电力拖动系统（一）--流电梯拖动系统

　　电力拖动系统按电动机供电种类区分，有交流拖动系统和直流拖动系统。直流拖动系统的发电机——电动机可控硅励磁系统。可控硅直接供电系统。交流拖动系统有交流双速电动机、交流调压调速系统及变频变压调速系统。

　　直流电动机调速，机械特性硬，调速范围大等优点，但直流电动机具有换向器日常维护量大，耗能高的缺点。由于电子元器件的高速发展大功率高反压场效应三极管IGBT的问世，使得变频变压调速系统更加成熟。电梯拖动系统被采用已成为现实。变频变压调速系统用在电梯上有体积小、节能等优点，在调速性能方面可以与直流拖动系统媲美，目前采用变频变压调速的电梯其速度可

达6m／s。

 

 

第一节  直流电梯拖动系统

 

　　直流电动机的调速性能好，调速范围宽，在电梯拖动系统中已被广泛采用，早期的高层建筑中电梯速度可达7m／s，天津电视塔电梯5m／s。

　　直流电动机的调速原理：

　　根据电路图4—1列出直流电动机的电势平衡方程式。

　　∵电动机转子施加的电压与反电势的关系：

　　电动机反电势与励磁磁通之间的关系：

 

　　 ∴导出直流电动机的转速的关系式：

 

　　式中：

　　Ea——电动机感应电动式

　　Ua——外加电压

　　R_aT——外接电阻

　　R_T——磁场外接电阻

　　Ia——转子电流

　　U_T——励磁电压

　　I_T——励磁电流

　　Ce——电机常效

　　 ——励磁磁通

　　n——电动机转速

　　Ra——电动机转子电阻

 

 

图4—1  直流调速电路

 

　　从以上公式可知直流电动机调速方法有三个：改变供电电压Ua、在转子电路中串入可调电阻及RaT、改变定子磁通，都可以调节电动机的转速。如改变R_aT与时，电动机特性变软，同时调节范围小。

　　改变供电电压Ua，可以获得比较大的调速范围，因为转子内阻Ra很小，机械特性硬度很高。

　　在不同的供电电压下，可以获得一簇电动机的机械特性。见图4—2。而且Ua波动时n变化也很小。调速范围与电压变化成正比。

 

 

图4—2  机械特性

 

　　

　　n_H——电动机额定转速

　　n——调节转速

　　对电梯额定速度1．75m／s，平层速度0．15m／s而言。调速范围1：12就可以了。

 

　　直流电梯拖动系统调速方式有两种，可控硅供电系统和可控硅励磁系统。

 

　　一、可控硅供电系统

 

　　该供电系统一般用在无齿轮的高速电梯中，如图4—3所示。三相变压器BO对电网起电隔离作用，同时给可控硅整流装置SCR₁与SCR₂供电。SCR₁为正组可控整流装置，SCR₂为反组可控整流装置，两组可控硅反并联。电梯向上运行时正向组工作，反向组处在逆变状态。电梯向下运行时，反—向组工作，正向组处在待逆变状态，1L、2L电抗器，M直流电动机转子。

 

 

图4—3  主电路

 

　　二、可控硅励磁系统

 

　　在直流快速电梯调速中已得到广泛采用。主要是利用SCR整流桥调节直流发电机磁场电流的大小以改变发电机的转子输出电压Ua，控制直流电动机的转速，达到调速的目的。

　　1．三相可控硅励磁系统

　　主电路如图4—4所示，由6只SCR组成三相半波零式整流线路。

 

 

图4—4  三相励磁电路

 

　　电抗器1L与2L是均衡电抗器为限制环流。OFT是发电机励磁磁场线圈，G发电机转子、M电动机转子、BO是△／Y接法的三相变压器。

　　图4—5是发电机电动机系统传动示意图。直流发电机G，由三相交流原动机M驱动。发电机磁场绕组OFT由三相或单相可控硅SCR整流装置励磁。测速发电机TG与直流电动机M同轴，测速发电机发出的电压与电动机M的转速成正比。电动机的它激磁场绕组OM由另一直流电源供电，电阻R用以调整励磁电流。

 

 

图4—5  直流传动示意图

 

