第七节交流调压调速电梯拖动方式.ppt

第七节 交流调压调速电梯拖动方式,一、交流异步电动机调压调速的基础知识,（一）调压调速的基本原理 改变电源电压，交流异步电动机的机械特性就将改变 如果电机拖动一恒转矩负载MZ，那么 当电机电压U1=U1N时, 电机将稳定运行在A点， 当电压降低到U1′时，电机将稳定运行在B点， 当电压降低到U1〞时，电机将稳定运行在C点 由于U1N＞U1 ′＞U1 〞 ，因此nAnBnC（见图3-33 a）） 可见调压可以调速，这对于需要调节稳定运行速度的生产机械是有用的图3－33 交流异步电动机调压调速机械特性 a）sm1 b）sm＞1,从图3-33a）我们可以看出，对于恒转矩负载调压调速只能在最大转矩点P以上的速度范围内调速，否则系统不能稳定运行这就是说对于恒转矩负载，调压调速稳定运行的范围是0＜s＜sm，亦可写作n1＞n＞nP二）调压电路,图3－34 三相调压电路（三相星形调压）,图3-34是目前普遍采用的调压方法 它采用三对彼此反并联的可控硅为星形接法的电机供电 在这种接线方式下，只有一个可控硅被触发是不能构成回路的 也就是说，当一相的正向可控硅被触发时，在另两相中至少得有一个反向的可控硅被触发才能将电源电压加到电机绕组上。

图3－35表示了六个可控硅的触发脉冲与三相电源电压Ua0、Ub0、Uc0的相对关系，图中的1号脉冲被送给图3－34中的l号可控硅的门极去触发该可控硅，依此类推，2～6号脉冲分别去触发2～6号可控硅 这六个触发脉冲彼此间隔60°电角度 规定Ua0 的正向过零点为α＝0°点，则1号脉冲的前沿与该点的间隔就被称作可控硅的触发角 从图中可以看出，当触发角α＜0°或α＞180°时，可控硅承受反向电压，不具备导通条件， 当150°＜α＜180°时，没有任何两个可控硅可以同时导通，因此不会有输出电压，也就不会有电流 可见实际可用的α角范围在0°＜α＜150°之间（当α＞90°以后，应采用宽脉冲触发或双脉冲触发） 在调压调速电梯中，目前采用较多的是图3-34这种电路，下面针对这种电路分析其输出电压的波形三)调压电路的输出电压波形,交流调压电路的输出电压中含有较多的高次谐波，这是交流调压方法的一个重要缺点 下面我们针对图3－34所示电路，分析它的输出电压波形为了简化问题，假设负载为纯电阻负载，即负载功率因数cosφ=1，并忽略电机绕组间的互感影响按常规将电源中性线的电位作为零电位 当α=0°时，三相电压可以完整地通过可控硅加到电机上，忽略可控硅的管压降，则电机得到额定电压。

这种情况与电机直接接到三相电源上是一样的，星形点0 ′的电位与电源中性线N的电位是一样的，都是零电位下面分析α=30°时电机的相电压UUO′的波形 为了简化问题，假设负载为纯电阻的 这时的1-6号触发脉冲的位置如图3－36 a) 中标注的那样，为了形象起见，将触发2、4、6号可控硅的触发脉冲画向下，并且将各触发脉冲所对应可控硅上的正向（对可控硅讲是正向的）电压的半个正弦波分别标以l-6号 首先分析电机星形点O’的电位UUO′ 在0°～30°范围内1号可控硅尚未导通，而5号、6号可控硅已经导通，这时0′点的电位应为V、W相绕组分压确定 在0°时刻, 在30°时刻1号可控硅尚未导通时，,在30°～60°范围内，1号可控硅由于受到触发而导通，5号、6号可控硅继续导通，这时三相电压都加到电机端，因此星形点O ′的电位一定是零 在60°～90°范围内，5号可控硅因电压过零变负而关断，反向的2号可控硅尚未触发，因此只有1号、6号可控硅继续导通，U、V两相绕组通电，O ′点电位由U、V相绕组分压决定，即， 在60°时刻, 在90°时刻, 因此，从而可以画出60°～90°区间UO′波形 在90°～120°范围内，2号可控硅被触发而导通，1号、6号可控硅继续导通，电动机三相绕组均被接到电源上，因此在90°～120°区间，电动机星形点的电位UO′=0。

