第一节第一节 电梯电气系统的发展过程电梯电气系统的发展过程一电梯的诞生 鼓轮式电梯：（鼓轮式电梯：（美国）以蒸汽机为动力的卷扬机 年；以蒸汽机为动力的装有安全装置的载人升降机年 曳引式电梯：曳引式电梯：其结构特点是，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端是与轿厢连接，另一端是与对重连接，随电动机驱动曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力，使轿厢与对重做一升一降的相反运动。 世纪初，美国 电梯电气系统概论电梯电气系统概论电气系统的发展交流双速变极调速电梯交流双速变极调速电梯随电机拖动技术的发展，通过变换电动机极数的调速方法交流变压变频（交流变压变频（VVVF）调速电梯）调速电梯 20世纪80年代调压调频技术应用在电梯领域今天，电梯进入了一个使用需求和新技术应用全面发展时期全面发展时期，随着智能化、信息化的兴起，电梯已不只是完成垂直运输的基本功能，还要以人为本，提高安全性、舒适性，特别是从运行控制的智能化、要实现合理配置和使用、远程监控与故障诊断、节能以及减少污染等多方面要求。 电梯电气系统概论第二节第二节 电梯的现状电梯的现状当今在工业发达国家，电梯使用很普遍。电梯技术以及使用状态和生产数量，也体现了一个国家现代化工业程度的高低。在全球，大约有近900万台的电梯在使用，同时每年以30万台的需求量增加着。国际上著名的电梯电梯公司：公司：美国的OTIS公司，瑞士的迅达公司、日本的三菱和日立公司、芬兰的KONE公司、德国的蒂森、日本的富士通公司等。自21世纪以来，我国的电梯制造业进入了一个高高速发展阶段速发展阶段，随着国民经济建设的发展、房地产业进军中小城市，人民物质文化生活水平的迅速提高，电梯产量持续增长。 电梯电气系统概论我国电梯生产增长情况电梯电气系统概论我国电梯进出口量 电梯电气系统概论第三节第三节 电气系统的构成和功能电气系统的构成和功能人们常把构成电梯设备的机、电两大部分，分别称为电梯的机械系统和电梯的电气系统，而电梯的电气系统又由电力拖动系统（也即电力驱动系统）和电气控制系统所组成。其中，电梯轿厢是拖动控制的对象和目标，电动机是拖动的主要动力设备。 电梯电气系统概论1、电力拖动系统电力拖动系统电梯的电力拖动系统的功能功能是为电梯的提供动力，并对电梯的启动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯起停时的加速和减速性能、平层精度、乘座舒适感等指标。目前电梯的拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动。电梯电气系统概论一、三相异步电动机的调速方法一、三相异步电动机的调速方法 如如在在一一定定负负载载下下，欲欲得得到到不不同同的的转转速速，可可以以由由改改变变Tmax、Sm、p 和和f 四四个个参参数数入入手手，则相应地有如下几种调速方法。则相应地有如下几种调速方法。1、调压调速、调压调速 改变电源电压时的人为机械特性如图改变电源电压时的人为机械特性如图所示：所示：电梯电气系统概论2、 转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速 原理接线图和机械特性如图所示：原理接线图和机械特性如图所示： 原理接线图机械特性电梯电气系统概论3、 改变磁极对数调速改变磁极对数调速 根据根据n0=60f/p可知：同步转速可知：同步转速n0与磁极对数与磁极对数p成反比，故可改成反比，故可改变磁极对数变磁极对数p即可改变电动机的转速。常见的接线方法有以即可改变电动机的转速。常见的接线方法有以下两种：下两种：电梯电气系统概论4、变频调速、变频调速 改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示：改变定子电源频率时的人为机械特性如图所示： 异步电动机的转异步电动机的转速正比于定子电源的速正比于定子电源的频率频率f，若连续地调节，若连续地调节定子电源频率，即可定子电源频率，即可实现连续地改变电动实现连续地改变电动机的转速。