1、毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 基于交流变频调速异步电动机拖动的电梯系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 电梯运行性能的好坏，在很大程度上取决于其电力调速系统的优劣。由于人类最早发明和使用的是直流电动机，所以早期的电梯，直流拖动是电梯唯一的电力拖动方式。 19世纪末期，电力系统出现了三相制交流电源，同时又制成了经济实用的交流笼型异步电动机，从而在 20世纪初交流电力拖动在电梯上开始得到应用。但交流拖动在一个较长的时期内仅适用于较低的单一速度或是有级变化的两级调速电梯。 随着建筑物 的大量兴建，建筑物的层数越来越多，建筑的规模越来越大，从而对电梯在起动加速、制动减速
2、、正反向运行、调速精度、调速范围等静态特性和动态响应方面提出了更高的要求，而交流调速比直流调速在技术上较难实现这些要求。所以 20世纪上半叶，电梯的电力调速领域几乎由直流调速系统完全垄断。 然而，由于直流电动机结构复杂，具有电刷和整流子等部件，因而在维修保养和检查工作中困难较大，同时直流电动机的体积、重量和成本都超过同等容量的交流电动机，所以电梯界一直力图开发交流调速系统，以逐步取代直流调速系统。 电梯所用的交流电动机几乎全部 是结构简单、成本最低、维修方便的异步电动机。它用于电梯的调速方法虽很多，但不外乎 20-30年代发展起来的改变定子绕组接线以变换电动机级数的调速方法一变级调速； 60-
3、70年代随着电力电子技术的发展出现了控制加于电动机定子供电电压的调速方法一调压调速； 80年代以后随着微机的发展而开发出来的新的控制电动机定子供电电压与频率的调速方法一 VVVF。 用于建筑物内作为垂直运动的电梯，其运动可分为三个阶段：即起动加速，稳速运行和制动减速。其中尤以减速更为重要，它不仅要保证电梯减速过程的平滑性，也是电梯轿厢能否准确的停靠在 楼层平面的关键环节。因为轿厢停靠的误差与轿厢停止时运行速度的平方成比例。因此，电梯调速在一定的意义上可以说是电梯的制动减速调速。这样，前述调速过程中所包含的制动方法可以归纳为能耗制动、再生制动和反向制动三种。 自从 19 世纪末 ,美国奥的斯公司
4、制造出世界上第 1 台电梯到 20 世纪 50 年代 ,电梯几乎都是由直流电动机拖动的。其调速的平滑性好、范围广 ,无噪音 ,能满足人们快捷、舒适的要求。但直流电动机具有结构复杂、制造和维修困难、体积大、占地面积大等缺点。为此 ,力图用运行可靠、结构简单、体积小、价格低、便于制造和维 修的三相交流异步电动机 ,来代替直流电动机。而代替的关键就在于异步电动机的调速性能。 由公式 n =60f 1 (1 - s)/p 可知 ,转速 n 和电源频率 f1 成正比 ,连续均匀地改变供电电源的频率 ,就可平滑地改变电动机的转速 ,但同时也改变了电动机的最大转矩 ,而电梯为恒转矩负载 ,要求调速时保持最大
5、转矩不变。因此 ,改变频率的同时必须改变电压 (U1 E1 =4. 44f1w1 m ,转矩 T = Cm mI 2 cos 2 ,如 U1 = 常数 ,则 m 随 f1 的增加而减小 ,或 m 随 f1 的减小而增加 ,改变了转矩。因 此 ,改变频率的同时必须改变电压 ) ,可见这种调速实际是变压变频 (VVVF) 调速。 随着电力电子技术和微电子技术以及现代控制理论的发展 ,相继开发出各种各样的变频装置 ,如PAM、 PWM、 SPWM、 SVPWM等专用变频器 ,其性能越来越高、越来越完善。 VVVF 电梯的核心是变频器 ,可以说 ,交流异步电动机电梯的调速性能取决于变频器的性能。 采用
6、变压变频控制系统电梯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 , 实现转速无级调节 , 调速范围大 , 能耗低 , 噪音小 , 代表了电梯的发展方向。在 VVVF电梯的起 动和制动过程中 , 通过均匀地改变电机供电的频率和电压 , 达到平滑调节电梯速度的目的 , 可以获得良好的乘坐舒适感 , 这是变频调速具有生命力的一个重要原因。 由于 VVVF为无级调速 , 因此大大地提高了乘坐的舒适性。据有关方面测算 ,VVVF电梯与交流电机 发电机 电动机 (G-M)驱动的电梯比较 , 节能达 40%。同时可以最佳地利用电网的能量。 VVVF系统还可以提高功率因数 , 降低电梯线路设备的
