電梯電力拖動基礎知識第一頁，共131頁。第一節(jié)電梯電力拖動系統(tǒng)的特點、供電及主機控制一、電梯電力拖動的種類及特點電梯的電力拖動系統(tǒng)對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行、制動減速起著控制作用。拖動系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響電梯的起動和制動加速度、平層精度、乘坐舒適性等指標。在19世紀中葉以前直流拖動是電梯的唯一拖動方式，到20世紀初交流電力拖動才開場在電梯上得到應用。

第二頁，共131頁。目前用于電梯電力拖動系統(tǒng)主要有如下幾類：１、交流變極調速系統(tǒng)交流感應電動機要獲得二種或三種的轉速，由于它的轉速是與其極對數成反比，因此變速的最簡單方法改變電動機定子繞組的極對數就可改變電動機的同步轉速。該系統(tǒng)大多采用開環(huán)方式控制，線路比較簡單，造價較低，因此被廣泛用在電梯上，但由于乘坐舒適感較差，此種系統(tǒng)一般只應用于額定速度不大于１m/s的貨梯。第三頁，共131頁。２、交流調壓調速系統(tǒng)由于大規(guī)模集成電路和計算機技術的開展，使交流調壓調速拖動系統(tǒng)在電梯中得到廣泛應用。該系統(tǒng)采用可控硅閉路調速，其制動減速可采用渦流制動、能耗制動、反接制動等方式，使得所控制的電梯乘坐舒適好，平層準確度高，明顯優(yōu)于交流雙速拖動系統(tǒng)，多用于速度2.0m/s以下的電梯。但隨著調速技術和電子器件的開展有被變頻變壓調速系統(tǒng)淘汰的趨勢。

第四頁，共131頁。３、變頻變壓調速系統(tǒng)變頻調速是通過改變異步電動機供電電源的頻率而調節(jié)電動機的同步轉速，也就是改變施加于電動機進線端的電壓和電源頻率來調節(jié)電動機轉速。目前交流可變電壓可變頻率(VVVF)控制技術得到迅速開展，利用矢量變換控制變頻變壓系統(tǒng)的電梯速度可達12.5m/s，其調速性能已到達直流電動機的水平。且具有節(jié)能、效率高、驅動控制設備體積小、重量輕和乘坐舒適感好等優(yōu)點，目前已在很大范圍內替代了直流拖動。第五頁，共131頁。４、直流拖動系統(tǒng)直流電動機具有調速性能好，調速范圍大的特點，因此具有速度快、舒適感好、平層準確度高的優(yōu)點。電梯上常用的有二種系統(tǒng)：一是發(fā)電機組構成的可控硅勵磁發(fā)電機－電動機系統(tǒng)；二是可控硅直接供電的可控硅－電動機系統(tǒng)。前者是通過調節(jié)發(fā)電機的勵磁來改變電機的輸出電壓，后者是用三相可控硅整流器，把交流電變成可控的直流電，供給直流電動機，這樣可省去了發(fā)電機組節(jié)省能源、降低造價，且構造緊湊。但隨著變頻變壓調速的開展，目前電梯已很少使用直流拖動。

第六頁，共131頁。曳引電梯因其負載和運行的特點，與其他提升機械相比，在電力拖動方面有以下特點：1、四象限運行。雖然電梯與其他提升機械的負載都屬位能負載，但一般提升機械的負載力矩方向是恒定的，都是由負載的重力產生。但在曳引電梯中，負載力矩的方向卻隨著轎廂載荷的不同而變化，因為它是由轎廂側與對重側的重力差決定的。第七頁，共131頁。增加內容：電動機的工作制電動機的工作制分為10類〔1〕連續(xù)工作制——S1工作制〔2〕短時工作制——S2工作制〔3〕斷續(xù)工作制——S3工作制〔4〕包括啟動的斷續(xù)周期工作制—S4工作制〔5〕包括電制動的斷續(xù)周期工作制——S5工作制第八頁，共131頁。〔6〕連續(xù)周期工作制——S6工作制〔7〕包括電制動的連續(xù)周期工作制——S7工作制〔8〕包括負載—轉速相應變化的連續(xù)周期工作制—S8工作制〔9〕包括負載和轉速做周期性變化的工作制—S9工作制〔10〕離散恒定負載工作制—S10工作制第九頁，共131頁。接電持續(xù)率、接電次數和啟動次數1、接電持續(xù)率起重機在一個工作周期中，電氣設備有接電工作時間，也有斷電停頓時間。接電工作時間與周期時間的比值叫做接電持續(xù)率。2、接電次數工作一次接電一次，接電次數表示工作繁忙程度。按規(guī)定，斷續(xù)工作周期的時間不超過10min，每小時至少工作6次。起重機每小時工作遠遠超過6次。第十頁，共131頁。3、啟動次數啟動是指電動機轉速從零啟動到額定轉速，叫全啟動；實際使用時并不是都啟動到額定轉速，一般啟動到較低速就被制動，叫點車。點車的功率損耗小于全啟動，不有算全啟動一次。第十一頁，共131頁。異步電動機的主要參數1、同步轉速n0與電機的極對數P、電源頻率f的關系三相異步電動機有三相定子繞組，每個繞組由一個線圈組成，三相繞組在空間上彼此相隔120o，可以做星形或三角形聯(lián)結。三相繞組接在對稱的三相交流電源上，在定子空間產生旋轉磁場。旋轉磁場的轉向與三相電流的相序A→B→C是一致的。假設改變旋轉磁場的轉向，只要把通往定子繞組第十二頁，共131頁。

的電流的相序改變，即交換任意電源進線即可。電動機定子的三相繞組，兩個磁極時，一相繞組兩個線圈，一個磁極下一個線圈，共6個線圈，在定子空間每個線圈相差60o布置。如把線圈的數量增加一倍，每相繞組的4個線圈串聯(lián)，一個磁極下一個線圈，就變成了4極。這12個線圈，在空間上相隔30o，第十三頁，共131頁。每當交流變化一周，兩極磁場在空間旋轉360o，4極磁場只轉180o。如果是P對極，交流電流變化一周，磁場在空間旋轉了〔1/P〕x360o，即磁場在空間旋轉了1/P轉。設定子繞組的電流頻率為f，旋轉磁場轉速為n0，則有60fn0=——P第十四頁，共131頁。式中n0——同步轉速〔r/min〕，為電動機定子外加電源在定、轉子空間形成的旋轉磁場的轉速；f——電源頻率〔Hz〕，我國的電源頻率f=50Hz；P——極對數；f/P——每秒轉數r/s；60——常數，來源于60s=1min。第十五頁，共131頁。如電動機的型號為YZR180L—8，則8為極數，極對數為4，同步轉速為750r/min。

