间无慢速绕组工作的低速爬行区。显然，减速期间系统得以运转完全靠原来贮藏在运转系统中的动能。主要是电动机转子和设置在其轴上的惯性飞轮的动能。考虑到电梯在不同负载和不同运行方向时，在减速期间系统均能把轿厢驱送到相应楼面，则必须配置一适当尺寸的惯性飞轮。即飞轮参数尺寸视电梯的额定载重量及速度而定。

　　整个系统与交流双速控制系统相比，除必须增加上述惯性飞轮和构成闭环控制的有关环节外，其余部分与普通双速电梯控制系统基本相同。曳引电动机目前多采用JTD或YTD系列的单绕组双速或双绕组双速异步电动机。1000r/min 6级绕组为快速启动、全速运行绕组，250r/min 24级绕组作为能耗制动绕组兼作检修运行绕组。

　　系统的主拖动回路如图1-42所示。主电路由降压启动电路和可控硅能耗制动电源电路组成，通过上下运行方向接触器SC或XC控制电梯上下运行。

　　图1-42　1.0m/s交流调速电梯主拖动电路原理图

　　(1) 启动过程及其控制原理

　　启动时和普通交流双速电梯一样，在曳引电机YD定子绕组电路中串入电抗器或板型电阻降压启动，按时间原则将其切除，全部电抗器或电阻切除后，电梯进入满速运行。切除阻抗的时间可由继电器控制。

　　启动开始时，由于在定子绕组电路中串入电抗或电阻，在启动电流作用下，加在电机定子绕组上的电压减小，使电梯启动得以平稳，随着转速的增加，启动电流逐渐减少，加在电机定子绕组的电压逐渐增大。因此，合理正确地选择电抗器或电阻的参数及切除时间，可使电梯在开环状态下平滑启动。

　　(2) 减速过程及其控制原理

　　为解决双速电梯制动时间长、减速度大带来舒适感差、平层精度低等问题。交调电梯采用闭环方式按距离原则(即理想减速曲线)进行能耗制动，使电梯跟踪理想减速曲线减速，直接停靠，不存在一般交流双速梯慢速爬行段，从而提高了电梯的运行效率。运行速度曲线如图1-43所示。

　　图1-43　电梯运行速度曲线

　　减速采用能耗制动、闭环控制，系统的框图如图1-44所示。它由与距离有关的理想速度给定电路、速度负反馈电路、比例积分调节器，移相触发电路，以及单相可控硅能耗制动电路等组成单闭环速度控制系统。

　　图1-44　1.0m/s具有分立电子元件控制的速度闭环系统框图

　　当电梯进入换速点后，系统立即切断YD快速绕组的三相电源，并给慢速绕组输入直流电源，以产生能耗制动力矩，消耗系统的动能。减速过程中，当速度反馈电压大于速度给定电压时，在比例积分器输入端产生的差值信号，使调节器输出电压为正值。随着移相触发器输入正电压的升高，可控硅的导通角θ增大，使输入慢速绕组的电流增加，制动力矩增大，减速快些。当反馈电压等于给定电压时，调节器输入差值为零，其输出值保持原值不变。当速度反馈电压小于速度给定电压时，调节器输出电压值降低直至变为负值，根据触发电路的特性，对其进行反向限幅，此时触发器无脉冲输出，SCR关断，能耗制动电流经整流管续流并逐渐减小直至零。此时电梯制动转矩减小直至惯性滑行。当反馈电压再次大于给定电压时，可控硅再次被脉冲触发导通，使YD产生制动力矩，迫使电梯运行速度继续下降。在整个减速过程中连续地检测和控制，从而实现零速平层施闸。

　　此系统减速过程中的动响应快，跟随给定曲线性能好。

　　下面就系统各环节介绍如下。

　　① 理想速度给定电压产生电路。给定理想速度曲线是按位置原则设计的。曲线由固定于轿架的上、下两个触块，以及固定在井道轿厢导轨上的触头两部分组成。在轿厢上、下运行过程中，给定信号在触头分别从两个触块上滑动时产生。每个触块由若干个电阻串联而成，两端施加一个稳定的直流电压。因此，当触头在触块上滑动时，便产生一条与距离有关且连续变化的电压曲线，对应电压曲线的零点便是平层位置，此曲线没有直流梯或双速梯的平层前慢爬行段，实现直接停靠，零速施闸。

