1、本 科 毕 业 设 计基于交流变频调速异步电动机拖动的电梯系统设计所在学院 专业班级 电气工程与自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I摘要随着我国经济建设的迅猛发展，人们对电梯的要求由原先方便方面发展到现在的舒适，快捷方面发展。调速方面由原先的改变极对数，改变电压调速到现在的主流调速方式变频变压调速即 VVVF 调速；电梯控制系统的逻辑运算从原先的传统的继电器控制到现在的 PLC 控制，具有线路简单，维护方便，故障率小的优点。本文介绍了现代电梯的发展历史，电梯的基本结构，对变频调速系统原理进行了分析，接着对 VVVF 调速系统电路进行了设计，并分析了电梯的电力拖动系统，控
2、制系统，对电梯以后的发展趋势简要的做了分析。现在主流的调速系统交流变频变压调速系统，采用改变频率来改变电梯的速度，同时利用开关器件来改变电压，防止电动机磁通增大，导致励磁电流迅速变大，使电机未工作已经过热而损坏。电梯的调速系统影响着人们乘坐电梯的舒适度，因此，对变频器的参数进行计算，能更好的选择变频器，使人们有更好的乘坐电梯。在控制方面，对 PLC 的硬件方面和软件方面都做了简要的分析，对 PLC 的了解与设计，更好的搭配变频器，能更好的调节速度，改善运行的舒适感。通过 PLC 的软件来控制楼层计数、开门控制和平层信号，比传统继电器提高了安全性和可靠性。通过旋转编码器的脉冲信号，实现电梯的位移
3、精确控制。利用 PLC 大大减少了线路，反应能力变强，维修率变低。最后分析了今后电梯的发展趋势。关键字：电梯；PLC；变频调速；继电器IIAbstractWith the rapid development of our countrys economic construction, people on the elevator requirements in by original have evolved into convenient, quick and aspect development. Comfortable.Speed by the original change in ex
4、tremely logarithms, change voltage to the mainstream of speed now variable pressure speed adjustment way conversion speed namely VVVF speed;The elevator control system of the logical operation from previously traditional relay control to now the PLC control, has the circuit is simple, easy maintenan
5、ce, low failure rate advantages.This paper introduces the development history of modern lifts the basic structure, the elevator, and analyzes the elevator electric drive system, control system, the development trend of elevator after analyzed briefly.Now the mainstream of the drive system ac frequen
6、cy conversion speed system, using variable pressure changes frequency to change elevator rate, and using switch device to change voltage increase, prevent motor flux, leading to excitation current rapid change, make the motor work has been overheating and damage. The elevator of the drive system aff
7、ecting people in elevators, therefore, the comfort of the parameters are calculated, frequency converter can better choices, make people have better take elevators.In control of PLC, the hardware and software are doing, a brief analysis of the understanding and design of PLC, frequency converter, be
8、tter collocation can better adjust speed, improve operation intimacy. Through the PLC to control the floor counting, software, open the door control peace than traditional relay layer signal improving security and reliability.The pulse signal by revolving encoder realization of elevators displacemen
9、t controlled accurately. Using PLC greatly reduced lines, response ability strong, repair rate become low. In the final analysis, the future development trend of the elevator.Key word: elevator ;PLC; frequency control; relayIII目 录前言 .1第 1 章 电 梯系统的发展及其结构 .21.1 电梯系统的发展 .21.2 电梯的分类 .21.3 电梯的组成 .2第 2 章