2、轉差率S和額定轉差率Se〔1〕轉差率同步轉速n0與轉子轉速n之差，再與同步轉速n0之比，稱為異步電動機的轉差率，簡稱轉差，S表示，則有n0-nS=————n0第十六頁，共131頁。式中，n——實際轉速〔r/min〕；n0——同步轉速〔r/min〕?！?〕額定轉差率Se額定轉速ne時的轉差率為額定轉差率，用下式表示：n0-neSe=————n0第十七頁，共131頁。異步電動機的機械特性曲線1、異步電動機的電磁轉矩當異步電動機的定子繞組接通三相電源后，在定子空間產生旋轉磁場。轉子與旋轉磁場相對運動〔轉子導體切割旋轉磁場磁力線〕，便在轉子導線內產生感應電動勢。在此感應電動勢的作用下，轉子導線內產生感應電流，稱為轉子電流。轉子電流在磁場中受力，這些磁力對轉軸形成一個轉矩，稱為電磁轉矩，其作用方向與旋第十八頁，共131頁。轉磁場旋轉方向一致，因此，轉子就順著旋轉磁場旋轉方向轉動起來。轉子的轉速，永遠小于旋轉磁場旋轉速度n0，如果n=n0，則轉子與旋轉磁場之間就不存在相對運動，也就不存在轉子導線切割磁力線，也就不存在感應電動勢、感應電流、電磁轉矩。因此，轉子總是緊跟著旋轉磁場，以小于同步轉速n0的轉速n旋轉，所以這類電動機被稱為異步電動機。第十九頁，共131頁。異步電動機的電磁轉矩M為SE20M=CΦI2cosφ2=CΦ—————————R+〔SX20〕2R2SR2———————=CΦE20———————R+〔SX20〕2R+〔SX20〕2第二十頁，共131頁。式中C——常數，決定于電動機的構造；Φ——電動機的定子的磁通密度(Wb/m2〕;S——轉差率；X20——轉子電路的相感抗〔Ω〕；R2——轉子電路的相電阻〔Ω〕；E20——轉子的電路開路電壓〔V〕。當外加電壓U及頻率f1為定值時，式中Φ、E20和X20都是常數；Φ與外加電壓U成正比，當外加電壓U一定時是常數；X20是轉子還未轉動起來時第二十一頁，共131頁。

的感抗，X20=2πf1L2,L2為轉子繞組每相電感系數，常數；當外加電源頻率f1為定值時，X20是常數。E20是轉子電路開路電壓，是轉子還未轉動起來時的電動勢，常數；R2為轉子電路的相電阻，沒有外加電阻時，R2也是常數；式中的電磁轉矩M僅隨轉差率S的變化而變化。

第二十二頁，共131頁。根據式中作出的關系曲線，稱為M-S曲線，也叫機械特性曲線。電動機固有的、沒有改變電源頻率、定子端電壓、轉子內沒有外加電阻時的特性曲線，稱自然特性曲線。曲線分為兩局部：OA和AB局部，見圖1—5—1。第二十三頁，共131頁。s第二十四頁，共131頁。在OA局部，S很小，電磁轉矩M與轉差率S根本成正比?？梢哉J為這一段是直線。在AB局部，隨S增大，轉矩與S成反比減小。電磁轉矩M由增大到減小的轉折點，稱為最大轉矩Mmax；此時的轉差率稱臨界轉差率。電動機運行時，軸上有兩種轉矩，一是電動機的電磁轉矩M，另一是負載轉矩Mf。第二十五頁，共131頁。當Mf=M時中，電動機穩(wěn)定運行；當Mf<M時，電動機加速運行；當Mf>M時，電動機減速運行。電動機靜止時，接通三相電源，電動機建立磁場，產生電磁轉矩，此時的電磁轉矩為啟動轉矩Mq。當Mq大于負載轉矩時才能啟動，小于負載轉矩時不能啟動。電動機啟動后，沿著BA運行。隨著轉速的增大，電磁轉矩也有關增大，電動機進一步加速，經過臨界點A進入OA段運行。在BA段電動機無法穩(wěn)定第二十六頁，共131頁。運行，稱為不穩(wěn)定區(qū)。在OA段，隨著轉速增大，轉矩減少，直到M與Mf1相等時，電動機穩(wěn)定運行在C1點。當電動機軸上機械負載轉矩增大為Mf2時，電動機沿著OA運行，電磁轉矩增大；當電磁轉矩M=Mf2時，穩(wěn)定運行在C2點上。當電動機軸上機械負載轉矩減少為Mf3時，電動機沿著OA運行，電磁轉矩減少；當電磁轉矩M=Mf3時，穩(wěn)定運行在C3點。所以第二十七頁，共131頁。AO段為穩(wěn)定運行區(qū)。當Mf增大到超過電動機的最大轉矩Mmax時，運行著的電動機很快停頓運行。2、額定轉矩Me、額定輸出功率P、額定轉速ne三者之間關系電動機額定接電持續(xù)率工作時，軸上輸出的最大允許轉矩稱為額定轉矩Me。當電動機的電磁轉矩等于額定轉矩時，電動機運行在額定狀態(tài)。此時的轉速是額定轉速ne;轉差稱為額定轉差Se，電動機輸出功率稱為額定功率。第二十八頁，共131頁。電動機的最大轉矩Mmax與額定轉矩的比值，稱為過載倍數，用λ表示：Mmaxλ=————Me式中Mmax——電動機的最大轉矩〔Nm〕;Me——電動機的額定轉矩〔Nm〕。起重用的電動機的λ值，一般取2.3~2.8。第二十九頁，共131頁。什么叫電氣制動電磁轉矩作為制動轉矩，用來調節(jié)電動機的速度或停頓運行，這種非接觸式的制動方式叫電氣制動。機械制動主要用于固定停頓位置用的支持制動和平安制動。電氣制動作用是用于減速制動，不能用于支持制動和平安制動，不能作為固定停頓位置用。第三十頁，共131頁。為了使運動的機構迅速而準確地停頓，或者使下降的重物獲得穩(wěn)定的運行速度，需要電動機在電氣制動狀態(tài)下運行。

起重機各機構驅動異步電動機常見的電氣制動方法有再生發(fā)電制動、反接制動、能耗制動、單項制動四種。第三十一頁，共131頁。

再生發(fā)電制動1、再生發(fā)電制動的形式〔1〕在位能負載作用下產生的再生發(fā)電制動；〔2〕改變極對數P，改變同步轉速n0=60f/P，使電動機的轉速超過它的同步轉速n0，產生的再生作用發(fā)電制動；〔3〕變頻調速時，降低電源頻率f使電動機的轉速超過它的同步轉速n0，產生的再生發(fā)電制動。第三十二頁，共131頁。2、再生發(fā)電制動特點〔1〕電動機的轉速n高于同步轉速n0，轉子帶動旋轉磁場轉，處于發(fā)電狀態(tài)?！?〕電動機的電磁轉矩M是制動轉矩，此時電動機處于再生發(fā)電制動狀態(tài)；〔3〕轉差S為負值，一般可以在一∞~0之間。第三十三頁，共131頁。定子旋轉磁場切割轉子導體的方向與電動狀態(tài)相反，電磁力矩的方向與電動狀態(tài)相反，電磁力矩的方向與電動機的旋轉方向相反，成為制動轉矩，電動狀態(tài)時，定子旋轉磁場拉著轉子，現(xiàn)在是轉子拉著定子旋轉磁場，是發(fā)電狀態(tài)。電動機像一個與電網并聯(lián)的發(fā)電機，將電能反響給電網，又從電網吸取無功電流作激磁之用。第三十四頁，共131頁。3、在位能負載的作用下再生發(fā)生電制動電動機定子繞組下降方向接通三相交流電源，這時，電動機在具有勢能的負載帶動下，進入再生發(fā)電制動狀態(tài)運行?！?〕位能負載的作用下再生發(fā)電制動特點①電動機下方向接電，工作穩(wěn)定運行在第四象限；②電動機的轉速n高于同步轉速n0；③吊鉤上重物轉矩大于電動機的阻力轉矩〔包括所帶動的機構〕；第三十五頁，共131頁。④電動機的電磁轉矩M是制動轉矩；⑤轉差S為負值，一般可以在一∞~0之間。