机的转速。电梯电气系统概论二、直流电动机的调速方法二、直流电动机的调速方法下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。下面仅就他励直流电动机的调速方法作一般性的介绍。 从直流他励电动机机械特性方程式从直流他励电动机机械特性方程式 可知：可知：改变串入电枢回路的电阻改变串入电枢回路的电阻Rad ；改变；改变电枢供电电压电枢供电电压U或或主磁通主磁通 ，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可，都可以得到不同的人为机械特性，从而在负载不变时可以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速以改变电动机的转速，以达到速度调节的要求，故直流电动机调速的方法有以下三种。的方法有以下三种。 电梯电气系统概论1、改变电枢电路外串电阻、改变电枢电路外串电阻Rad 直直流流电电动动机机电电枢枢回回路路串串接接电电阻阻后后，可可以以得得到到如如图图所所示示的的一一簇簇机机械特性。械特性。 从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在一定的负载转矩载转矩TL下，串入不同的电阻可下，串入不同的电阻可以得到不同的转速。如在电阻分以得到不同的转速。如在电阻分别为别为 Ra、R1、R2、R3、的情况下，、的情况下，可以分别得到稳定工作点可以分别得到稳定工作点A、C、D和和E，对应的转速为，对应的转速为nA、 nB、 nC、 nD。电梯电气系统概论2改变电动机电枢供电电压改变电动机电枢供电电压U 如图所示特性为改变电枢供电电压如图所示特性为改变电枢供电电压U调速的特性：调速的特性： 从特性可看出，在一定的负从特性可看出，在一定的负载转矩载转矩TL下，电枢外加不同电压下，电枢外加不同电压可以得到不同的转速。如在电压可以得到不同的转速。如在电压分别为分别为 UN、 U1、 U2、 U3的情的情况下，可以分别得到稳定工作点况下，可以分别得到稳定工作点a、b、c和和d，对应的转速为，对应的转速为na、 nb、 nc、 nd。即改变电枢电压。即改变电枢电压可以达到调速的目的。可以达到调速的目的。 电梯电气系统概论3改变电动机主磁通改变电动机主磁通 如图所示曲线为改变电动机主磁通如图所示曲线为改变电动机主磁通 调速的特性：调速的特性： 从特性可看出，在一定的负载功率从特性可看出，在一定的负载功率PL下，不同的主磁通下，不同的主磁通 N、 1、 2、 ，可以得到不同的转速，可以得到不同的转速na、 nb、 nc。即即改改变变主主磁磁通通 可可以以达达到到调调速的目的。速的目的。电梯电气系统概论4直流电动机的调速直流电动机的调速改改变变磁磁通通调调速速的的优优点点是是调调速速平平滑滑，可可做做到到无无级级调调速速；调调速速经经济济，控控制制方方便便；机机械械特特性性较较硬硬，稳稳定定性性较较好好。但但由由于于电电动动机机在在额额定定状状态态运运行行时时磁磁路路已已接接近近饱饱和和，所所以以通通常常只只是是减减小磁通将转速往上调，调速范围较小。小磁通将转速往上调，调速范围较小。改改变变电电枢枢电电压压调调速速的的优优点点是是不不改改变变电电动动机机机机械械特特性性的的硬硬度度，稳稳定定性性好好；控控制制灵灵活活、方方便便，可可实实现现无无级级调调速速；调调速速范范围围较较宽宽，可可达达到到6 61010。但但电电枢枢绕绕组组需需要要一一个个单单独独的的可可调调直直流电源，设备较复杂。流电源，设备较复杂。电电枢枢串串联联电电阻阻调调速速方方法法简简单单、方方便便，但但调调速速范范围围有有限限，机机械械特特性性变变软软，且且电电动动机机的的损损耗耗增增大大太太多多，因因此此只只适适用用于于调调速范围要求不大的中、小容量直流电动机的调速场合。速范围要求不大的中、小容量直流电动机的调速场合。电梯电气系统概论（1）有齿轮的直流电动机拖动早期的电梯原动机都是直流电动机，所以19世纪中期，直流驱动是当时电梯唯一的驱动方式。