10、异步电动机的基本结构 .52.1 定子 .52.2 转子 .52.3 气隙 .6第 3 章 异步电动机 VVVF 调速的基本原理 .73.1 变频调速的基础知识 .73.2 变频调速的分类 .73.3VVVF 交流调速原理 .7第 4 章 VVVF 调速电梯的控制电路 .94.1 变频器 .94.2 整流电路 .104.3 滤波电路 .104.4 限流，制动电路 .104.5 逆变电路 .114.6PWM 控制器 .114.7 数字控制器 .124.8 变频器容量计算 .124.9 变频器制动电阻的计算 .13第 5 章 PLC 控 制系统的硬件开发 .145.1PLC 控制系统硬件开发 .1
11、45.2 速度、位置检测装置 .145.3 信号控制系统 .155.4I/O 点数的分配及机型选择 .15IV第 6 章 系统软件开发 .186.1 电梯的开关门回路 .186.2 内指令信号处理与外召唤信号处理 .196.3 电梯的选层定向与反向截梯 .196.4 呼梯铃与故障报警 .216.5 电梯的消防运行回路 .216.6 电梯的发展趋势 .22总结 .23致谢 .24参考文献 .251前言伴随着经济不断发展，人们的居住和工作环境对电梯的需求的变大，为适应社会的发展，必须引入新技术到电梯系统中，使电梯的性能不断的提升以及使人们乘坐电梯的舒适度不断的提升。20 世纪上半叶之前，电梯大多使
12、用直流电机作为拖动装置，因为直流电机具有调速容易，转矩较大的优点，但是由于它工作是噪音大，维护时麻烦，价格昂贵等缺点。因此，随着电力电子技术的发展，马上被交流异步电机所取代。交流异步电动机具有制造价格低，维护方便且体积小等优点。它被用于电梯曳引系统。其调速方式由原先的变极调速，到之后的变压调速到现在被广泛应用的变频变压调速即VVVVF。传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑部分，但是由于继电器具有线路复杂，反应慢，长时间工作损坏器件，维修频繁、麻烦的缺点，逐渐被可编程控制器(即 PLC)所取代，它是根据数据逻辑控制器发展起来的，具有逻辑运算快，维修方便，线路大大的简洁明了等优点。由于交流变频技术的
13、发展，与 PLC 逻辑控制的配合使用，是电梯的安全性，可靠性大大提升的同时，也改变它乘坐电梯的舒适度，还能保证电梯的平层精度，降低能耗，节约了资源。本文主要介绍了当代电梯系统的结构，分析剖解VVVF调速系统的基本原理，并对PLC进行了解和分析，以及以后电梯的发展趋势。2第 1 章电梯系统的发展及其结构1.1 电梯系统的发展在 160 年前电梯已经悄无声息的步入我们的生活当中。1854 年，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯在纽约水晶宫举行的世界博览会上第一次向世人展示了他的伟大发明。他登上满载货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到能使观众都能看到的高度，然后让助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。使人们
14、惊讶的是升降梯并没有坠毁，这是由于奥的斯发明的升降梯安全装置起了作用把它固定在半空中。 “一切安全，先生们。 ”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也没料想到，人类第一部升降梯由此产生的。随着时间的推移，用液压驱动的，采用水作为液压介质的升降梯在经过威廉汤姆逊的研究产生了。通过这些升降梯的基础，一代又一代富有创新精神的工程师们在这些基础上不断改进升降梯的技术。然而，一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故，这个关键的问题始终没有得到解决。人类使用升降工具的历史彻底的被奥的斯的发明所改变了。1889 从那以后，升降梯已经变成了一种工具，用来方便的运输货物，升
15、降梯在世界范围内得到广泛应用。同年 12 月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它通过直流电动机为动力，采用蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892 年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。在这之后的几十年里，电梯的自动平层控制机系统和通过改变电动机极数的调速方法来调整电梯运行速度的技术相继研制成功，20 世纪 30 年代，世界上第一台运行速度为 6m/的电梯被安装在美国纽约国际大厦。第二次世界大战后，随着新技术的电子技术被使用在电梯上，陆续出现了，群控、超高速电梯。随着电力电子技术的发展，交流调压调速系统的
16、开发与研制，交流电梯的调速性能大大改善。20 世纪 80 年代，随着开关器件的不断发展，通过控制电机定子供电电压与频率改变来调节电梯速度的调压调频技术的研发，出现了 VVVF 调速电梯。当今绝大多数电梯都使用VVVVF 调速方式。1.2 电梯的分类（1）按速度分类：低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯 1（2）按用途分类：乘客电梯、住宅电梯、观光电梯、载货电梯、客货电梯、医用电梯、杂物电梯、汽车电梯、自动扶梯、自动人行道、其他电梯 1（3）按拖动方式分类：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯、直线电动机驱动的电梯 1（4）按有、无司机分类：有司机电梯、无司机电梯、有/无司