當要求轉速不大于1.2n0時，再生發(fā)電制動的轉差S1在0~一0.2之間，即|S1|=〔R*+Rd*〕M1*<0~一0.2，否則超速運行。

圖2-1-1是位能負載的作用下再生發(fā)電制動的機械特性曲線，BD、BC段及其延長線為再生發(fā)電制動特性曲線段。第三十六頁，共131頁。s第三十七頁，共131頁。此時負載轉矩是下方向，電動機在A點啟動，電磁轉矩也是下方向。在電磁轉矩和負載轉矩作用下，沿曲線AB加速，運行在電動狀態(tài)。到達B點后，運行速度等于同步轉速，電動狀態(tài)完畢。過B點后，電磁轉矩小于負載轉矩。在負載轉矩作用下繼續(xù)加速，到達C點后，電磁轉矩等于負載轉矩，電動機在C點穩(wěn)定運行。

如果轉子里加一個外加電阻，電動機在H點啟動，電磁轉矩也是下方向。在電磁轉矩和負載轉矩作用下，沿曲線HB加速，第三十八頁，共131頁。運行在電動狀態(tài)。到達B點后，沿BD運行。到達D點后，電磁轉矩等于負載轉矩，電動機在D點穩(wěn)定運行，轉差為負，絕對值大于未加電阻的轉差數值，穩(wěn)定運行速度也大于未加電阻的穩(wěn)定運行速度。

〔2〕在位能負載作用下的再生發(fā)電制動的產生方法①電動機下方向接電；②吊鉤上重物轉矩大于電動機的阻力轉矩〔包括所帶動的機構〕；第三十九頁，共131頁。③設計時，轉子內的全部電阻有Rd*=Se〔額定轉差〕、軟化電阻R*=0.1、小電阻R*=0.20等幾種情況。

〔3〕再生發(fā)電制動，穩(wěn)定運行時〔位能負載〕轉差SL與轉子電路總電阻R+Rd的關系1〕公式Me|SL|R=———Rd-RdSeML第四十頁，共131頁。式中R——轉子回路外加電阻〔不包括轉子內電阻Rd〕〔Ω〕；Rd——轉子內電阻〔Ω〕；例4:電動機下方向接電，外加電阻〔包括轉子內電阻〕為R*=2時，負載轉矩為M1*=1，求穩(wěn)定工作速度n。解|SL|=R*M1*=2；因為S1為負數，所以舍去S1=+2。n0-n取SL=-2=———；n0解之得n=3n0。第四十一頁，共131頁。

在位能負載的作用下產生再生發(fā)電制動時，穩(wěn)定工作速度與負載轉矩和轉子電路總電阻的乘積有關。轉子電路總電阻小，穩(wěn)定工作速度?。晦D子電路總電阻大，穩(wěn)定工作速度大。轉子電路總電阻過大時，穩(wěn)定工作速度過大，甩壞定子和轉子繞組。

第四十二頁，共131頁。4、變極產生的再生發(fā)電制動電動機在高速繞組〔極對數少〕運行，突然接入低速繞組〔極對數多〕，運行速度高于低速繞組〔極對數多〕的同步轉速。圖2-1-4中，曲線α是高速極的機械特性曲線，Ь是低速極的機械特性曲線。電動機接在高速繞組上時，沿曲線α啟動運行，Ml是負載轉矩，穩(wěn)定運行在A點，運行在電動狀態(tài)。第四十三頁，共131頁。s第四十四頁，共131頁。突然接入低速繞組后，由A點運行平移到第二象限的B點運行，該點的轉速高于低速繞組的同步轉速n0Ь，轉速是正的。電磁轉矩是制動轉矩，是負的。電動機由高速繞組的電動狀態(tài)進入低速繞組再生發(fā)電制動運行。此時的電磁轉矩和負載轉矩都與運行方向相反，都使電動機減速。到C點后，再生發(fā)電制動完畢。C點的電磁轉矩為零。第四十五頁，共131頁。在負載轉矩作用下，繼續(xù)減速，到D點后，電磁轉矩等于負載轉矩，電動機在D點穩(wěn)定運行。此時，電磁轉矩與電動機的運行方向相反，電動狀態(tài)。5、降低電動機電源頻率產生的再生發(fā)電制動

變頻調速的降速過程中，均能使電動機的運行速度高于同步轉速。圖2-1-5中，f1高于f2。電動機在頻率f1上電動運行時，穩(wěn)定工作點在A點。頻率由f1降到f2時，f2的同步轉速是C點。此時的運行速度高于第四十六頁，共131頁。s第四十七頁，共131頁。同步轉速。電動機的運行在再生發(fā)電制動狀態(tài)。此時的電磁轉矩和負載轉矩都與運行方向相反，都使電動機減速。到C點后，再生發(fā)電制動完畢。C點的電磁轉矩為零。在負載轉矩作用下，繼續(xù)減速，到D點后，電磁轉矩等于負載轉矩，電動機在D點穩(wěn)定運行。此時，電磁轉矩與電動機的運行方向相反，電動狀態(tài)。第四十八頁，共131頁。能耗制動把電動機定子繞組從三相交流電源上切斷，接上直流電源，這時，電動機如被具有或勢能的負載帶動，則電動機進入能耗制動狀態(tài)。定子繞組中的直流電流使定子產生固定不變的磁場，旋轉的轉子切割磁力線，在轉子中產生電流，固定不變的磁場對運動的轉子電流產生電磁力，方向與轉子的旋轉改變方向相反，起制動作用。此時電動機相當于發(fā)電機，把負載的變成電能，再變成熱能消耗在轉子電路中。第四十九頁，共131頁。能耗制動一般用于起升機構的慢速下降和平移機構的快速停車。由于轉速為零時轉矩也為零，能準確停車。能耗制動接線如圖2-3-1和2-3-2所示。圖2-3-3中，Mf是負載轉矩，阻力負載。穩(wěn)定運行在A點。運行在電動狀態(tài)，突然切斷三相交流電源后，接入直流電源，由A點運行平移到第二象限的B點運行，B點的電磁轉矩是負的。負載轉矩是阻力負載，與轉子運行的方向相反。此時的電磁轉矩和負載轉矩都與運行方向相反，都使電動機第五十頁，共131頁。s第五十一頁，共131頁。與運行方向相反，都使電動機減速。到O點后，電磁轉矩為零，電動機停頓運行。-------------------------------------------------------圖2-3-4〔ａ〕中，M1是負載轉矩，位能負載。起升機構穩(wěn)定運行在A點上升方向的電動狀態(tài)。突然切斷三相交流電源后，接入直流電源，由A點運行平移到第二象限的B點運行。B點的電磁轉矩是負的，雖上升方向的。電磁轉矩是制動轉矩，電動機由電動狀態(tài)進入能耗制動運行。負載轉矩〔位能負數〕是下降方向。此時的電磁轉矩第五十二頁，共131頁。和負載轉矩都與運行方向〔上升〕相反，都使電動機減速。到O點后，轉速為零，電磁轉矩為零。負載轉矩不為零，在負載作用下，電動機反向運行。O點后的電磁轉矩變成正的，上升方向。負載轉矩還是下降方向，負載轉矩大于電磁轉矩，加速運行到D點，電磁轉矩等于負載轉矩，穩(wěn)定運行在D點。圖2-3-4〔〕b中，是用于高空停頓后，利用能耗制動穩(wěn)定下重物的。ML是負載轉矩，位能負載。重物停在高空不動。第五十三頁，共131頁。首先接入直流電源，再翻開制動器。接入直流電源瞬間，電磁轉矩為零，轉速為零。負載轉矩作用下，向下降方向轉動。轉動起來之后，電磁轉矩不再為零，是上升方向的。電磁轉矩是制動轉矩。電磁轉矩與運行方向相反，電動機由靜止狀態(tài)進入能耗制動運行。但電磁轉矩小于負載轉矩，加速運行到A點，電磁轉矩等于負載轉矩，穩(wěn)定運行在A點。第五十四頁，共131頁。如果剛開場轉子內接入的電阻比曲線OA大。接入直流電源后翻開制動器的同時，沿曲線OBC進展。加速運行到C點，電磁轉矩等于負載轉矩，穩(wěn)定運行在C點。如在穩(wěn)定運行的A點，接入大電阻，可平移到B點運行；沿曲線BC運行。加速運行到C點，電磁轉矩等于負載轉矩，穩(wěn)定運行在C點。第五十五頁，共131頁。圖6-1是特性曲線的四象限運行圖。其中曲線1和2是異步電機的自然機械特性曲線，而虛線L和L`是負載特性曲線。曳引拖動電梯重載〔轎廂側重量超過對重側重理〕上行時，電動機處于電動狀態(tài)，拖動力矩與負載力矩均為正值，電動機工作在第Ⅰ象限的A點。但假設輕載〔轎廂側重量小于對重側重量〕上行時。由于負載力矩為負值即曲線L`，故電機處于上行方向的再生狀態(tài)，工作在第Ⅱ象限的B點。第五十六頁，共131頁。

