基于vvvf控制的电梯设计毕业设计

1 前言1.1 电梯的发展历史电梯最早出现在公元前236年，当时的阿基米德（古希腊人）制作了一种卷筒式卷扬机，是用人力来驱动的，并且在妮罗宫殿中使用成功。后来阿基米德设计的这种卷筒式卷扬机被人们当作现代电梯的鼻祖。1854年美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯发明了史上第一部安全升降梯，并在纽约世博会上展示了。从此以后该发明在世界范围内得到了广泛应用。1889年，美国奥的斯公司制造了由直流电动机通过蜗杆蜗轮减速器带动卷筒绕绳索悬挂并升降轿厢的电动升降机。1990年，交流感应电动机应用到了电梯驱动，简化了电梯的传动系统。1903年，出现了目前电梯的曳引传动的基本构造形式，代替了以前的卷筒方式。增强了电梯系统的安全性。1949年，随着电子技术在电梯控制技术中的大量应用，电梯控制技术也越来越成熟：从直流到交流单速、交流双速再到交流调压调速以及交流变频调压调速控制。电子技术方面的新技术的使用极大地改善了电梯运行的安全性、运行速度、可靠性、舒适感以及节能减耗、平层精度、减少噪声等各方面。70年代，特别是1973年以来，电梯控制柜的控制电路由模拟电路向数字化电路渐渐发展，提高了电梯的可靠性和运行精度。80年代，脉宽调节技术（PWM）开始被人们用来实现对电梯系统中的交流电动机进行调压调频控制，从而达到线性调速的目的。80年代中期，美国奥的斯、日本三菱等电梯公司相继开发VVVF控制的电梯并逐步将其推向市场。90年代。VVVF拖动系统的许多技术、经济指标等明显优于其他电梯系统。随着社会的进步,使用交流电动机变压变频调速拖动系统的电梯(简称VVVF电梯)越来越广泛,这种电梯具有舒适感好、平稳性好、平层准确度高及结构简单、节能、维护保养方便等优点,深受用户的喜爱,是未来电梯更新改造的趋势。1.2 VVVF电梯的优点交流变频调速器（VVVF）起动电流小,制动快,可靠性好,非常便于应用到电梯上。VVVF与过去的一些电梯拖动自控系统相比,主要有几个特点：（1）不需要测速发电机和速度反馈闭环环节,利用VVVF的“转差补偿控制”以使负载的变化引起的转速变化得到有效的补偿,大大简化了系统。（2）整个电梯运行的三段曲线均可通过键盘进行设置。（3）速度的变化在四个象限均能实现平滑过渡,舒适感好,定位制动精度高。VVVF电梯采用交流单速电动机，通过对电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速以达到线性化，使交流电动机转速运行曲线线性段区域得到扩大。由于系统采用高精度电光码盘，微机全数字化控制，使电梯平层精度能够达到毫米级，并且能够绝对保证交流电动机零速下闸，舒适感非常好。VVVF控制的电梯与交流双速电梯、交流调压调速电梯(ACVV)相比有十分突出的优点。（1）安全可靠。先进的电脑控制技术、完善的检测、自保护、自诊断功能，最大限度地考虑了电梯在任何情况下出现故障的可能性，设置了各种应急和防故障装置。倘若井道内某个安全装置出现故障，电脑系统将保护不关人、不蹲底、不冲顶。（2）舒适感好。理想的电梯运行速度曲线，根据人体生理的适应能力由高性能微电脑设计而成，采用矢量控制技术对交流电动机进行精确的调节，使电梯运行很平衡、舒适。（3）高速高性能。能高速运行，拥有最佳召唤应答处理和分配方式。可以根据乘客人流情况快速反应自动调节，使电梯的运行迅速合理，最大限度地缩短乘客的候梯时间，使电梯运行效率能够得到充分的发挥。（4）节约电能。电梯采用降频软起动，启动电流很小，不会超过额定电流，在电梯制动阶段，VVVF电梯调速系统处于发电制动状态，无需使用供电网中的电能，从而减少了电能消耗，避免了电机过热。