如此可以逐段分析出O′点的电位波形曲线如图3-36 a）那样下面分析电动机的相电压波形以U相绕组为例，在U相可控硅1号、4号未触发导通的0°～30°区间和180°～210°区间， UO′=0 而在可控硅导通后电动机得到的U相电压应当是U相电源电压Uu与星形点电位UO′之差，即 UaO′= UaO - UO′ 按上面两个方法可以画出U相电压UUO′的波形如图3－36 a）中粗实线那样 该曲线表明，在α=30°时，电机得到的相电压不再是一个正弦波了，而是在正弦波基础上被“挖掉”，或“补上”一些三角波形，它除了基波外，还包含了高次谐波 类似地，也可以画出V相、W相电压UVO′ 、UWO′的波形，它们与UUO′相似，互差120°当触发角在30°～60°之间变化时，输出相电压波形与图3-36 a）中UUO′相似，只是波形跳变沿向前或向后推移了而已 用类似的方法可以分析出α=60°～90°时输出相电压波形见图3－36 b）， UUO′的波形如图3-36 b）中粗实线所示 从图3－36 c）看出，当α=90°～120°时，输出的电压波形已经与正弦波相差很大了 当触发角在α=120°～150°之间时．用细实线画出这个区间的Uo，见图3－36 d），输出的相电压波形就更差了。

图3－36 调压电路的输出相电压波形分析（Y联结，cosφ=1） a) α=30° b) α=60° c) α=90° d) α=120°,随着触发角α的增大，这些锯齿的前沿向右移动，锯齿越来越小，到α=150°时，锯齿已不存在 再增加α角也不会再有任何两相同时导通了，因此各相输出电压都将为零 对上述波形进行傅立叶分析可以得到各种触发角的情况下各次谐波的情况 由于是星形无中线接法，因此三次谐波及三的倍数次谐波的电流是不会存在的 5次、7次谐波电流有相当的比例，11次以上谐波相对较小以α＝0°时相电流有效值为基值，各次谐波的标定值随触发角α的变化如表3－5所示 以α=60°为例，从表中看出5次谐波电流是基波电流的1/4，7次谐波为基波电流的1/8稍多些可见谐波占相当比例对于电机负载，由于有电感作用，因此电流连续性要比图3－36所示的电压波形要好，谐波电流也会小些图3－37 三相Y形联接、电阻负载调压电路I*n=f(α)关系,将上表所列电流与触发角的关系绘制成曲线，如图3－37所示二、交流电梯调压调速的特点,（一）在电梯中采用调压方法的目的 在交流调速电梯中采用调压方法的目的简单地说就是为了实现电梯运行的速度曲线，获得良好的运行舒适感，提高平层精度。

具体地讲，主要包含如下两个方面： 一个是对电梯稳速运行时实行闭环控制，通过闭环调压，使电梯不论负载轻重、不论运行方向均在额定梯速下运行 ①克服摩擦阻力的波动造成的速度不均和振动，提高稳速运行阶段的舒适感， ②保证任何运行工况下减速停车前的初始速度都是同一个确定的值（即额定速度），从而提高减速阶段的控制精度，最终提高平层精度 另一个是对电梯加速、减速过程实行闭环控制，通过调压或辅以其它制动手段，使电梯按预定的速度曲线升速或减速，从而获取加减速阶段的良好舒适感，并提高轿厢平层精度二）调压调速对电梯曳引电机的要求,1.电梯的起动对曳引电机机械特性的要求 以电梯满载上升的起动过程来考查对曳引电机的要求后一点对加、减速阶段的过渡过程实行速度闭环控制是电梯控制与一般生产机械的速度控制所不同的 一般生产机械主要对稳速运行阶段实行速度的闭环控制，而在加速、减速阶段通常采用电流截止反馈使电机在最大允许电流下加速或减速，这样电机及其拖动的生产机械可以得到最大的加、减速度，从而提高劳动生产率 而电梯在加、减速阶段则要进行严格的速度闭环控制，这也就增加了电梯控制的难度图3－38中曲线1是电梯满载运行时的负载机械特性。