當電梯輕載下行時，由于電動力矩和負載力矩均為負值，電機處于電動狀態(tài)，工作在第Ⅲ象限的C點。在重載下降時，由于負載力矩為正值，電動機處于下行方向的再生狀態(tài)，工作在第Ⅳ象限的D點。

第五十七頁，共131頁。

2、運行速度高。

一般用途的起重機的提升速度為～，而電梯速度大都在以上，一般都在1～2m/s，最高的可超過13m/s。第五十八頁，共131頁。3、速度控制要求高。電梯屬于輸送人員的提升設備，在考慮人的平安和舒適的根底上也要講究效率。故規(guī)定電梯的加速度不能大于1.5m/s2又不能小于0.48～0.65m/s2。

第五十九頁，共131頁。在直流驅動和交流調壓調速和變頻調速中均由速度給定電路和提供一個較理想的運行速度曲線，通過反響的拖動裝置的速度調節(jié)，使電梯實時跟蹤給定的曲線。假設在加速、減速段中加速度變化的部位跟蹤精度不高或各曲線段過渡不平滑都影響乘坐的舒適感。

第六十頁，共131頁。4、定位精度高：一般提升機械如起重機的定位精度要求都不甚高，在要求較準確的定位如安裝工件時，也是在工作人員的指揮和操作人員的控制下才能到達。而電梯在平層?？繒r依靠自動操作，定位精度都在15mm左右，變壓變頻調速電梯可在5mm以內。第六十一頁，共131頁。二、供電與主機控制1、供電。電梯是民用建筑中功率較大的設備，而且由于工作的特點對供電的質量要求較高。電梯電源應是專用電源。由配電間直接送到機房，電源的電壓波動范圍應不超過±7%，而且照明電源應與電梯主電源分開。電梯的供電應采用TN-S系統(tǒng)，在有困難時可以采用TN-C-S系統(tǒng)。而且應有重復接地。為檢修時使用活開工作燈具等需要，應有符合平安電壓要求的電源裝置向轎頂、底坑某處的插頭供電。并應有應急電源在停電或故障時供照明和報警等裝置使用。

第六十二頁，共131頁。2、主開關。在機房中每臺電梯都應單獨裝設一個能切斷該臺電梯電路的主電路的主開關。該開關整定容量應稍大于所有電路的總容量，并具有切斷電梯正常使用情況下最大電流的能力。

主開關應具有穩(wěn)定的斷開和閉合位置，假設以刀閘為主開關，則手把向下的位置應是斷開位置。主開關的斷開位置最好能鎖住，以防誤操作造成事故。主開關應安裝在從機房入口處能方便迅速接近和操作的位置，周圍不應有雜物或有礙操作的設備或構造。如果機房為幾臺電梯共用，各臺電梯的主開關必須有明顯易識別的與曳引機對應的標記。主開關假設裝在電氣柜內，則電氣柜不應上鎖，應能隨時翻開。第六十三頁，共131頁。主開關不能切斷以下的供電電路：機房、滑輪間、轎廂和井道(含底坑)的照明；機房、轎頂和底坑的插座以及通風和報警裝置。電梯轎廂和井道的照明和插座，應取自建筑的照明電路或從主開關外側引入。并有各自單獨的電源開關和保護裝置，開關應安裝在相應的主開關附近。

第六十四頁，共131頁。3、配線與布線。電梯用的導線、電纜應符合GB5013—1997額定電壓450/750V及以下橡皮絕緣電纜和GB5023—1997額定電壓450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜的規(guī)定。其中聚氯乙烯絕緣電纜能用于除電梯驅動主機動力電路以外的全部線路。導線的截面應由平安載流量和機械強度來決定，但門平安電路的導線截面不得小于0.75mm2。

第六十五頁，共131頁。

除固定布線用護套電纜和中的重型電纜可在機房、井道墻上明敷外，其他電線電纜都應安裝在線槽和線管中。線槽與線管應用不燃性的材料制成，并有足夠的強度。鐵制線槽在機房地面敷設時，其壁厚不得小于。不易受損的分支線路可以用軟管保護，但軟管長度不應超過2m。第六十六頁，共131頁。電線管在安裝時應用卡子固定，固定點間距應不大于3m。線管的管口應設護口，與線槽連接處應用鎖緊螺帽鎖緊。其內部電線的充填率應不大于40%。金屬軟管與箱、罩或設備的連接處應用專用接頭。安裝時應固定，尤其端頭必須固定結實，固定點間距不大于1m。

第六十七頁，共131頁。電線槽應接口嚴密，槽蓋齊全平整，在并列安裝時應注意使槽蓋能方便開啟。線槽的轉角和進出口應無毛刺，各節(jié)槽體間應有電氣連接。在線槽或線管配線時，電線應盡量防止有中間接頭，在必須的接頭時應采用冷壓端子等方法可靠壓接并作好絕緣處理。在線槽的進出口和轉彎部位或電纜受力部位應加絕緣襯墊，垂直局部應可靠固定。電線槽內的電線充填截面應不大于槽內截面積的60%，并應留有備用線。動力線和控制線應分開敷設。