　　② 速度反馈电路。速度反馈电路如图1-45(a)所示。速度反馈电压反映了电梯的实际运行速度。由永磁式直流测速发电机将转速转换成电压输出，经二极管整流电路，输出一个极性不变的电压，将此电压加在电阻分压器两端，以此作为反馈信号。

　　图1-45

　　(a) 速度反馈电路;(b) 比例积分调节器;

　　(c) 单结晶体管触发电路;(d) 两级触发原理电路

　　③ 调节器。调节器如图1-45(b)所示，系统采用PI调节器，靠偏差及其积分自动调节，保证系统的跟随性能。为防止放大器堵塞和损坏，在放大器的输入端加一组起限幅作用的二极管。

　　④ 移相触发电路。目前，有两种触发电路，一种是采用简单的单结晶体管触发电路，用一只脉冲变压器，触发两只可控硅，此触发电路如图1-45(c)所示。另一种是采用两级触发电路，第一级时单结晶体管触发电路，它产生的脉冲触发第二级触发电路中的一个SCR。两级触发电路如图1-45(d)所示。

　　⑤ 可控硅整流电路。采用单相桥式半控整流电路，可节省可控硅元件，也节省了一只续流二极管。为了提高可靠性，每只可控硅都有阻容保护，对元件容量和耐压等级均留有相当余量。

　　此系统经现场测试： 加、减速度a小于1.5m/s2，平层精度小于±15mm，减速时间比双速梯缩短。可认为此系统运行效率增高、启制动过程和平层施闸时舒适感好、平层精度高。另外，结构简单、成本低、故障率减少、维修方便，运行可靠。目前国内部分生产厂投放市场的1.0m/s交流调速电梯多属这一类型。

　　但是，上述系统还存在以下问题： 曲线给定装置制造工艺复杂，不适合大批生产的需要;国产元器件质量不稳定，增加了电梯运行的故障率;国内没有与之配套的理想交流调速专用电机，能耗制动过程中，振动和噪声大;测速发电机需改进，波纹严重，造成减速过程中系统抖动。

　　不言而喻，解决好以上问题，将给用户提供更良好的交流调速电梯。

　　2. 微机控制交流调速电梯电气控制系统的工作原理

　　随着微型计算机的迅速发展，其应用技术日趋完善;芯片价格又大幅度下降，因此采用微机控制电梯速度，以达到提高运行性能、降低成本的目的，这显然是一项具有技术和经济意义的工作。

　　微型机是由运算器和控制器集成的CPU为核心，配备有存储器和外设接入电路构成。如果将微型机配以外围设备、电源及软件等，便组成能独立工作的完整微型计算机系统。

　　由于微型计算机具有较强的逻辑运算和算术运算功能，其存储容量又大，集成度高，可靠性好，体积小，同时又可将多单元功能环节组成具有经济、实用的专用机等优点，因此微型机的应用范围日趋广泛。

　　所谓微机控制交流调速电梯，就是由微机取代调速控制装置中各环节的功能。也有把微机用作信号处理，取代传统的选层器装置等。如果在交流调速电梯内同时具有这两种微机，则称具有双微机控制的交流调速电梯。

　　电梯控制系统应用微机具有两种情况：

　　用微机作为控制系统的调速装置，由它承担了调速系统的大部分环节，使系统的有触点器件大大减少，可靠性提高，和模拟调速装置相比，便于解决舒适感问题，而且设备体积小、故障率可进一步降低，提高设备运行可靠性。

　　微机不仅作为系统的调速控制装置，而且参与电梯其他信号的处理，取代了传统的机械结构复杂的各种选层器和绝大部分继电器逻辑电路。对不同的层站和用户的不同要求，只需增加相应硬件板或更改程序即可满足，从而提高了系统适应能力，同时使控制柜通用性增强，利于大批量生产。