调速系统的功能因数接近1，所以相比于ACVV系统节能40%-50%，比传统机组直流电梯节能达70%左右。（5）节省机房空间。超小型的机房全电脑控制系统与传统的机房控制系统相比，体积减少了1/2以上，重量也大大减轻。节省机房空间，减轻机房承重，从而提高了建筑利用率，进而可节约建筑费用。（6）利用率高。全电脑控制可以方便地对两台、三台、四台以上的电梯进行群控，合理分配，合理安排，提高电梯的运行效率。（7）准确的平层精度。经过电脑高速大量的运算，采用高精度的光电码盘，将速度-转矩-位置全闭环，停车时零速抱闸，平层精度保持在±2mm以内。(8)自学习井道信息功能。自动学习电梯的楼层间距、提升高度，自动根据停靠的距离选择运行的曲线。(9)维护方便。现代化高科技设计，大规模集成电路，全电脑控制和半导体大功率模块在电梯控制中的应用，大大提高了现代电梯控制部分的可靠性、免维护性;新技术、新材料的应用，加强了电梯机械部件的耐磨损程度，提高了机械可靠性;自诊断能力和远程报警功能的实现，使得电梯维修保养工作越来越简单，越来越快速，越来越有针对性。(10)无噪声机房和小噪声运行，使得对环境的影响也大大降低了。2 电梯基本结构的设计本次设计的电梯一个六层办公楼里的客梯，是一个VVVF控制的电梯，额定速度为1.0m/s，减速装置为蜗轮副传动。根据有无司机选择无司机电梯，故控制方式为集选控制方式。驱动方式选用钢丝绳曳引。该客梯的额定载重量为1000kg,乘客人数为13人。电梯的型号为：TKJ1000/1.0JX。2.1 电梯的基本结构电梯是把机械和电气合为一体的复杂产品，其中机械部分相当于人的躯体，电气部分相当于神经。机电的高度合一，使电梯成了现代科学技术的综和产品。2.1.1 电梯的总体构成电梯的整体结构如图2-1所示。图2.1 电梯的整体结构1制动器2曳引电动机3电气控制柜4电源开关5位置检测开关6开门机7轿内操纵盘8轿厢9随行电缆10呼梯盒11厅门12缓冲器13减速箱14曳引机15曳引机底盘16导向轮17限速器18导轨支架19曳引钢丝绳20开关碰块21终端紧急开关22轿箱框架23轿箱门24导轨25对重26补偿链27补偿链导向轮28张紧装置2.1.2 轿厢架的选用轿厢架是固定和悬挂轿厢的框架，由底梁、立柱、上梁和拉杆组成。轿厢架的使用类型及使用特点如表2-1所示。表2.1 轿厢架的类型及使用特点类型使用特点对边形轿厢架适用于具有一面或对面设置轿门的电梯。此类轿厢架受力情况良好，当轿厢内作用有偏心载荷时，只在轿架支撑范围内发生拉力，或在立柱上发生推力，这是大多数电梯所采用的构造方式。对角形轿厢架常用在具有相邻两边设置轿门的电梯上。此类轿厢架在受到偏心载荷时，使各构件不但受到偏心弯曲，而且其顶架还会受到扭转的影响。因受力情况较差，特别对于重型电梯，应尽量避免采用。通过考虑选用对变形轿厢架。2.2 电梯的主要参数电梯的主参数是指电梯的额定载重量和额定速度。 电梯的额定载重量：320，400，630，800，1000，1250，1600，2000，2500 kg 额定速度：0.63，1.00，1.60，2.50 m/s。用户选择电梯时，必须根据电梯的安装地点、运载对象等，正确的选择电梯的类别和有关参数、尺寸。并根据所选的参数和规格尺寸，设计安装电梯的建筑物的井道，否则会影响电梯的使用效果。已知额定载重量为1000kg，设计的电梯的参数与尺寸，如表2-2所示。表2.2 设计的电梯的参数、尺寸主要用途新设计的6层客梯额定载重量/kg1000可乘人数/人13轿厢宽度A/mm1600深度B/mm1400高度/mm2200轿门和层门宽度E/mm800深度F/mm2000形式中分门井道宽度C/mm2400深度D/mm2300底坑深度P/mm1400顶层高度Q/mm4200机房面积20宽度R/mm3200深度T/mm4900高度H/mm2400 R和T为最小尺寸值，实际尺寸应确保机房地面面积至少等于8。