第六十八頁，共131頁。

在電線安裝時，接線端子應置于柜內或盒內，電線電纜的內護層和護套應進入設備接線裝置的殼體，以確保導線絕緣和防護的連續(xù)性。

第六十九頁，共131頁。

電梯隨行電纜應符合GB5013.5—1997和GB5023.6—1997的要求。隨行電纜安裝前必須先自由懸吊消除扭曲。敷設的長度應在轎廂完全壓縮緩沖器后，略有余量但不拖地。設井道路中間電纜固定架時，固定架應設在提升高度過的2/1以上處。

第七十頁，共131頁。隨行電纜兩端及不運動局部應可靠固定。圓電纜應綁扎在轎底和井道的電纜架上〔如圖6-2，6-3〕。扁電纜可重疊安裝，重疊數不易超過三根，每根間應有30～50mm的活動間距。扁電纜固定應使用楔形插座與卡子〔見圖6-4a和圖6-4b〕。第七十一頁，共131頁。4、制動器和驅動主機的控制制動器在動力電源或控制電源失電時，都應無延遲地自行制動。按ＧＢ７５８８的要求：切斷制動器的電流至少應用兩個獨立的電氣裝置〔接觸器〕來實現(xiàn)，即對制動器線圈應有兩個獨立的串聯(lián)的觸頭進展控制。當電梯停頓時，假設其中一個接觸器的主觸點未翻開，則最遲到下一次運行方向改變時，能防止電梯再啟動。這兩個接觸器可以是專門設立的，也可以利用切斷驅動主機電流的裝置。

第七十二頁，共131頁。ＧＢ７５８８規(guī)定由外電源直接供電的驅動主機，必須用兩個獨立的接觸器切斷電源使主機停頓運行。這兩個接觸器的主觸點應串聯(lián)在電源電路中。在電梯停頓時假設有一個接觸器的主觸點未翻開，則最遲到下次運行方向改變時，必須防止電梯再運行。

第七十三頁，共131頁。

當驅動主機由靜態(tài)元件供電和控制時，可以采用上述用兩個獨立接觸器切斷主機電源的方法，也可以由一個能切斷各相電流的接觸器，和一個用來阻斷靜態(tài)元件中電流的控制裝置及每次停車時檢驗阻斷情況的監(jiān)控裝置共同組成的系統(tǒng)來切斷主機電流。

第七十四頁，共131頁。

接觸器應在電梯每次改變運行方向前釋放，如果此時接觸器主觸點未斷開，電梯應停頓再運行。在正常停車時，如果阻斷裝置未能有效阻斷靜態(tài)元件輸出的電流，監(jiān)控裝置應使接觸器釋放，防止電梯再運行。第七十五頁，共131頁。第二節(jié)交流變極調速系統(tǒng)變極調速就是改變交流感應電機定子繞組的磁場極數，以改變磁場同步轉速來到達調速的目的。由電機學原理可知，三相異步電動機的轉速可由下式表達：式中：n—電動機轉速〔r/min〕；f—電源的頻率；p—定子繞組的磁極對數；s—轉差率

第七十六頁，共131頁。

從上式可見改變磁極對數p就可以改變轉速。電梯變極調速用的交流異步電動機有單速、雙速和三速。使用最多的是雙速，單速僅用于速度較低的雜物梯，雙速電機的磁極數一般為４極／１６極和６極／２４極，也有少數4極/24極和6極/36極的。三速電機一般磁極數為6極/8極/24極，比雙速多一個8極繞組，用于制動減速時的附加制動，三速電機主要用于載重量大的電梯。

第七十七頁，共131頁。

電機極數少的繞組稱為快速繞組，極數多的稱為慢數繞組。變極調速是一種有級調速，調速范圍不大，因為過多地增加電機的極數，就會顯著地增大電機的外形尺寸。

第七十八頁，共131頁。圖6-5是交流雙速電梯的主拖動系統(tǒng)的構造原理圖。從圖中可以看出，三相交流感應電動機定子內具有兩個不同極對數的繞組〔分別為6極和24極〕?？焖倮@組〔６極〕作為起動和穩(wěn)速之用，而慢速繞組作為制動減速和慢速平層停車用。為了限制起動電流，以減小對電網電壓波動的影響，在起動時一般按時間原則，串電組、電抗一級加速或二級加速；減速制動是在低速繞組中按時間原則進展二級或三級再生發(fā)電制動減速，以慢速繞組〔２４極〕進展低速穩(wěn)定運行直至平層停車。第七十九頁，共131頁。下面以圖6-6所示的交流電動機機械特性圖來說明電梯的整個運行過程。電梯串電抗后以特性曲線１起動，起動轉矩為Ma，轉速上升到nb時，短接電抗器XH、RH，轉到自然特性２，由于轉速不能突變，過渡到Ｃ點，轉矩有增量△M=Mc-Mb，然后加速到nb以恒速運行。減速制動時已從快速繞組切換至慢速繞組上，為減少電流沖擊，串入電抗XL、電阻RL，電動機按運行特性曲線3的e點開場減速，一直到f點時，KMA2吸合，短接電阻R2，電動機串電抗XL以特性4運行。速度下降到h時KMA3吸合，短接全部電阻和電抗，電動機以特性5運行，直到KM2釋放，電動機失電停頓運行。

第八十頁，共131頁。

在快速繞組中串入電阻和電抗，是為了在起動時減小起動電流和減小對電網的影響，也限制了起動時的加速度防止產生沖擊以改善起動的舒適感。在慢速繞組中串入電阻和電抗，是為了限制減速時快速繞組切換到慢速繞組時的制動力矩，防止產生沖擊。逐極切除電阻電抗是為使減速平穩(wěn)，都是為了增加舒適感。一般要求起動轉矩為額定轉矩的2倍左右，慢速為～倍。第八十一頁，共131頁。第三節(jié)交流調壓調速系統(tǒng)一、交流調壓調速就是通過改變電機定子電壓來實現(xiàn)調速雙速電梯采用串電阻電抗起動，變極減速平層，一般起、制動加速度大，運行不平穩(wěn)。假設用可控硅取代電阻電抗，從而控制起、制動電壓，并采用速度反響實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制，在運行中不斷檢查電梯運行速度與理想速度曲線的吻合。就可以到達起動舒適、運行平穩(wěn)的目的，這就是交流調壓調速的根本原理。

第八十二頁，共131頁。

交流調壓調速電梯在運行各個階段的控制方式大致有三種見圖６—７。從圖中可知不管那種控制方式，其制動過程總是要加以控制的。交流調壓調速的制動方式有能耗制動、渦流制動、反接制動。一般常用能耗制動方式。