直流电动机具有调速性能好、调速范围大的特点，因此具有速度快、舒适感好、平层准确度高的优点。电梯电气系统概论（2）有齿轮交流电动机拖动19世纪末期，电力系统出现了三相交流电源，同时又发明了实用的交流感应电动机，因而从20世纪初开始，交流驱动在电梯上得到了广泛的应用。目前电梯中常用的交流驱动系统的特点：电梯电气系统概论1）交流变极调速系统为了使电梯能准确地在层站楼面平层，要求电梯在停车前的速度越低越好，这就要求，交流电动机不仅仅只有一种转速，而要有两种或三种转速。变速的最简单方法是改变电动机定子绕组的极对数。因为交流异步电动机的转速是与其极对数成反比的。改变电动机的极对数就可改变电动机的同步转速。这种有级的调速系统大多采用开环方式控制，线路简单，经济，因此被广泛用在电梯上。但乘座舒适感差，所以一般应用于不需要平滑的速度调节、额定速度不大于1m/s的载货和低层公寓电梯上。电梯电气系统概论2）交流调压调速系统随着电子技术的发展，交流调速理论和交流传动技术迅速的发展，特别是20世纪70年代初，大规模集成电路和计算机技术的发展，使交流调压调速驱动系统在电梯中得到了广泛的应用。这种系统采用晶闸管闭环调速，其制动减速可采用涡流制动、能耗制动和反接制动等方式，使乘座舒适感、平层精确度明显优于交流双速驱动系统，目前主要用于额定速度2.5m/s以下的电梯。电梯电气系统概论3）变频变压调速系统1984年日本三菱电机公司制造了第一台变频变压控制的电梯，经过数年的发展，这种系统驱动的电梯额定速度已越来越高。变频调速是通过改变异步电动机供电电源的频率而调节电动机的同步转速，但按电梯的使用要求，调速时仍需保持电动机的最大转矩不变，维持磁通恒定，也就是改变电源频率的同时，施加于电动机定子的供电电压也做相应的调节，达到电动机转速目的。目前交流变压变频（VVVF）控制技术得到迅速发展，利用矢量变换控制的变频变压系统的电梯速度可达12.5m/s，其调速性能已达到直流电动机的水平。且具有节能、效率高、驱动控制设备体积小、重量轻和乘坐舒适感好等优点。电梯电气系统概论电梯的电力拖动系统运用方法及其特点电梯的电力拖动系统运用方法及其特点电力拖动系统特点、使用性能1)交流变级 调速系统 该系统大多采用开环方式控制,线路简单,造价较低,因此被广泛应用在电梯上,但由于乘坐舒适感较差,一般只用于额定速度不大于1m/s的电梯.2)交流调压 调速系统 该系统采用可控硅闭环调速,使得所控制的电梯乘坐舒适感好,平层准确度高,明显优于交流双速电梯,多用于速度2.5m/s以下的电梯(也可更高速度)3)变频变压 调速系统 该系统是通过改变电机进线段的电压和电源频率来调节电动机转速,此类电梯速度可达12.5m/s,其调速性能已达到直流电动机的水平.且具有节能,效率高,驱动控制设备体积小,重量轻和乘坐舒适感好等优点.4)直流拖动 系统 直流电动机具有调速性能好,调速范围大的特点,因此具有速度快,舒适感好,平层准确度高的优点. 电梯上常用的有两种系统:一是发电机构成的可控硅励磁发电机-电动机系统;二是可控硅直接供电的可控硅-电动机系统电梯电气系统概论（3）永磁同步无齿电动机拖动永磁同步电动机拖动是近几年发展起来的新型拖动方式。普通电动机的磁场能是由线圈中通入电流产生励磁；永磁同步电动机不需要励磁电流，它的磁极是由永磁材料产生的。与有齿轮的交流电动机相比，由于取消了如蜗轮蜗杆、行星齿轮等减速机构，传动系统的电动机和曳引轮同轴，使得曳引机结构简单而紧凑，易于小型化、轻量化，目前广泛应用于小机房电梯，特别是无机房电梯上。电梯电气系统概论与直流电动机相比，永磁同步电动机基本原理是建立在反装直流电动机基础上，永磁同步电动机用受转子位置控制的变频器（或其他电力电子开关装置），来代替由换向器和电刷组成的机械式整流、逆变器，使电路实现了无触点，又由于转子采用高磁能积的稀土永磁材料，控制装置都由大功率晶体管组成，电动机的力矩惯性比大，动态性能好，在保留了直流电动机原有的优点外使电机具有更高的低速特性、调速精度、快速响应性能，且寿命厂、耗电低、维护简单。