调速电梯控制系统

中图分类号：TU229文献标识码： A

随着现代化城市的高速度发展，每天都有大量人流及物流需要输送。在一幢幢高楼拔地而起时，每幢高层建筑内的垂直输送将成为一个突出问题。

在超高层建筑里，建筑的电梯井道的占用面积相对于大楼使用面积比例较大，设计稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。而现代的超高层建筑都是多功能多用途的综合性大楼，人员不断上上下下，形成繁忙的垂直人流输送系统。所以，我们必须仔细进行大楼的交通分析，确定所用电梯的数量，配置方式，控制方式及有关参数等，以期大楼的垂直交通处于最佳状态。因此，电梯与自动扶梯和人们的工作与生活有着越来越密切的关系。

一、 电梯的发展史

（一）电梯的历史与现状

电梯家族并没有悠久的历史，电梯面世至今不过一百多年。

电梯雏形是公元前1115年至1079年之间我国劳动人民发明的辘轳。

1852年，世界上第一台电梯诞生了。在德国柏林，人们制成人类历史上最早也是最简单的电梯――用电动机拖动提升带动一只木匣子。既没有导轨，也没有任何安全装置。该电梯用来运送粮食与其他物料。

以后，在美国出现了以蒸汽机为动力的客梯，成功地将蒸汽机技术应用于垂直输送工具。

但是，根本问题是这些升降梯没有安全装置。

美国人奥的斯研究出一种用于电梯的安全装置，在升降梯的平台顶部安装一货车用的弹簧及制动杠杆，升降梯两侧装有带卡齿的导轨，起升绳与货车弹簧连接，轿厢以其自重及载荷拉紧弹簧，并使制动杠杆不与导轨上的卡齿啮合。一旦绳子断裂，弹簧松弛，制动杠杆转动并插入两侧制动卡齿内，轿厢停于原地，避免下滑，以保证安全。

1857年世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼大厦提供了重要的垂直运输工具。

瑞士迅达公司建造成用于运载汽车的电梯。

1974年加拿大的蒙特利尔湾银行的皇家大厦安装了两台美国造的液压电梯，用4台液压缸来顶升轿厢，最大载重量为40T。

第二次世界大战后，电梯发展进入了新时期，新技术特别是电子技术被广泛用于电梯。

电梯运行性能的优劣，电力拖动调速系统起着关键作用。20世纪上半叶，电梯调速系统几乎都是直流调速。由于直流电动机结构复杂，而改用交流调速。

（二）电梯的未来

既然电梯与人类频繁接触，人们就总要不断地进行改进，使它尽善尽美。电梯速度将随着人类科学技术的进步而逐步提高。随着电梯速度进一步提高，对电梯乘务员的舒适感及安全性等问题又提了出来。

为了适应高层建筑多用途全功能的需要。出现了智能大厦。智能大厦要求大厦主要垂直交通工具――电梯智能化。智能电梯就是利用推理和模糊逻辑，采用专家系统方法制定规则，以确定最佳的电梯运行状态。同时，及时向乘客通报该梯信息，以满足乘客生理和心理要求，实现高效的垂直输送。

二、电梯的电气控制系统

电梯控制系统是电梯的两大系统之一。电气控制系统由控制柜、操控箱、指层灯箱、召唤箱、限位装置、换速平层装置、轿顶检修箱等十几个部件，以及拽引电动机、制动器线圈、开/关门调速开关、极限开关等十几个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。

电梯的控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行的可靠性。在国产电梯中，在中间逻辑控制方面，已经淘汰了继电器控制，采用了可编程控制（PLC）和微机控制。在拖动方面，仍有部分产品采用交流双速电动机变极调速拖动，但大部分均已采用交流调压调速和交流调频调压调速的拖动系统。

三、电梯的门系统

门的关闭、开启的动力源是门电动机。门机和控制箱一般设在轿厢顶部。根据开关门方式，门机也可设在轿顶前沿中央或旁侧。电动机可以是交流的也可以是直流的。

（一）电梯门电机控制系统

这部分主要由门电机控制器\门电机驱动装置以及门电动机等组成。其中门电机控制器主要用来控制门电机，使其沿给定门机曲线运行，开关电梯轿厢门和厅门。

（二）电梯的门结构

此部分主要由门扇、导轨、厅门门锁等构成，目前主要采用单扇门和中分门两种结构。导轨用来支撑门扇；厅门门锁必须保证，当门扇到达关门点时应及时的锁住门。

（三）全检测

在电梯控制系统中，门系统大都设置安全检测系统，以检测关门时是否还有乘客从电梯门上通过。目前的安全系统主要大都采用光电式装置，也有的采用电磁式装置。

（四）乘客检测系统

在一些高性能的电梯系统中，都设置了大厅内乘客检测装置。当乘客或物体仍在门检测区域内时，电梯的门系统能自动延时关门。目前主要采用光电装置和热敏装置来检测乘客或物体。有的门机系统还采用热敏电磁装置和图象采集系统检测乘客或物体。