　　国内电梯电气控制系统应用的微机主要以Z80单板机为多，也有以Z80芯片组成的专用机。微机控制的交流调速电梯以调压为成熟产品，变频调压仍在研制过程中，由于对不同梯速采用的控制方法差别较大，以下分别简述1.0m/s、1.6m/s两种调压调速电梯的控制原理，并简要介绍变频调压调速电梯的基本原理。

　　(1) 1.0m/s微机控制交流电梯的工作原理

　　1.0m/s的交流调速电梯采用微机调速装置，其主拖动系统与采用分立电子器件控制的交流调速电梯基本相同。参见图1-42。

　　启动时仍采用电阻或电抗器降压启动，由微机控制切除电阻或电抗器的时间。

　　制动时，系统为闭环速度控制系统，按距离原则给曳引电机YD慢速绕组输入能耗制动电流，由微机根据理想速度信号、速度反馈信号及电梯位置信号进行运算处理，控制能耗制动电流的大小实现平层停靠。

　　为解决负载变化给系统造成的影响，在曳引电动机轴上设置一个惯性飞轮，以增大系统的机械惯性，飞轮的参数尺寸必须根据电梯的额定载重量及速度正确选择。

　　除此之外，控制系统与一般交流双速梯基本相同。

　　微机速度控制装置的原理框图如图1-46所示。

　　图1-46　1.0m/s微机控制调速装置原理框图

　　图中虚线框部分由微机实现。微机主要完成以下功能：

　　产生理想减速运行曲线;判断轿厢减速运行状态;完成规定的控制运算;触发晶闸管;给出切除电抗器或板型电阻的时间;必要的故障诊断和处理。

　　微机调速装置包括微型计算机或专用机、外围电路、稳压电源、可控硅能耗制动电源，触发电路等。

　　下面对各部分的工作原理作简要介绍：

　　① 可控硅能耗制动电源仍采用单相半控桥电路，与图1-42能耗制动电路相同。

　　② 数字测速装置目前多用脉冲测速发电机，它与电动机同轴硬性相连，每转输出一定的脉冲数。在已知的时间间隔内，由计数器CTC记下输入的脉冲个数，并送给CPU，用以算出这段时间的平均转速。利用脉冲测速发电机和微机组成测速装置，检测YD转速的方法，在实际应用中有M法、T法、M/T法三种，速度为1.0m/s多用M法，1.6m/s多用M/T 法，M法是按采样时间和测得的脉冲个数换算求得转速的方法。T法是按两输出脉冲之间的间隔时间通过的时钟脉冲个数换算求得转速的方法。M/T则是综合上述两种方法的长处，求得转速，是测量精度较高的方法。

　　脉冲测速机也作为位置的检测元件，可间接测量轿厢的位移。利用CTC对轿厢位置脉冲计数，在轿厢接近平层时进行位置校正，以保证停层准确。

　　③ 曳引电动机仍采用普通的单绕组双速或双绕组双速异步电动机，6极绕组为快速绕组，24极绕组为能耗制动绕组，兼作慢速检修运行绕组。

　　④ 微机或专用机。微机或专用机硬件原理图如图1-47所示。

　　图1-47　微机硬件原理框图

　　利用微机给出理想速度曲线的方法有两种，即查表法和计算法两种，实际工作中多用查表法。

　　为满足电梯乘坐舒适感的要求，通常将加速度变化率的最大值控制在某一允许值之内，根据GB10058—1988《电梯技术条件》的要求，加减速度的变化率应不大于1.5m/s2，根据此原则，可得出速度、加速度及距离三者分别对应时间的变化规律。为了提高电梯的平层准确度，制动曲线多按距离原则控制，速度应与轿厢位置一一对应，从而推导出速度与位置的函数关系。以此得出一系列数据作为控制电梯速度的定量依据。