地坑深度和顶层高度的实际尺寸必须符合GB7588-1995中5.7的规定。2.3 电梯的保护装置1、刹车。控制电梯曳引机器部分的制动器，可使电梯的轿厢及时停止；2、限位开关。当轿厢开到最高位置或最低位置时，就会碰到此开关不能继续向前运行，只能反方向运行；3、越程开关。轿厢行驶到最高位置或最低位置时，如果限位开关失去控制，轿厢就会继续上升或下降。为了防止轿厢冲顶或沉底，应装置能切断电源但不能自动复位的越程开关。越程开关应装在机房内，不能装在井道内；4、缓冲器。减少轿厢或对重在事故情况下蹲底的冲击力。缓冲器具有吸收运动机构能量并减少冲击。应在缓冲器与轿厢触碰处装置橡皮或海绵，以减少其冲击力；5、安全钳。为了防止由于吊重钢丝绳断裂、绳槽打滑等导致轿厢突然坠落的事故的发生应在轿厢装置上安装安全钳。安全钳能同时切断控制电源和使轿厢停止下坠。如果轿厢额定载重量大于250kg，轿厢上应装设安全钳。6、限速器。为了防止行驶速度超过正常速度，凡三层以上（含三层）的乘客电梯，应装速度控制器，这种机构一般与安全钳联成一体；、7、安全门。为了防止人员头、手、脚伸出井道和物件坠落竖道，轿厢进出口应装安全门。公共场所、家属宿舍和有易燃易爆物的场所等使用的电梯，其竖道门应是封闭式，其轿厢应是满门，井道（厅门）高度不低于1.8m；8、门电开关。防止由于竖道门、乘载厢门、轿顶门未关而发生事故，应在竖道门上和乘载厢门上装置门电开关；9、门联锁。防止有人把竖道门和乘载厢门开动进出或将头、手、脚伸出而发生事故，应在竖道门和乘载厢门上安装门联锁；2.4 电梯曳引系统的设计曳引系统是由曳引机、曳引轮、曳引钢丝绳、导向轮等部件组成。其功能是曳引电梯运行。曳引机是电梯产品的关键部件。而曳引轮、曳引绳、导向轮是承受电梯运行部分的全部重量。因此，在曳引轮安装位置处必须架设承重梁。 曳引系统的组成结构如图2-2所示。图2.2 曳引系统1-轿厢 2-导靴 3-润滑装置 4-钢丝绳 5-电机 6-制动器 7-曳引轮 8-减速器 9-导向轮 10-对重装置2.4.1 曳引钢丝绳的选用曳引钢丝绳也称曳引绳，是电梯上专用的钢丝绳。曳引钢丝绳是连接轿厢的装置，并靠曳引机驱动使轿厢升降。它承载着轿厢、对重重量、额定载重量等重量的总和。为了确保人身和电梯设备的安全，各类电梯的曳引钢丝绳根数以及安全系数必须符合表2-3的规定。表2.3 曳引绳根数与安全系数电梯类型曳引绳根数安全系数客梯、货梯、医梯412杂物梯210选用曳引绳根数为4，曳引绳直径d为16mm。2.4.2 曳引轮的设计曳引轮要承受轿厢、载重量、对重等装置的全部、动静载荷，因此要求曳引轮强度大、韧性好、耐磨损、耐冲击，所以在材料上多用QT600-3A球墨铸铁。曳引轮的构造形式：整体曳引轮分成两部分构成，中间是轮筒（鼓），外面制成轮圈式绳槽切削在轮圈上，外轮圈与内轮筒套装，并用铰制螺栓连接在一起，成为一个曳引轮整体。其曳引轮的轴就是减速器内的蜗杆轴。曳引驱动电梯运行的曳引力是依靠曳引绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力产生的，因此曳引轮绳槽的形状直接关系到曳引力的大小和曳引绳的寿命。常用的曳引轮绳槽形状、类型及使用特点如表2-4所示：表2.4 曳引轮绳槽类别及使用特点类别使用特点半圆槽半圆槽与曳引绳接触面积大，曳引绳变形小。有利于延长曳引绳和曳引轮寿命，但这种绳槽的当量摩擦系数小，因此曳引能力低。为了提高曳引能力，必须用复绕式曳引绳的方法,以增大曳引绳在曳引轮上的包角，它多用在全绕式高速无齿轮曳引电梯上。还广泛用于导向轮、轿顶轮、对重轮的绳槽