（五）过载保护装置

有的门系统设有门过载保护开关装置，当电梯在开关门过程中，因轿厢门受阻而导致动作力矩过大，梯门会自动向反方向动作，从而达到保护门电机的作用。

四、电动机的选择

电梯门机控制系统要使电梯门开关动作时快速起、停、加速、减速，且运

行平稳，到位准确。这就需解决好电机的选择问题，控制电路的选择及设计问题，以及电机的控制策略问题。

在所有的电机中，直流电机的调速特性最好，但有刷结构制约了其应用场合。在工业生产中大量应用的交流异步电机，而交流同步电机存在着控制复杂，容易失

步的缺点。相对而言，直流电机有着交流电机不具备的优点。

五、直流电机工作原理和结构

（一）工作原理

直流电机是直流发电机和直流电动机的总称，二者在结构上没有什么区别。发电机是由原动机拖动电枢旋转而发出直流电，将输入的机械能转换成直流电能。电动机则是输入直流电能，使电枢旋转拖动其他机械，将电能转换成机械能。

发电机的的基本原理是导体切割磁力线而感应电动势，电动机的基本原理是载流导体在磁场中受到电磁力的作用而产生运动，它们的工作原理都是“电”和“磁”的关系，因此，直流电机既可以用来做发电机又可以用来做电动机。

（二）结构

直流电机的工作原理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以实现机电能量变换的道理，但是要按人们的意志去获得这些能量为工农业生产服务，还得制造既经济又良好的电机。为此任何电机都必须具有满足电磁和机械两方面要求的合理的结构形式。

要实现机电能量变换，电路和磁场之间必须有相对运动，所以旋转电机具备静止和转动的两大部分，静止和转动部分之间要有一定大小的间隙。直流电机的静止部分称为定子，它的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。转动部分就是转子，通常称为电枢，它的作用是产生电磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。

六、他励直流电动机的调速方法

(一)电枢串电阻调速

他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串入不同的电阻时，电动机运行于不同的转速。串入电枢回路的电阻值越大，电动机运行的转速越低。通常把电动机运行于固有机械特性上的转速称为基速，电枢回路串电阻调速方向只能是从基速往下调。所谓调速方向，是指调速的结果，其转速与基速比较而言，只要电枢回路串电阻，无论串多大，电动机运行的转速都比不上串电阻运行在基速上要低，就称之为调速方向是从基速向下调。

（二）降低电源电压调速

保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不同大小时，电动机拖动着负载运行于不同的转速上。

降低电源电压可以使电动机在低速范围运行时，转速随负载变化而变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。

当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速。与串电阻调速（有级调速）相比，这种速度调节要平滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中被广泛采用。

（三）弱磁调速

保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不过分大时，降低他励直流电动机的磁通，可以使电动机转速升高。弱磁升速是从基速向上调速的调速方法。

他励直流电动机，在正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多，因此励磁回路中所串的调速电阻消耗的功率要比电枢回路串电阻调速时电阻消耗的功率小的多；而且由于励磁电路电阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节的无级调速。

减弱磁通升高转速的转速调节，电动机转速最大值受换向能力与机械强度的限制，一般约为（1.2~1.5）nN特殊设计的弱磁调速电动机，可以得到（3~4）nN的最高转速。

他励直流电动电力拖动系统中，广泛地采用降低电源电压向下调速及减弱磁通向上调速的双向调速方法。这样，可以得到很宽的调速范围，可以在调速范围之内的任何需要的转速上运行，而且调速时损耗较小，运行效率较高，因此，能很好地满足各种生产机械对调速的要求。

随着社会的发展和科技的进步，对于电梯的需求量越来越大。进一步提高电梯可靠性和现场调试的要求，是电梯控制技术的方向。随着电梯控制技术的迅猛发展，对电梯门机的要求也将会越来越高。