电梯的运动控制(3)

电气信息工程学院毕业设计（论文） 电梯的运动控制 2.3 电梯的控制技术

电梯的控制技术是指电梯的传动系统的电气自动控制。在高层建筑中，人们曾设计并制造出许多具有良好的传动及操纵性能的电梯。现代电梯主要以高层建筑为服务对象，为了更好的满足高层建筑对电梯的需要，电梯控制技术同样也经历了由简单到复杂，由低级到高级的发展阶段。

20世纪70年代，我国的电梯主要为交流双速电梯，其调速方法是采用改变电梯牵引电动机的极对数。两种或两种不同极对数的绕组，其中极数少的绕组称为高速绕组。高速绕组用于电梯的起动及稳速运行，低速绕组用于制动及电梯的维修。

由于这种电梯的结构简单，价格较低、使用与维护都较方便，虽然牵引电动机调速不够平稳、舒适感较差，但对其进行必要的改造，例如添加涡流制动器将原来的调速系统的开环控制变成闭环控制，电梯的运行性能可有较大的改善。所以在这些场合下，交流双速电梯仍可以满足使用者的要求。

20世纪80年代盛行的交流调压调速电梯，其性能优越于交流双速电梯。调压调速方法是改变三相异步电动机的定子供电电压实现电动机的调速。由于电梯制动减速性能要求较高，所以采用的制动方法也有所不同，通常多为能耗制动。

在能耗制动中，将电机定子绕组接至直流电源，再加上采用闭环控制方式，从而有效的控制了能耗制动转矩，使制动减速过程快速平稳，且制动精度高。

调压调速电梯的起动，稳速及制动的全过程中实现了闭环控制

20世纪90年代，调压调频调速电梯开始占据世界电梯市场。调压调频调速电梯（简称VVVF电梯）的调速方法是调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率。在VVVF电梯的传动系统中，大量采用了微机控制技术及脉冲宽度调制技术。脉冲宽度调制器（简称PMW控制器）保证了由逆变器输送至三相异步电机定子电压波形为等效正弦波形。

调压调频调速电梯传动系统中还广泛地采用了矢量变换技术，使交流电机转速的控制类似于直流电机。

VVVF电梯由于其体积小，重量轻，运行效率高，又节省能源，几乎包括了以往所有的电梯的优点，再加上极为完善的调速性能，因此它的应用几乎完全可以和直流电梯相媲美。

VVVF电梯是电梯发展的必然结果，他的许多优点已经被世人所瞩目。VVVF电梯已遍布世界各国，如日本的三菱公司，东芝公司。日立公司，美国的奥的斯公司以及我国的广州

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电梯工业公司等较大电梯生产厂家都在研制或进一步开发VVVF电梯，并取得了可喜的成果。

3.电梯的选择与设置

3.1电梯供电系统设计：

根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92），电梯供电系统设计应注意以下几点： （1）供电系统构成应根据电梯负荷级别确定。各类建筑物电梯的负荷分级见?民用建筑电气设计规范?中第三章表3.1.2，而对于表中未详列者，可做如下规定：一般客梯为二级，重要的为一级；一般货梯，医用梯为三级，重要的为二级；自动扶梯，自动人行道一般为三级，重要的为二级。

（2）每台电梯电源应采用专用回路供电，并应装设单独的隔离电器和短路保护。馈电开关宜采用低压短路器，其额定电流应根据曳引电机的计算电流和起动电流来确定。 电梯工作照明，通风装置及各种用电插座电源（如轿厢，机房和滑轮见的照明和通风，轿顶，底坑的电源插座，机房和滑轮间的电源插座，电梯井道照明及报警装置）应由机房内电源配电箱（柜）单独供电。