如果曳引电动机在电梯运行中能够被控制按这条曲线输出转矩的话，那么电梯就将按顶定的速度曲线运行为了克服由于制造、安装、调整的不当造成的某些地方阻力的增大，电机的拖动或制动转矩较曲线1还应有一定的富裕图3－38 电梯起动时负载机械特性与曳引电机机械特性的关系,在图3－38中画出了三条电机的机械特性 曲线2是普通异步电机机械特性， 曲线3是电梯用异步电机机械特性， 曲线4是为大范围调压调速而设计的sm≥1的异步电机机械特性 这三条机械特性的最大转矩都是Mm，比负载的最大转矩Mmz要大一些，有一定的转矩裕量 但是三台电机的sm不同，曲线2的sm大约在0.1左右，曲线3的sm大约在0.5左右，曲线4的sm则大于1 我们知道，异步电机降压机械特性是最大转矩点水平向左移动的一族形状与固有特性相类似的曲线，它们在第一象限里分布在固有特性与纵坐标轴Z间的区域内 在本章第三节中已经指出，选择电梯曳引电机的必要条件就是电机的机械特性能够包容负载的机械特性从图3－38可以看出，普通异步电动机的固有机械特性曲线2不能全部包容负载机械特性，在GEH段的负载转矩将是这台电机达不到的因此从电梯起动到G点时开始，电梯速度将达不到预定速度，不能实现预定的速度曲线。

4号曲线也不能包容负载机械传性，在IEFBJ区段，电机的转矩达不到这么大，因此如果用这台电机作电梯曳引电机，那么在电梯起动到I点以后，速度也将开始偏离预定速度，起动过程变慢，甚至到稳定运行时也达不到额定速度，而只能以低于额定速度的nL转速运行 要想使这两类电机带动这部电梯正常运行，就只能提高电机额定功率，而提高额定功率后电机的飞轮矩也将增大，这又反过来增大了负载的动态转矩，使Mmz增大，进入恶性循环 可见单纯地提高电机功率不是最好的解决办法从图3－38我们看出，曲线3恰好能够包容负载机械特性，是不需要增大电机功率而能满足电梯曳引要求的较理想曲线这条曲线的特点是，它的最大转矩点的转差率sm≈0.5 由上述分析可以得出结论：用于调压调速电梯的曳引电动机，其临界转差率应为0.5左右，即sm≈0.52.电梯减速制动运行对电机的要求 从前面的分析及图3－12的负载机械特性可以看到，电梯运行当中，曳引电机经常要运行在第Ⅱ、Ⅳ象限中，这时电机处在制动状态 对于调压调速电梯，要想使电机运行在制动状态应怎样实现呢？ 下面以电梯轻载上升运行为例如以讨论 图3-39中曲线l为电梯空载运行的负载机械特性 曲线2、3是电机正向运行机械特性， 其中2是固有特性， 3是实际可行的调压到最低电压时的机械特性，电压调到其它数值时电机的机械特性处在2、3曲线之间。

曲线4、5、6、7是电机反向运行机械特性，其中4为固有特性，7是调压到最低时的机械特性，其它电压时的机械特性在4、7之间，5、6是其中两条图3－39 电梯空载采用反接制动时的机械特性,曲线l为电梯空载运行的负载机械特性 曲线2、3是电机正向运行机械特性， 其中2是固有特性， 3是实际可行的调压到最低电压时的机械特性，电压调到其它数值时电机的机械特性处在2、3曲线之间 曲线4、5、6、7是电机反向运行机械特性，其中4为固有特性，7是调压到最低时的机械特性，其它电压时的机械特性在4、7之间，5、6是其中两条从图中可以看出，单纯用正向调压是不能实现空载上升时负载特性所要求的制动转矩的． 因为正向调压的机械特性在第二象限的部分其转速都在电机同步转速nl之上，与负载机械特性不可能相交 那么怎样才能得到第二象限的制动转矩呢？我们来考察如下几种方法1）采用反向调压机械特性4—7在第二象限的部分，这时电机工作在反接制动状态 但是这种方法有一些重大的缺陷影响其实际应用 ①负载机械特性的HF′E′G段曲线没有被包容，要想将其包容，就必须提高电机功率，这样将造成投资增大，电动运行时电机功率过于宽裕因而造成效率降低等缺点。

②若想利用机械特性曲线5使电梯稳速运行在B（C）点是办不到的，因为曲线5在该点具有正斜率，带动恒转矩负载是不能稳定运行的当然可以通过调压实现转速的闭环控制使电梯运行在该点，但是这种情况。