　　计算法是计算机实时地通过比较速度给定值与剩余距离相对应的速度值，来划定加、减速度的大小。通过反复不断地计算和比较，在此过程中使速度给定值逐渐减小，当轿厢到达位置校正点时，使加速度逐渐减小，直到为零。

　　查表法是依据速度与位置的函数关系，将减速距离与相对应的速度值一一计算，并折算为数字量，事先存入EPROM中，减速时，根据剩余距离作为相应的地址值，寻找相应的内存数字量作为制动速度给定值，制动速度值的数字量与测速值相比，取其差值控制触发器的输出脉冲的相位，从而达到控制电梯速度之目的。

　　速度为1.0m/s的交调梯，由于单层或多层运行时均能达到满速，故存储在专用机EPROM内的给定减速曲线只需设置一条满速减速曲线。

　　利用平层位置信号或距完全平层的某一距离点上对脉冲计数进行校正，以确保平层准确度，在实际工作中由软件实现。

　　速度调节器多采用比例积分调节器，也可用积分调节器，调节器的参数可根据具体调试选取不同数值，其控制运算由软件完成。

　　在采用微机组成触发控制环节时，用CTC进行移相控制。其方法是由计算得出的控制角α决定计算时间常数，将CTC通道置成计数方式，同步信号到来后，相应通道按一定频率计数，计数完毕，向CPU发出中断请求。CTC的中断服务程序向相应的SCR输出触发信号，使SCR导通，改变CTC的计数时间常数就可方便地实现移相控制。

　　⑤ 硬件接口电路。常用的硬件接口电路有下列几种类型：

　　a. 整形电路。电路如图1-48(a)所示。

　　b. 数字触发电路中脉冲形成放大电路。电路如图1-48(b)所示，整形输出的矩形波经单稳电路变成窄脉冲信号，再经功率放大器推动脉冲变压器MB去触发SCR。脉冲的宽度由单稳决定。

　　图1-48

　　(a) 施密特整形电路;(b) 脉冲形成放大电路;(c) 输出显示接口电路;

　　(d) 输入信号接口电路;(e) 同步电路;(f) 位置信号输入电路

　　c.输出显示接口电路。电路如图1-48(c)所示。电路完成运行、减速、停车指示信号的显示。

　　d. 输入信号接口电路。电路如图1-48(d)所示。电路接收启动、减速、平层信号的输入。其中J表示相应继电器信号的触点。

　　e. 同步电路。电路如图1-48(e)所示。鉴别交流正半周、负半周。

　　f. 位置信号的输入电路。电路如图1-48(f)所示。

　　⑥ 稳压电源是专供微机芯片工作用，它由变压器副边经二极管桥式整流，R-C滤波接到三端集成稳压块稳压而得。稳压源有+5V和+15V 两类。

　　除光电耦合器件外，装置还采用多种抗干扰措施以保证微机正常工作，例如： 将微机的工作电源设计成专用电源;微机用直流电源与SCR整流电源的交流侧分别由各自的控制变压器与整流变压器供电;对单板机或专用机采用金属屏蔽;在微机电源交流侧加交流噪声滤波器。

　　⑦ 软件程序： 减速过程主程序流程图如图1-49所示。

　　(2) 1.6m/s微机控制交流调压调速电梯电气系统工作原理

　　随着梯速的提高，舒适感矛盾变得更为突出，对于1.0m/s的微机调速装置仅对电梯的减速过程实行闭环控制。对于1.6m/s的快速梯，需要对电梯的启动、满速运行、制动全过程进行跟踪。但是目前1.6m/s 的交流调速电梯其启动与减速方法与1.0m/s交调电梯大致相仿，即一般只对减速过程进行跟踪控制。速度为1.75m/s的电梯，则需对其整个运行过程进行跟踪控制。

　　速度为1.6m/s微机控制的交流调速电梯与1.0m/s微机控制的交流调速电梯有以下不同之处：

　　① 主拖动部分。启动时在电动机定子回路上利用双向可控硅进行加速度闭环控制。减速时，则与1.0m/s交流调速电梯控制方式相同。采用按距离和电梯的实际运行速度，控制输入YD能耗制动电流的方法。调速系统框图如图1-50所示。