电梯电气系统概论永磁同步电动机还具有低噪声，振动小、不需润滑，不产生谐波干扰，能提高电网功率因数等优点，同时由于它的运行转速较低，且在失电时有接触器的动断触点将电动机定子电枢绕组短接，当出现超速（无论上行还是下行）故障时，控制系统监测到超速信号后，立即切断供电器供电回路，此时静止的绕组切割旋转的永磁体产生的磁场而感应出电势，从而产生一个类似直流电动机能耗制动的制动力矩，实现了防坠落、防飞车。也省略上行超速保护装置，减小了高速动作时因高温所产生的部件损坏的安全风险。 电梯电气系统概论永磁同步电动机电梯电气系统概论2、电气控制系统电气控制系统电梯的电气控制系统，主要是指对电梯主曳引电动机和门机的启动、运行方向、减速、停止的控制，以及对每层站显示、层站召唤、轿内指令、安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。控制系统的功能与性能直接决定着电梯的自动化程度和运行性能。随着微电子技术、交流调速理论和电力电子学的迅速发展及广泛应用，不仅提高了电梯的整机性能，而且也改善了电梯的乘坐舒适感、提高了电梯控制的技术水平和运行可靠性。电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，PLC控制和微机控制的电梯产品已成为主流。电梯电气系统概论（1）继电-接触器控制这种控制系统，简明易懂，线路直观，易于掌握。系统通过继电-接触器触点的断合，进行逻辑判断和运算，进而控制电梯的运行。但从使用观点看，该系统有以下缺点：1）触点易磨损、电接触不好、故障率较高；2）触点闭合缓慢、动作速度慢；3）设备体积大，控制柜占机房面积大；4）控制系统的能量消耗大；5）维修保养工作量大、费用高。6）控制功能少、接线复杂、通用性与灵活性较差。电梯电气系统概论接触器继电器热继电器电梯电气系统概论五层站五层站KTJ-/1.0-XHKTJ-/1.0-XH型交流双速信号控制电梯电气控制原理图型交流双速信号控制电梯电气控制原理图 电梯电气系统概论五层站五层站KTJ-/1.0-XHKTJ-/1.0-XH型交流双速信号控制电梯电气控制原理图型交流双速信号控制电梯电气控制原理图( (续续) ) 电梯电气系统概论（2）可编程序控制器（PLC）控制PLC是以微处理器为核心的工业控制器。它的基本结构由CPU、输入输出（I/O）模块、存储器、编程器等组成。与微机相比，它具有下述主要特点：1）编程方便，易懂好学：2）抗干扰能力强，可靠性高：3）构成应用系统灵活简便：4）安装维护方便：电梯电气系统概论结构整体式模块式电梯电气系统概论（3）微机控制微型计算机应用于电梯控制是当代电梯技术发展的一个重要标志。微机应用于电梯控制主要在以下几个方面：1）微机用于召唤信号处理，完成各种逻辑判断和运算，取代继电器控制和机械结构复杂的选层器。 2）微机用于控制系统的调速装置，用数字控制取代模拟控制，由存储器提供多条可选择的理想速度指令曲线值，以适应不同的运行状态和控制要求。3）用于群梯控制管理，实行最优调配，提高运行效率，减少候梯时间，节约能源。电梯电气系统概论微机控制系统由CPU（运算器和控制器构成的中央处理器）存储器、输入输出接口等主要部分组成。CPU主要完成各种召唤信号处理，逻辑和算术运算，安全检查和故障判断，发出控制指令和速度指令等。存储器用于存放各种运行速度指令曲线数据、楼层数据、运行控制程序等。输入输出接口电路用于CPU与外围设备或电路的信号传送、电平转换，并通过光电耦合隔离外界干扰。电梯电气系统概论电梯电气系统概论前门后门轿厢装置诊断系统控制系统驱动系统24V及抱闸电源远程监控系统TCM控制系统简介-TCM控制系统结构示意图电梯电气系统概论综上所述，电力拖动和电气控制系统是电梯的动力源、运行管理控制中心，是电梯的机械、电气两大系统的有机结合，是实现电梯安全、可靠、舒适、快捷运行和完成上、下交通运输任务的保证。 电梯电气系统概论电梯电气系统概论第四节第四节 电气系统的发展趋势电气系统的发展趋势电梯运行性能的好坏，在很大程度上取决于电梯的电气拖动系统的优劣，而功能的完善和灵活性，可靠性、智能化服务，以及安全稳定性又取决于电梯的信号控制系统。