第八十三頁，共131頁。

能耗制動的調壓調速系統(tǒng)采用可控硅調壓調速再加直流能耗制動組成。通常失電后對慢速繞組中的兩相繞組通以直流電流，在定子內形成一固定的磁場。當轉子由于慣性而仍在旋轉時，其導體切割磁力線，在轉子中產生感應電勢及轉子電流，這一感應電流產生的磁場與定子磁場相互作用產生了制動力矩，其大小與定子磁化力及電機轉速有關。這種狀態(tài)下的機械特性曲線第Ⅱ象限通過坐標原點向外延伸的曲線〔見圖6-8〕。從曲線形狀可見，當電機轉矩下降為零，轉速也為零，所以應用能耗制動能使轎廂準確停車，再加上用可控硅構成閉環(huán)系統(tǒng)調節(jié)速度，可以得到滿意的舒適感及平層精度。第八十四頁，共131頁。由于能耗制動力矩是由電機本身產生的，因此對起動加速、穩(wěn)速運行和制動減速實現(xiàn)全閉環(huán)的控制不但可能而且是方便的。具體可根據電機特性及調速系統(tǒng)的配置而定。這種系統(tǒng)對電動機的制造要求較高，因此電動機在運行過程中一直處于轉矩不平衡狀態(tài)，從而導致電動機運行噪聲增大，以及電時機發(fā)生過熱現(xiàn)象。

第八十五頁，共131頁。

可控硅的調壓調速是采用移相控制。三組反并聯(lián)的晶閘管按順序用脈沖觸發(fā)，觸發(fā)順序必須保證相序和相位關系。這時對于一定的負載阻抗角ψ來講，觸發(fā)控制角α越大，晶閘管的導通角θ將越小，流過晶閘管的電流也越小，其波形的不連續(xù)程度增加，負載的電壓就越低。第八十六頁，共131頁。二、交流調壓〔ACVV〕拖動系統(tǒng)的組成典型ACVV電梯拖動系統(tǒng)如圖6-9所示，該系統(tǒng)適用于額定載重量為1000kg、額定速度為1.25～2m/s的交流調速電梯。系統(tǒng)由以下各局部組成：

第八十七頁，共131頁。1、交流曳引電動機電動機為交流調壓調速電梯專用雙繞組雙速曳引電動機，額定電壓為380V，50HZ，極數為4/16極，額定功率為18.5/3.9kW，額定電流為40A/20A，額定轉速為1380/325r/min；對電動機進展雙重熱保護。當電動機溫度上升到60℃左右時，起動風機對電動機進展強制通風冷卻。冷卻風機額定電壓為220V，50Hz，4極，額定功率為0.22kW。額定電流為1.55A，額定轉速為1350r/min。當溫度超過155℃時，通過電動機內部熱敏電阻控制熱保護繼電器，迫使電梯到最近層站?？块_門。待電動機冷卻后，重新起動，電梯繼續(xù)運行。

第八十八頁，共131頁。2、速度調節(jié)裝置速度調節(jié)裝置〔也稱作調速器〕，是在引進技術根底上國產化的電梯速度控制裝置，比方TSD-10調速器就是這類裝置。調速器是電梯調速系統(tǒng)的關鍵控制部件，它由許多電路環(huán)節(jié)組成，其中速度調節(jié)器、速度給定曲線發(fā)生電路和晶閘管觸發(fā)電路是構成調速器的核心部分。該調速器具有如下功能：第八十九頁，共131頁。①輸入380V三相交流電壓，其輸出為0～380V連續(xù)可調三相電源電壓，可控制的電動機最大功率為20kW。②能給出三種連續(xù)可調的給定電壓。其低速給定電壓為0～3V，對應電動機轉速為0～500r/min，用于平層低速爬行；中速給定電壓為3～6V，對應電動機轉速為500～1000r/min，用于單層穩(wěn)速運行；高速給定電壓為6～9V，對應電動機轉速為1000～1500r/min，用于多層穩(wěn)速運行。還能給出等于1/2低速給定電壓的再平層給定電壓，以便提高平層準確度，一般平層準確度可以到達±4～5mm。給定電壓的上升時間和下降時間可在0.4～3.5s間連續(xù)可調。

第九十頁，共131頁。③能給出介于高速和中速之間的所謂計算速度，用于特殊樓層的運行以及短距離順向截車運行，以便提高運行效率。④能給出可調給定增量電壓，其作用時間為幾十毫秒，用于減小由機械傳動系統(tǒng)的靜摩擦力以及位能性負載的反向驅動在起動瞬間所造成的沖擊。⑤具有較為齊全的保護功能，如斷相和錯相保護、給定與反響信號差值保護、超速和欠速保護等。第九十一頁，共131頁。3、測速發(fā)電機測速發(fā)電機TG是一個雙繞組永磁式直流發(fā)電機，額定輸出電壓為120V，額定電流為90mA，額定轉速為2000r/mIn，輸出靈敏為2×0.06V/r。測速發(fā)電機與曳引電動機同軸剛性或軟性連接。其一個輸出信號接至調速器的1、2端，作為閉環(huán)控制的速度反響信號；另一個輸出信號接至速度繼電器JVR和JVP，作為速度監(jiān)測信號。

第九十二頁，共131頁。4、速度繼電器用于速度監(jiān)測的速度繼電器為高速超速保護繼電器JVR和低速平層速度檢測繼電器JVP，均承受測速發(fā)電機的一組輸出信號，高速保護繼電器JVP的速度整定范圍為1000～2000r/min，一般整定在1500r/min。當電動機轉速高于整定值時，繼電器JVR釋放，控制急?；芈?，實現(xiàn)高速超速保護。低速平層檢測繼電器JVP的速度整定范圍為〔100～400〕r/min，一般整定在150r/min。當電動機轉速低于整定值時，繼電器JVP吸合，通過其它電路環(huán)節(jié)的配合，完成平層和再平層。第九十三頁，共131頁。三、ACVV系統(tǒng)的工作過程當電梯快速運行時，圖6-9中的檢修接觸器MK、IMK開斷，快速接觸器KK閉合，三相交流電源經調速器后，由U`、V`、W`端輸出可調三相交流電壓，經方向接觸器XK〔下行〕、SK〔上行〕和快速接觸器KK接至曳引電動機4極高速定子繞組。與此同時，直流接觸器ZK閉合，調速器+、-端的可調直流電壓，經直流接觸器ZK接至電動機的16極低速繞組，以備進展能耗制動。電梯的邏輯控制電路使高、低速運行繼電器KG、KD閉合〔如判斷為中速運行，則繼電器KZ、KD閉合〕，調速器便給出相應的速度給定信號，控制電梯按給定速度曲線起動加速、穩(wěn)速運行和制動減速。在運行中，假設實測轉速低于給定速度，則調速器通過電動機4極快速繞組使其處于電動運行狀態(tài)，電梯加速運行；假設實測速度高于給定速度，則調速器通過電動機16極低速繞組使其處于制動狀態(tài)，電梯減速運行。這樣，便保證電梯始終跟隨給定速度曲線運行。