　　在快速绕组的主回路中由双向可控硅取代原电抗器或板形电阻，启动时数字给定信号按时间原则逐点从EPROM中取出理想升速曲线。当电梯接到启动信号后，双向可控硅导通角按理想升速曲线控制，电动机开始平稳启动。此时由于脉冲测速反馈的作用较小，速度调节器的输入量大于零，电机处于电动状态，吸收入电网的电能克服传动系统的摩擦力。随着给定信号的增加，触发器的α角减小，即双向可控硅的导通角增大。电动机的输入电压随着给定曲线上升而增加，达到满速运行。满速运行时可控硅处于全导通状态，这时电机的输出转矩与负载转矩相平衡。

　　图1-49　减速主程序流程图

　　图1-50　1.6m/s微机控制的调速系统框图

　　由于按时间原则给出的升速曲线实时要求较高，因此，采用曲线存贮的方法，将事先计算好的升速曲线存入EPROM中，所存曲线的时间间隔与可控硅触发脉冲平均间隔时间相同。升速时，只要按顺序定时取出速度给定值，并与反馈值v、α进行运算，从而控制轿厢速度跟随变化即可。

　　② 单层和多层运行时的速度控制。对于快速梯，不管采用哪种拖动方式，都存在单层运行和多层运行的速度控制问题。

　　在前面介绍的直流快速电梯电气控制系统中，是采取在永磁式直流测速发电机的输出端接一只灵敏继电器SDJ，当电梯的运行速度未达到预定值之前，则测速机的输出电压不足以使SDJ吸合，尽管电梯已越过换速点仍继续加速，直到电梯的运行速度达到某一预定速度，测速机的输出电压使SDJ吸合时，电梯才开始换速。以此提高电梯在单层运行时的效率。

　　对于采用微机控制的快速交流调速梯，同样存在如何提高电梯在单层运行时的运行效率问题。在微机控制的交流调速拖动系统中，不仅存在如何将按时间原则启动运行，合理地转为按距离原则减速运行的问题，而且这种转换成为系统的关键。

　　解决单层速度控制的方法有很多，但必须做到由升速转换为减速时，曲线转换点衔接要圆滑。目前采用的单层与多层运行速度如图1-51所示。

　　图1-51　分速和满速运行曲线

　　由于减速时初始速度、加速度是不确定的，故分速度曲线可选择贮存若干条。可依据推导出的减速v(t)和s(t)，计算出速度-位置曲线关系v(s)之值。将减速曲线的若干条分别存入内存中。减速开始，微机根据减速速度初值的采样值，选取相应的减速曲线作为控制曲线，使电梯速度跟随预定的给定曲线变化，直到达到楼面停车。

　　如何选取减速曲线，以保证速度曲线平滑过渡?当电梯到达换速点时，如果速度已达满速(即初始速度v0=1.6m/s)，则有完全吻合的减速曲线与之对应，不会出现连接不平滑现象;如果速度没有达到满速，选取减速曲线时，应选给定初速度高于采样初始速度的曲线。如采样v0为0.9m/s，应选给定v0>0.9m/s的减速曲线，这样做是因为升速过程中实际速度滞后于给定速度。如果选择给定v0接近0.9m/s但小于0.9m/s的减速曲线时，使给定速度突然小于实际速度，在速度曲线上表现为平台甚至下凹形。这样选择的另一优点是，使减速初始速度偏差减小。由于分速度运行，在减速开始一段时间内给定加速度不大于零，速度还要上升。