（3）消防电梯应具有单独供电回路，并应满足防火要求，还要设置正常电源与消防专用电源转换装置。

（4）电梯轿厢内应设有应急照明（自容方式），连续供电时间不应少于20min。轿厢内工作照明灯不应少于两个，轿厢地面照度不应小于5 lx。电梯井道内应设置永久性电气照明。 电梯专用线（电源线除外）沿井道敷设时，通常沿井道壁的厅门左侧向下，而且在每一层均设置一出线接线盒。

（5）井道布线管应排列整齐美观，安全可靠，所有金属管均做电气联接，使之成为地线或零线的通路。如采用接零保护，零线应重复接地。井道内零线重复接地可直接从井道底坑中引出来，其接地电阻≤10?，再将机房曳引机，控制柜等电气设备金属外壳与金属线管用4mm以上裸铜线的跳线（跨接线）连接起来。

（6）轿厢接地线可用两根2.5mm软电缆并联，由接地或接零的金属布线管引入轿厢金属外壳上。

随着城市建设的飞速发展，高层旅馆、办公楼和住宅应运而生，消防电梯也愈来愈多地应用到高层建筑的消防设计中，在高层建筑的人员疏散和火灾扑救过程中发挥着非常关键的

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作用。然而，有些单位为了节约资金，在工程设计中只设计了客梯，有的因为设计资质低，设计中消防电梯的设置数量不足或者没有合理进行设置，而又侥幸没有通过消防部门的审核，致使留下先天性的隐患， 一旦发生火灾时，消防电梯不能发挥应有的作用。因为，当高层建筑发生火灾时，工作电梯会因断电和不具备防烟功能等而停止使用，楼梯则成为此时垂直疏散的主要设施，消防电梯则成为运送消防员尽快抵达和撤离火灾现场的一种交通工具，同时还可以用来疏散乘客消防电梯井属于竖向管井，当建筑物发生火灾时，竖向管井是火势上下蔓延的主要途径，而且也是拔烟火的通道，若防火分隔不当或未作适当防火处理，高温烟火会迅速传播扩大，造成扑救困难，严重危及人身安全，增大火灾损失。电梯井一般都与电梯厅，走道及其他房间相通，若在其中设有可燃气体和易燃、可燃液体、电线（缆），不但不安全，而且一旦发生火灾会威胁其他管井及整个建筑物的安全。为此，消防电梯井应单独设置，消防电梯井与机房与相邻电梯井、机房之间，应采用耐火极限不低于2小时的隔墙隔开，在隔墙上开门时，应设甲级防火门。电梯井内应严禁敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体管道，并不应敷设与电梯无关的电缆、电线等。消防电梯井壁除开设电梯门洞和通气孔外，不应开设其他洞口，电梯门不应采用栅栏门。规范要求：消防电梯的用电不论在一类高层或二类高层建筑中都应保证有能够自动切换的双电源，线路应采用消防电源的敷设方式，确保火灾时的安全使用。消防电梯的配电线路防火设计应与其功能相适应。根据当前消防工程实例，消防电梯配电一般是由设在高层建筑底层或地下室的变电所敷设两路专线配电至位于高层建筑顶层的电梯机房，从而造成消防电梯配电线路一般都比较长，且路由也比较复杂。因此，为提高供电可靠性，消防电梯配电线路应采用耐火电缆；当有供电可靠性特殊要求时，两路配电专线中的一路可选用铜皮防火型电缆。此外，垂直敷设的消防电梯配电线路应尽可能设在电气竖井内。当消防设备配电线路采用绝缘层和护套为不延燃的电缆并敷设在电缆竖井中时，因电缆本身具有耐火耐热性能，可不用金属管保护。但是，当与延燃电缆敷设在同一个电缆井时，两者中间必须用耐火材料隔开。现行方式敷设的电缆容易受到火灾威胁，可以将消防电梯电缆由其井道直接从下部配电间接人电梯机房，以减少火灾对电缆的威胁。