目前大部分生产厂家普遍选用通用变频器+PLC，配套低压电器组成电气系统，或通用变频器+微机（32bit微处理器），优点是可靠性高、技术上易掌握，缺点是技术依赖性强，选择余地小，对一些特殊要求无法达到。对一些大的品牌生产企业,电梯的电气系统均采用专用变频器，它可采用IGBT（大功率绝缘栅极晶体管）、GTR（大功率晶体管）和IPM（智能控制）模块，并选用16bit或32bit微处理器。它具有很强的通信能力，扩展性强，可不断完善升级，故障显示代码内容广泛，方便维修。电梯电气系统概论近几年，电气系统有向控制驱动一体化机发展的趋势，所谓一体化是将变频器和微机信号系统合二为一，优点是可方便两者之间的通讯、减少连接线、降低成本，缩小体积。除此之外与电气系统相关的一些发展方向还有；电梯电气系统概论一电梯监控技术的应用 电梯监控是智能建筑中楼宇自控管理系统的组成部分。电梯监控较理想的长远目标是进入社会集约管理的模式，至少是某一区域管理模式，这样做的好处是最终为顾客提供一个价廉、安全、舒适的乘梯服务。目前各主要电梯制造商都能做到即使机内的程序不受外界干扰，又可以用一个规范的协议进行通信，向外提供电梯的运行状态或接收来自外部的控制指令。 电梯电气系统概论应用弱电控制的高新技术实现电梯监控却是今后的发展趋势。体现在：1电梯轿厢内的摄像机监控。 2无线远程监控装置除目前在值班中心设有电梯供应商提供的电梯监控板，用于简单地显示电梯运行状态并可与电梯轿厢进行内部通话外，无线远程监控装置可对小区内众多电梯进行实时监控。 电梯电气系统概论无线远程监控系统电梯电气控制原理图无线远程监控系统电梯电气控制原理图 电梯电气系统概论二门禁保护在一些重要场所也有将电梯纳入门禁区域控制的一部分，通常在电梯厅门口或电梯内装有读卡器或指纹识别机，通过读卡或读取事先预存的指纹，确定乘客身份，以此来决定电梯是否响应，并运行到需停靠的楼面。 电梯电气系统概论电梯电梯ICIC卡管理系统电气控制原理图卡管理系统电气控制原理图 电梯电气系统概论电梯电梯ICIC卡管理系统系统拓扑图卡管理系统系统拓扑图电梯电气系统概论 三遥控技术为缩短乘客等候电梯的时间，提前将在其他层待命的电梯，通过遥控器召到乘用层来，以便乘客到后可直接乘用。电梯电气系统概论四永磁同步变频调速技术新型的永磁同步变频调速技术，近几年不仅被广泛用于曳引同步主机的调速，也开始在门机控制系统中应用。它采用了矢量控制技术和计算机通讯技术，直联传动、安装简捷、低速扭矩大、调节范围宽，具有节能降耗、运行平稳、故障率低、免调试和远程监控功能的特点，性价比极高，是一种节能绿色环保产品。电梯电气系统概论五节能技术近几年电梯能量反馈装置也趋于成熟。目前结合变频技术，科学合理地对位能负载、反复减速制动的升降系统中，释放的机械能所产生的再生电能直接利用和再利用有了可行的办案，如利用有源逆变技术，将系统载功泵升电能及时高效地回馈电网，即将驱动系统直流回路无功能量向供电网络有功能电能的转换；以及采用同机房群控共直流母线，即在梯群驱动系统内部进行无功能量向有功能电能间的双向交互与相互补偿。总之，节能也成为电梯必需实现的一个目标。电梯电气系统概论六电磁兼容技术随着电力电子技术在电梯动力装置中的广泛应用，例如可控硅直流拖动系统、交流调压拖动系统、交流变频拖动系统等，其在完成电能形式变换和功率传送的同时，不可避免的会产生非正弦波，通过电源线或以电磁辐射进行传导，造成电网电压波形畸变，还会对附近的电气设备产生干扰。另一方面，现代电梯普遍应用了计算机控制和微电子技术，相对于传统的继电器控制系统更容易受到干扰。因此，限制电气设备通过电源或电磁辐射的干扰以及提高自身抵御外界电磁干扰的能力成为电梯产品的一项新要求. 电磁兼容性（简称EMC）的定义为：设备或系统在其环境中能正常工作（简称EMS），且不对该环境中产生不允许的电磁骚扰的能力（简称EMI）。EMC= EMS + EMI。 GB7588-2003电与梯制造安装安全规范第13.1.1.3 条规定：电梯的电磁兼容性宜符合EN 12015电磁兼容性.电梯、自动扶梯和自动过道的产品系列标准.辐射 和EN12016电磁兼容性.电梯、自动扶梯和自动过道的产品系列标准.抗干扰性的要求。 电梯电气系统概论