第九十四頁，共131頁。當電梯處于檢修運行狀態(tài)時，快速接觸器KK和直流接觸器ZK釋放，三相交流電壓就不經調速器而通過閉合的檢修接觸器MK、1MK直接接至電動機16極低速繞組。這時，運行繼電器全部釋放，調速器不再起作用，電動機便以額定轉速為320r/min的檢修低速運行。第九十五頁，共131頁。四、調壓調速系統(tǒng)特性調壓調速電梯拖動系統(tǒng)原理框圖如圖6-10所示。從圖中可發(fā)現(xiàn)，曳引電動機的電動控制和制動控制使用同一個速度調節(jié)器。實際上，交流感應電動機的電動運行和能耗制動運行的調節(jié)規(guī)律是有差異的，考慮到便于現(xiàn)場調試，就做了近似處理，將電動與制動兩個調節(jié)器統(tǒng)一起來，從而也使電路得到簡化。第九十六頁，共131頁。這樣，由測速環(huán)節(jié)將實時測速信號Un反響至速度調節(jié)器的輸入端，與速度給定信號U*n進展比較，再將偏差信號△U輸入到速度調節(jié)器。當電梯實際運行速度低于速度給定值時，偏差信號△U為正值，速度調節(jié)器輸出正值控制電壓Uct，使電動觸發(fā)器工作，改變電動機主回路三相調壓電路正反向并聯(lián)的晶閘管控制角α，電動機加速運行；第九十七頁，共131頁。反之，當電梯實際運行速度高于速度給定值時，則偏差信號△U為負值，速度調節(jié)器輸出負值控制電壓Uct，經倒相后，使制動觸發(fā)器工作，改變接于電動機16極低速繞組的半控橋式可控整流電路晶閘管控制角α，實現(xiàn)電動機的能耗制動，使其減速運行。在電梯運行過程中，要根據實際運行狀況，控制電動觸發(fā)器和制動觸發(fā)器分時工作。第九十八頁，共131頁。為了便于分析調速器電路的工作原理，需要研究閉環(huán)控制系統(tǒng)特性。由于電梯專用曳引電動機轉子繞組的電阻值較高，機械特性較軟，因此當電動機在低速動行時，假設電網電壓有所波動，以及恒轉矩性質負載出現(xiàn)擾動，都會引起較大的轉速變化，說明其運行穩(wěn)定性較差。所以，對于恒轉矩性質的負載，在要求調速范圍D≥2時，就需要采用如圖6-10所示的轉速負反響閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)稱為靜態(tài)。根據圖6-10可畫出調壓調速系統(tǒng)靜態(tài)構造圖如圖6-11所示，圖中n=f〔U1，Te〕表示電動機的機械特性。

第九十九頁，共131頁。從圖中可見，恒轉矩性質的負載力矩為TL，當電動機定子電壓為Ｕ1時，系統(tǒng)運行在特性曲線上的a點。當負載力矩由TL增加到T`L〔或降低到T``L〕時，系統(tǒng)的反響控制作用將電動機定子電壓由U1提高到U`1〔或減小到U``1〕，使其運行在新機械特性上的a`〔或a``〕點上，來力圖維持轉速n不變。假設將這些點聯(lián)接起來，便得到該閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。這樣，對于不同的速度給定電壓U*n，便有一定的轉速n以一定的精度與之對應〔如應用PI調節(jié)器，也可以做到無靜差〕，也就是說，當改變給定電壓U*n時，靜態(tài)特性就會隨之上下平移，到達了寬范圍調速的目的，一般可到達調速范圍D=10。所以，速度反響閉環(huán)調速系統(tǒng)，不但提高了調速精度，還擴大了調速范圍。第一百頁，共131頁。第四節(jié)交流變壓變頻調速系統(tǒng)自70年代以來，隨著電力電子技術和微電子技術的開展，交流電動機的調速技術取得了巨大的進展。各種交流調速技術在工業(yè)領域得到廣泛應的同時，電梯的交流調速系統(tǒng)也日趨完善。除了前述的變極調速、交流調壓調速〔ＡＣＶＶ〕電梯以外，交流變壓變頻調速是電梯的理想調速方法。

第一百零一頁，共131頁。

交流變壓變頻調速電梯也稱為ＶＶＶＦ電梯，ＶＶＶＦ是英文ＶariableVoltageVariableFrequency的縮定。VVVF電梯速度調節(jié)平滑，能獲得十分良好的乘坐舒適感；能明顯地降低電動機的起動電流。與其它類型交流調速系統(tǒng)相比，性能最好，運行效率最高，可以節(jié)能30%～50%。在80年代初期，日本開發(fā)出了VVVF電梯?，F(xiàn)在，VVVF調速技術已被用于快速、高速和超高速電梯。

第一百零二頁，共131頁。一、異步電動機的變頻調速原理由式6-1可知，假設連續(xù)改變電源頻率f，亦可平滑地改變電動機的轉速n。而三相異步電動機定子每相感應電動勢有效值E為E=4.44fNKφm(6-2)式中N—定子每相繞組串聯(lián)匝數；K—基波繞組系數；φm—每極氣隙磁通量。第一百零三頁，共131頁。由上式可見，在Ｅ一定時，假設電源頻率f發(fā)生變化，則必然引起磁通φm變化。當φm變弱時，電動機鐵心就沒被充分利用；假設φm增大，則會使鐵心飽和，從而使勵磁電流過大，這樣會使電動機效率降低，嚴重時會使電動機繞組過熱，甚至損壞電動機。因此，在電動機運行時，希望磁通φm保持恒定不變。于是，在改變f1的同時，必須改變E，即必須保證E/F=常數，采用恒定的電動勢頻率比的協(xié)調控制方式，就可以保證磁通φm恒定不變。在電機轉差率很小時，電機轉矩與轉差率近似成正比，即這段機械特性根本為直線。

第一百零四頁，共131頁。繞組中的感應動勢Ｅ是難以直接控制的，但在Ｅ較高時，可以忽略定子繞組漏磁阻抗壓降，因此可認為定子每相電壓Ｕ１≈Ｅ。假設以電源角頻率ω表示頻率時，則得V1/ω1=常數，這便是目前廣為采用的恒壓頻比控制方式。其機械特性如圖6-12。第一百零五頁，共131頁。二、變頻裝置工作原理按恒壓頻比控制方式進展變頻調速的裝置，其一種是直接變頻〔交一交變頻〕裝置。這種裝置的變頻為一次換能形式，即只用一個變換環(huán)節(jié)就把恒壓恒頻電源變換成ＶＶＶＦ電源，所以效率較高。但是，所用的元件數量較多，輸出頻率變化范圍小，功率因數較低，只適用于低轉速大容量的調速系統(tǒng)。

第一百零六頁，共131頁。另一類為間接變頻〔交—直—交變頻〕裝置。這種變頻裝置是將恒壓恒頻交流電源先經整流環(huán)節(jié)轉換為中間直流環(huán)節(jié)，再由逆變電路轉換為ＶＶＶＦ電源，如圖６－１３所示。這種裝置的控制方式有以下兩種：

第一百零七頁，共131頁。1、用可控整流器變壓，用逆變器變頻的交－直－交變頻裝置這種裝置的輸入環(huán)節(jié)是由晶閘管構成的可控整流器。輸出電壓幅度由可控整流器決定，輸出電壓頻率由逆變器決定。也就是說，變壓和變頻分別通過兩個環(huán)節(jié)并由控制電路協(xié)調配合來完成。這種裝置構造簡單，元件較少，控制方便，頻率調節(jié)范圍較寬。但是，在電壓和頻率調得較低時，電網端功率因數也降低。如輸出環(huán)節(jié)由晶閘管構成，則輸出電壓諧波較大。第一百零八頁，共131頁。2、用不控整流器整流，通過脈寬調制方式控制逆變器同時進展變壓變頻的交—直—交變頻裝置。由于輸入環(huán)節(jié)采用不控整流電路，所以電網端功率因數高，而且與逆變器輸出電壓大小無關。逆變器在變頻的同時實現(xiàn)變壓，主電路只有一個可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了電路構造。逆變器的輸出與中間直流環(huán)節(jié)的電容電感參數無關，加快了系統(tǒng)的動態(tài)響應，選擇對逆變器的合理控制方式，可以抑制或消除低次諧波，使逆變器輸出電壓為近似的正弦波交變電壓。這種控制方式稱為正弦脈寬調制方式。本節(jié)將重點討論SPWM變頻裝置。