　　在方框图4—6中。给定部分由直流稳压电源及由方向继电器JSY，JXY及快车继电器JQF，检修继电器JLF组成电压分配器。给一次积分器输入一个可以反向的节跃电压。在一次积分电路中为了加快积分时间，提高速度曲线的线性度，还采用高压附加电源。为了使速度曲线比较理想化在二次积分电路的输入中附加了二极管转换电路及100H的电抗器，以便得到起始抛物线，提高电梯启动舒适感。二次积分后得到一个完整的以时间为原则的电梯运行速度曲线。其输出给速度调节器，对电梯速度进行调节。速度调节器由比例放大器及比例积分环节组成。

 

 

图4—6  三相励磁系统方框图

 

　　测速发电机由电动机带动发电，得到一个与电梯速度成正比的电压信号，其极性与给定电压相反。在调节器输入端给定电压与测速发电机电压串联比较得到一个速度差信号，加到比例积分调节器中进行放大，调节器的输出电压施加到两套触发器，使正向及反向脉冲触发器同时得到两个大小相等、符号相反的控制信号，使两组触发器产生的脉冲同时向两个相反的方向位移，用来控制可控硅整流器输出电压的大小和极性。

　　如果电梯控制电路定为上方向JSY↑，JQF↑给定为(+)电压，与测速机比较后给调节器一个正输入，其有一个负输出，使正向脉冲前移，其对应的1·3·5SCR处在整流输出状态。与此同时反向组脉冲后移，其对应的2·4·6SCR处在待逆变状态。整流组给发电机定子绕组一个I+方向的励磁电流电梯向上运行，反之电梯向下运行。在系统中的电压软反馈环节由电感L及电阻R组成。取电阻R的电压作为反馈信号，电感L把发电机电压的高次谐波滤掉，电阻R的电压经RC微分后加到调节器的输入端，此电路在电梯开始启动和制动中起稳定作用。 

　　2．单相可控硅励磁系统

　　三相可控硅励磁系统，电路复杂成本高，为此采用单相可控硅励磁系统也能满足快速电梯的要求。

　　在方框图4—7中可以看出，调节器是单向输出，用一个单结晶体管脉冲发生器可以同时触发两个可控硅。该系统是不可逆的。只有通过方向继电器JSY，JXY改变励磁电流方向控制电梯的上行与下行。积分器、转换电路与三相励磁系统相同。

 

 

图4—7  单相励磁系统方框图

 

　　3．调节放大器的工作原理

　　因为电力拖动系统中对速度的调节都采用比例积分调节器，在电梯拖动系统中无论交流调速还是直流调速都采用速度调节器，在这里简述其工作原理和在系统中的作用。

 

 

图4—8 PI调节器

 

　　在图4—8a中，A点是虚地，因为放大器开环增益很高。所以输出电压的绝对值是：

　　，因为放大器输入阻抗非常大，所以，调节器的输出电压

　　，从公式可以看出，输出电压由两部分组成，输入电压和放大倍数的乘积及电容电压的积分。由特性曲线也可直接看出。

　　物理分析是当调节器有一个动态输入时，电容器C阻抗很小近似为零，这时调节器的放大倍数比较低，调节器输出电压低。当输入Usr稳定时，电容器相当于开路，放大器的放大倍数很高，接近开环放大增益。所以采用调节器可以得较高的静态增益，又能具有较快的反应速度。

　　在电梯拖动系统中，电梯负载的变化，电动机励磁电压的波动，都可以维持电动机恒速。从而使系统具有机械特性硬，调速范围大，电梯舒适感好，平层精度高的优点。

　　4．可控硅励磁系统的速度曲线

　　三相励磁系统速度曲线：

　　图4—9a曲线1是一次积分电容1C的自然充电特性。曲线2是带有附加电源VF的充电特性。图4—9b是在二次积分电容2C充电电路中串有100H电感及电阻只的充电特性。

　　图4—9c当快车继电器JQF↑时，积分电路有一个节跃电压V_G为高速给定电压。当JQF↓时有一低速给定电压V_D。由于电容1C、2C、电感L的作用，在图4—9d的输出电压Usc的输出波形是图4—9c的速度曲线。电容器1C及2C的作用是形成圆角2和4，电感L的作用是形成圆角1和3。从曲线K点发停车信号由机械抱闸制动形成K斜线。

 

 

图4—9  给定积分电路

 

　　电梯的启动是依时间为原则，当JQF↓在F点开始换速停车也是时间原则。以时间为原则减速的电梯控制系统，乘梯舒适感不易保证。低速爬行平层时间长，电梯效率低，平层精度差的缺点。

　　在单相励磁系统中，电梯在平层停车前，为了保证平层准确度，增加了平快给定，如图4—10所示。

 

 

图4—10  真实的速度曲线