在建筑物顶棚内的消防电气线路，一般宜采用金属管或金属线槽布线：在难燃型材料的吊顶内，可采用难燃型（如氧指数大于５０）硬质塑料管、塑料线槽布线为了使火灾发生时，人员能够顺利进入相对无烟区且有利于通过消防电梯进行安全疏散，根据规范要求，消防电梯应设置前室，并宜靠外墙设置，这样更有利于利用直通室外的窗户进行自然排烟，这在一定程度又对消防电梯井进行了防护。消防电梯前室的建筑面积，要求居住建筑不应小于4.5平方米，公共建筑不应小于6平方米。当与防烟楼梯间合用前室时，居住建筑不应小于6

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平方米，公共建筑不应小于10平方米。消防电梯前室应设乙级防火门，在首层应设置直通室外的安全出口，当条件受限制时，应设置能够直通室外的通道，其经过长度不应超过30米，便于消防队员能够迅速到达消防电梯入口处。目前在火灾扑救的实践过程中，消防电梯的防烟设计愈来愈得到改善。规范强调消防电梯前室正压送风，以提高前室风压的方法来达到阻止烟气进入的目的。由于正压送风口设置位置及防火门难以保持常闭的原因，此方法实际防烟的效果不一定理想。通过消防电梯井道送风加压的效果可能更为理想，其阻止烟气进入前室、轿厢的效果应更为明显。

尽管规范对此已有要求，但有些设计单位在图纸设计中不能非常详细的触及到，致使在消防电梯投入使用中因此而出现问题。重庆中天大酒店13层发生火灾，由于消防电梯前室没有堵、排水的设计，水大量流进电梯，使消防电梯不能使用，消防人员只能利用楼梯进入着火楼层进行扑救，火灾造成了不必要的经济损失。前车之鉴，后事之师，故应强调消防电梯前室内，电梯口至门口有一定的下水坡，同时应在电梯口增设排水槽，通过电梯井道内的专用排水管道将水排至集水井，以有效阻止流水进人消防电梯。这是消防电梯设计中最容易忽略的也是不应该忽略的问题

4、变流变压变频调速系统

4.1变频调速的特点

三相异步电动机的变频调速适用于电梯传动系统。其特点如下：

（1） 异步电动机在调速的过程中，可实现最佳转矩特性，并保持有限的转差率。因此能大大地减少启动电流，获得良好的启动特性，同时还可获得高精度、大范围调速效果，再加上再生发电制动时电梯传动系统能将电机的动能转换成电能而直接回馈给电网。因此异步电动机的变频调速在电梯传动系统中是一种高效、节能的调速方法。

（2） 电梯传动系统中实现异步电动机的变频调速需要变频电源装置，目前使用的变频电源都是由变频器实现的。随着功率半导体器件（GTO，GTR等）的研制与使用，电子技术与微机技术的高速发展，高性能、高精度、大容量的变频器中已处于领先地位。

4.2 电梯负载是位能负载，也即恒转矩负载

因此要求异步电动机在调速过程中最大转矩不变。维持电机磁通的恒定就能满足最大

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转矩不变的要求。所以在异步电机变频调速的过程中，不但要改变电机供电电压的频率，同时供电电压的幅值也应做相应的改变。电梯传动系统中使用的变频器都具有变频、变压的两种功能。

4.3 变频调速系统的变频器

变频调速系统的变频器可以分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类。变频器的原理如图5所示。前者的频率只能在电网频率以下的范围内进行变化，而后者的频率是由逆变器的开关元件的切换频率所决定，即变频器的输出不受电网频率的限制。

图5变频器原理框图

交-交变频器的工作原理如图6所示，它由两组反并联的整流器P和N组成。经适当的“电子开关”按一定的频率使P组和N组轮流向负载R供电，负载R就可获得变化了的输出电压Uc。Uc的幅值是由各组交流器的控制角?所决定的。Uc的频率变化由“电子开关”的切换频率所决定。而“电子开关”由电源频率所控制，Uc的输出波形由电源变流后得到。

图6交交变频器工作原理

交-直-交变频器的工作原理如图7所示。变频器先将三相交流电源整流得到幅值可变的

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