　　上述选取减速曲线的方法无疑有助于改善系统速度曲线的平滑性和跟随性能。

　　采用微机控制的交流调速电梯电气系统框图如图1-52所示。

　　图1-52　微机控制交流调速电梯电气系统框图

　　3. 交流变频调压调速电梯电气系统的工作原理

　　调压调速实质上不改变电动机同步转速，仅靠改变转差率来改变转速。因此在低速时转差率大，损耗也大，导致效率很低。变频调速是通过改变电动机定子绕组供电频率从而改变电动机同步转速，实现调速的。由于它在调速过程中转差率很小，以及系统附加的自动控制环节使它具有调速范围宽、效率高、精度高的优点。因此它成为交流异步电动机的一种较理想的调速方法。特别是可控硅、大功率晶体管器件应用到变频调速领域后，变频调速系统取得了一个突破。目前，新型变频调速装置不断出现，装置不断简化，可靠性不断提高。随着大功率半导体器件价格的降低，变频技术日趋成熟，这将为变频调速的应用创造良好的条件。

　　基于变频调速的优点，为提高电梯性能，交流变频调速技术应用于电梯成为交流调速电梯研究的方向，受到各电梯设计人员的极大重视。国外20年纪80年代初，已研制成品为VVVF变频调压交流齿轮牵引电梯，速度范围为2.0～4.0m/s。这种电梯若采用无齿轮牵引，速度可达6.0m/s。国内对变频调压电梯的研究工作也取得了很大进展，可望在近期内进行安装统调。

　　变频调速过程中为保持交流电动机定子转子间隙磁通不变，在改变电源频率f的同时必须相应改变其电压值U，使U/f=常数，这是调频的基本要求。

　　变频控制电梯的调速系统多采用交-直-交、脉冲宽度调制(PWM)方式。在这种控制方式中，PWM逆变器是系统的核心，它既实现变频又实现调压。现将其工作原理简要介绍如下：

　　由二极管组成的三相全波整流器将三相交流电整流，经电容滤波后，输出的电压经大功率晶体管(高速开关器件)组成的逆变器，其基极驱动信号为PWM型控制，经变换成近似正弦波变化的矩形脉冲波电压。调节输出脉冲电压的宽度，脉冲列的转换周期，就可改变输出电压的幅值和频率，达到对交流电机进行速度调节的目的。

　　PWM波形成的方法是： 输入两个控制电压，即调制电压和载波电压，原理如图1-53所示。载波电压是三角形波，利用参考正弦波(调制电压)与三角形波相交的方案来确定分段矩形脉冲的宽度，即控制逆变器中晶体管的导通和截止，就可以得到被调制的输出脉冲列。脉冲列的基波为相位各差120°的三相正弦波，基波电压的大小决定于三相参考正弦波的幅值，频率则与参考信号相同。为保证输出电压幅值与频率间的某种函数关系，需要得到一个可以控制幅值和频率的三相参考正弦波信号。

　　图1-53　正弦波PWM原理

　　参考正弦波信号可以由微机产生。在计算每个脉宽和隙宽的方法进行PWM变频控制时，要求计算机具有很短的处理时间，特别是高频段往往要求在几十微秒内给出处理结果。此外 ，计算机还要进行系统中的其他控制，所以计算机中的CPU工作非常繁忙，计算机的运算速度成为一个突出问题。为缩短处理时间，可以选运算速度高的计算机，也可采用多微机系统，把处理任务分散进行，或采用HEF4 752v器件以及预先用大型计算机计算出能消除某些次谐波的开关工作模式点存放在存储器中，然后用查表的方法进行控制。关于PWM变频器具体设计计算，请读者参考有关书籍。

　　变频调压调速电梯控制系统框图如图1-54所示。

　　图1-54　VVVF系统框图

　　晶体管逆变器具体电路如图1-55所示。

　　图1-55　晶体管逆变器原理图

　　VVVF电梯由于采用新型驱动控制系统，不仅在电力方面的利用率高，也促成机械结构小型化和高效率，它与SCR调压方式控制的交流调速电梯相比，具有以下几个特点：

　　① 进一步提高了能量利用率。

　　② 电源设备容量减低20%～30%。

　　③ 功率因数cosφ由60%提高到85%以上。

　　④ 谋求高速化方面，由于采用小型高效率交流电动机和螺纹变速装置取代以往的大型直流电动机，故减轻了机房负荷，机房占地面积也得以缩小。

　　⑤ 可靠性提高，舒适感改善。