第一百零九頁，共131頁。

〔1〕SPWM逆變器的工作原理逆變器的功率器件工作在開關狀態(tài)。當開關器件導通閉合時，逆變器輸出電壓的幅度等于整流器的恒定輸出電壓；當開關器件截止開斷時，輸出電壓為零。于是，逆變器輸出電壓為等幅的脈沖列。為了使該脈沖列與正弦波等效，以便盡量減少諧波，現(xiàn)將正弦波形分作N等份，如圖6-14所示〔圖中N=8〕。令每一等份的正弦波的中點與相應的矩形脈沖波形中點相重合，并使矩形脈沖波的面積與對應等份的局部正弦波面積相等，則等幅但不等寬的矩形脈沖列，必然與該半周正弦波等效。也就是說，各分段平均值的包絡線為等效的正弦波，如圖6-14(b)所示。可以推斷，假設逆變器的開關器件工作在理想狀態(tài)，則開關器件驅動信號的波形也應與該脈沖列相似。顯然，開關器件開、斷的工作頻率越高，等幅不等寬的脈沖列等效波形就越逼近對應的正弦波形。第一百一十頁，共131頁。對上述的等效控制方式，實際上是通過調制的方法來實現(xiàn)的，即將所期望的正弦波形作為調制波，而將等腰三角形波作為被調制的載波。利用三角波線性變化的上升沿、下降沿與連續(xù)變化的正弦曲線的交點時刻，來控制逆變器開關器件的導通與截止。SPWM變頻器主電路原理圖如圖6-15〔a〕所示。由整流二極管構成三相不控整流電路，輸出恒定直流電壓Us；逆變電路由六個功率開關器件組成。在每個上均反并聯(lián)一個續(xù)流二極管，以便聯(lián)接感應電動機負載。第一百一十一頁，共131頁。圖6-15(b)為SPWM控制電路原理框圖。由三相正弦波振蕩器輸出作為調制波的參考信號電壓URU、URV、URW，其信號頻率和波形幅度均在一定范圍內可調。由三角波振蕩器輸出作為被調制的載波信號Ut，分別與各相參考電壓進展比較。載波信號Ut的頻率高于參考電壓頻率。假設三角波Ut只在0與最大幅值之間交變，則為單極式控制方式。在U相正弦參考信號半周期內的比較工作過程如圖6-16所示。當URU＞Ut時，比較器輸出電壓UDU為高電平；當URU＜Ut時，UDU為低電平。因此，只要正弦調制波的最大值低于三角形載波的幅值，經比較之后，必然輸出幅值相等，而寬度為兩側窄、中間寬的按正弦規(guī)律變化的SPWM波形。當用這樣的波形驅動主回路逆變器的一個功率器件時，就會得到同樣的與弦波形等效的脈沖列，脈沖幅度為Us/2。第一百一十二頁，共131頁。假設三角波Ut為正負交變波形，則為雙極式控制方式。這時，在正弦調制波的正、負半周內，分別與正、負交變的三角波進展屢次比較，就得到正、負交變的SPWM輸出波形。當用這樣的SPWM信號以各相互差120°的相位關系按規(guī)定順序驅動主回路逆變器的功率器件時，就會得到三相SPWM輸出波形如圖6-17所示。

第一百一十三頁，共131頁。由此可見，變頻器輸出的脈沖列所等效的正弦波〔即輸出的基波〕的電壓和頻率，取決于正弦調制波參考信號的幅值和頻率。也就是說，通過對正弦調制參考信號的電壓、頻率的協(xié)調平滑控制，就可對變頻電路實現(xiàn)電壓、頻率協(xié)調控制。

第一百一十四頁，共131頁?！?〕SPWM波形的產生可以按圖6-15〔b〕所示SPWM控制電路框圖，采用模擬電子電路構成幅度和頻率均可調的正弦波振蕩器、三角波振蕩和比較器等環(huán)節(jié)，來產生SPWM驅動控制波形，如HEF4752、SLE4520、MA818和4752LS-SPWM發(fā)生器等來產生SPWM控制波形。還可以通過微機軟件來生成SPWM波形。

第一百一十五頁，共131頁。假設以微機為根底來生成SPWM波形，首先應找到確定逆變器功率開關器件開、關時刻的有效方法，即對開、關時刻的采樣方法。一般可以考慮的采樣方法，有自然采樣法和規(guī)則采樣法，目前廣泛采用規(guī)則采樣法。第一百一十六頁，共131頁。

三、電力電子器件

a、普通晶閘管TH：在所有電力電子器件中工作容量最大，但工作頻率小于，而且沒有自關斷能力，要另設關斷電路。除了大容量裝置外，在現(xiàn)代交流調速系統(tǒng)中已很少采用。

b、可關斷晶閘管GTO：可通過門極施加負電流脈沖使其關斷。它是自關斷器件中容量最大的器件，但工作頻率只有1～2kHz，是自關斷器件中最低的。

c、電力晶體管GTR：是目前廣泛應用的自關斷電力電子器件，其單管工作容量可達1kV、200A；模塊可達、800A和、100A。工作頻率一般在10kHz以下。

第一百一十七頁，共131頁。

d、電力場效應晶體管MOSFET：它是絕緣柵型單極晶體管，驅動功率小，熱穩(wěn)定性較好，電路簡單，工作頻率可達100kHz以上，是自關斷器件中開關速度最快的器件。但其通態(tài)壓降大，容量也小，只有1Kv、38A水平，只用于小功率裝置。

e、絕緣柵極雙極型晶體管IGBT：是GTR和MOSFET的復合，是80年代出現(xiàn)的新型自關斷型電力電子器件。其速度快、熱穩(wěn)定性好，導通壓降低。工作容量與GTR屬同一等級，工作頻率高于10kHz，用于快速和低功耗電力電子技術領域。有取代MOSFET和在中等功率容量范圍內取代GTR的趨勢。第一百一十八頁，共131頁。四、感應異步電動機的矢量變?？刂飘惒诫妱訖C具有構造簡單、鞏固等許多不可替代的優(yōu)點，便其調整性能總不能與直流電動機相比。矢量變換控制就是在此根底上研究并進入實用階段的一種新的調速技術。

第一百一十九頁，共131頁?，F(xiàn)對異步電動機的電磁轉矩和直流電動機的電磁轉矩進展比較分析。異步電動機的電磁轉矩公式為Mn=CmφmI`2COSψ2〔6-4〕I1=〔-1`2〕+Im〔6-5〕產生氣隙磁通φm由激磁電流Im決定，轉子電流的有功分量I`2COSψ2由I`2決定，而Im和I`2都由定子電流I1產生，也就是說產生電磁轉矩的激磁電流分量Im和轉矩分量I`2COSψ2耦合于I1之中，二者不是孤立的，互相有