7、容量和电动机的容量 )20%以上 ,VVVF变频调速电梯具有明显的节能特性 , 代表了电梯改进的发展方向 , 具有一定的经济效益和环 保效益。 以前的电梯都是过去式的设计，传统的电梯都是使用继电器接触式的控制逻辑组成，这种控制方式存在很多弊端。而最新的电梯控制方式都由传统的继电器改成数字式控制方式 PLC。可编程控制器（ PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客
8、的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源 ，减小运行费用。因此， PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。 在现代社会中，新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频调速 (VVVF,Variable Voltage Variable Frequency)技术，由于 VVVF电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。 VVVF电梯，是按照理想的电梯运行曲线，由微机通过矢量控制软件对电动机进行精确调节，因而电梯平稳、舒适。 但由于 90年代以前生产的电梯基本都是老式的设计，而这些电梯还有很大一部份正在使用之中 ，舒适性和安全性还有节能
9、效果都不如现在的 VVVF的设计系统。因而将原来的这些旧式系统的电梯改成 VVVF系统还有很大的空间。 二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 基本内容：本文说明了电梯的发展历史，基本结构，主要对变频调速系统的原理进行了分析，以及其所具有的优点，再次对其的主要控制电路进行了设计，最后，利用当前主流的 PLC 对其逻辑系统进行信号控制。传统电梯采用继电器、接触器来控制其逻辑电路，具有线路复杂，长期使用故障率高，维修麻烦等缺点，而采用 PLC 控制系统可以改善其缺点使电路的可靠性增强。在电梯的节能，效率 方面还是有待进一步的研究。 解决的问题：首先变频器的选型，综合考虑很多因素，如容量，功率等；
10、接着是 PLC 硬件的选择，考虑其输入，输出等诸多因素，然后是软件的编程，采用模块化的编程思想， 即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。 三、研究步骤、方法及措施： 1 查找资料，从网上，数据库，书本上查找相关资料，进行分析、理解、研究； 2 对设计制定初步的方案； 3 在原有的基础上进行深化，选择出最合适的变频器及 PLC 的编程系统，把可编程控制器（ PLC）控制技术与交流变频器结合起来，设计出合理的控制方案 ； 4 对方案进行合理的改进。 四、参考文献 1叶安丽 . 电梯控制技术 M.北京 : 机械工业出版社 , 2007. 2顾绳谷 .电机及拖动基础（上册）（第 3 版）
11、 M.北京： 机械工业出版社， 2003. 3李惠升 . 电梯控制技术 M.北京 : 机械工业出版社 , 2003. 4唐勇奇 . 电梯变频调速 PLC 控制的设计与实现 J. 电机电器技术 , 2000.（ 6）： 42 44. 5王玉申 . 通用变频器的选择与使用 J.中华纸业 , 2001. 22（ 1）： 44. 6黄立培变频器应用技术及 电动机调速 M北京：人民邮电出社， 1997 8章小丽交流电梯调速系统 M北京：电子工业出版社， 2001 9刘险峰，李炳章交流变频变压调速电梯的技术特点分析 J长春工程学院学报， 2002， 3(2)：18 21. 10张福恩 .交流调速电梯原理、设计及安装维修 M.北京 :机械工业出版社 ,1993.