17、机电梯 1（5）按控制方式分类：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯 1（6）按曳引机结构分类：有齿曳引机电梯、无齿曳引机电梯 11.3 电梯的组成电梯基本结构图如图 1.1 所示：3图 1.1 电梯基本结构1减速箱 2曳引机 3-曳引机底盘 4导向轮 5限速器 6导轨支架 7曳引钢丝绳8开关碰块 9终端紧急开关 10轿厢架 11轿厢门 12导轨 13对重 14补偿链15补偿链导向轮 16张紧装置 17制动器 18曳引电动机 19电气控制柜 20电源开关 21位置检测开关 22开门机 23轿内操纵盘 24轿厢 25随行电缆 26呼梯盒
18、 27 一厅门 28缓冲器电梯的组成基本由曳引系统，导向系统，轿厢，门系统，重量平衡系统，电力拖动系统，电力控制系统，安全保护系统组成。1.曳引系统电梯要完成向上或者向下运行，它需要一组装置为它提供一个动力，那就是曳引系统，它为电梯输出动力进而传统动力。其由曳引机，曳引轮，曳引绳，导向轮，反绳轮等五大部分组成。电梯的轿厢和对重装置作上、下运动是通过曳引机来完成的。它主要由曳引电动机、制动器、减速箱、曳引轮和底座组成。曳引电动机是为电梯提高输出动力，因为电梯在运行中要经常起、制动，短时工作，正、反方向运行，因此曳引电动机必须要有能经常起、制动与正、反转运行以及重复短时工作的特点。启动电流要小，要
19、有发电制动，具有较硬的机械特性，调速的性能要好，运转平稳，噪音小以及维护简单的特性。减速器是将电动机的高转速降为低转速，同时要得到较大的曳引转矩，为了适应电梯运行是的特性。减速器按传动方式可分为：蜗轮蜗杆传动和斜齿轮传动，我们大多使用涡轮蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动器的减速比 E 由蜗轮齿数 Z1 和蜗杆的螺线数 Z2 之比决定，即：4（1-1）21ZE曳引轮是电梯赖以运行的主要部件之一，当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力驱动轿厢作上下运动。制动器是电梯重要的安全装置，它能对主轴起制动的作用，能使工作中的电梯轿厢停车，还能起到准确平层的作用。电梯处于静止时，曳引电机和电磁制动器线圈中均无
20、电流，此时制动弹簧压力作用于制动瓦块，此时制动轮被抱紧，保证电梯的静止状态；当曳引电机通电时，制动电磁铁也得电，制动臂克服制动弹簧的作用力，此时制动瓦块张开，制动轮脱离制动瓦块，使电梯在无制动情况下运行；当电梯轿厢达到层站需要停车时，曳引电机失电，电磁铁线圈失电，此时磁力消失，铁心复位，制动瓦块再次将制动轮抱住，则电梯停止工作。制动器还应具有以下优点：当电路失电时，能自动进行制动，超载时能是曳引电机停止工作，切断制动器电流必须要有 2 个独立的电气装置。2.电梯中的安全装置当电梯超速且在超速达到临界速度时必须要有装置进行检测和操纵，此装置就是限速器。限速器可分为摆锤式和离心式限速器，这是按其动
21、作分类的。利用安全钳和限速器来组合使用组成一个超速保护装置。当轿厢运行速度超过限速器动作速度时，限速器马上停止工作，钢丝绳借助摩擦力，拉起轿厢上安全钳连杆系统，夹住导轨，超速电梯被停在导轨上。安全钳可分为瞬时式安全钳和滑块式安全钳这是按其动作过程的不同分类的。电梯中常采用缓冲器来作为电梯极限位置的最后一道安全装置。当所有保护都没用时，轿厢便会冲向底层和顶层，它带有较大的速度和能量，会造成严重的后果。因此，必须设置缓冲器来吸收或消耗轿厢能量，以减少损失。缓冲器安装在井道底坑上，正对轿厢缓冲板的 2 个称为轿厢缓冲器，正对对重缓冲板的称为对重缓冲器。缓冲器可分为弹簧缓冲器和液压缓冲器，这是按其结构
22、的不同分类的。为了防止电梯电气系统失灵，当轿厢到达所到位置继续运行，发生冲顶或坠落事故，在轿厢导轨的上、下终端支架上安装的装置就称之为终端超越保护装置。它主要由强迫减速开关、限位开关、极限开关等组成。极限开关有电气式和机械式 2 种。5第 2 章异步电动机的基本结构三相异步电动机是电梯的重要拖动设备，它主要由两大部分组成，即定子和转子，在这两者之间存在着一个较小的气隙。其结构图如图 2.1 所示：图 2.1 三相异步电动机基本结构图1轴承；2前端盖；3转轴；4接线盒；5吊环；6定子铁心；7转子；8定子绕组；9机座；10后端盖；11风罩；12风扇其工作原理为：当定子通入电流后，使部分磁通穿过短路
23、环，并在其中产生感应电流。通过短路环中的电流阻碍使磁通变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，定子产生的旋转磁场与转子存在着相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，从而使转子转起来，最终实现能量的变换。2.1 定子三相异步电动机的定子部分由定子铁心、定子绕组和机座这三部分组成。定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为使电机产生一个较大电磁转矩，较强的旋转磁场，又因为旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，铁心中磁通大小、方向都是变化的，因此必须减少旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此采用导磁性能强的0.5mm 厚并有一定槽型的硅钢片叠压作为定子铁心。定子铁心如图 2.2 所示：定子铁心 定子冲片图 2.2 定子铁心及冲片示意图定子绕组：许多线圈按一定规律连接起来组成定子部分的电路，即定子绕组。三相异步电动机有 3 个独立的定子绕组，即三相绕组，它是对称的，每相都有若干线圈，每个线圈都由若干匝数。当定子通入三相交流电时，就会在定子上产生旋转磁场。机座：机座起到固定和支撑定子铁心的作用。2.2 转子转子铁心，转子绕组个转轴这三部分组成了三相异步电动机的转子部分。转子铁心：它和定子铁心一样也是电动机主磁通磁路的一部分，也是由 0.5mm 厚冲槽的硅
