电力拖动系统类型及特点-电梯结构与原理

电力拖动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动，对电梯的启动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。电梯电力拖动系统的优劣直接影响电梯启动制动加速度、平层精度、乘坐舒适性等指标。

1.电梯的电力拖动类型

电梯电力拖动系统的种类主要有以下几种：直流拖动（DC）、交流单速/双速拖动（AC-2）、交流调压调速拖动（AVCC）、交流变频变压调速拖动（VVVF）四种类型。

（1）直流拖动系统（DC）

自19世纪直流电动机拖动和交流电动机拖动问世，直至20世纪前半叶，凡是对调试性能要求较高的电梯都采用直流驱动。直流驱动系统具有调试范围宽、可连续平稳调速以及控制方便、灵活、准确等优点。然而早期的直流驱动系统往往是直流发电机-电动机组调试系统，其体积、重量、能耗和噪声都很大。尽管后来用晶闸管可控整流器取代了直流发电机，但直流电动机由于结构复杂、价格较高、维护较困难等问题限制了其在电梯电力拖动系统中的应用。

电梯的直流拖动系统有直流发电机-电动机可控硅励磁拖动系统与可控硅直接供电拖动系统两种模式。随着交流调速技术的发展，目前已经很少使用直流拖动系统。

（2）交流单速/双速拖动系统（AC-2）

交流异步电动机开环控制，具有结构紧凑、线路简单、成本较低等特点。单速电动机用于运行速度低、无调速要求的电梯中，如杂物电梯、自动扶梯和液压电梯等；双速电动机通过切换定子绕组的极对数改变电动机转速，在早期的曳引电梯中曾被广泛应用，应用在运行速度低、要求不高的场合，大部分应用在工厂中的货梯中。

交流双速驱动电梯的主回路如图5-1所示，图中LJ为降压启动电抗器，用以将启动电流限制在额定电流的2.5～3倍以内；SK和XK分别为上行接触器触点和下行接触器触点；KK和MK分别为快速运行接触器触点和慢速运行接触器触点；LZ为制动限流电抗器；R为制动电阻；1K为加速接触器触点；2K为第一级减速接触器触点；3K为第二级减速接触器触点。

图5-1　交流双速驱动主回路

交流双速驱动系统是变极调速系统，磁场极数一般为6极和24极，极数少的绕组称为快速绕组，极数多的绕组称为慢速绕组。其控制电路简单，成本低廉，电路中间环节少，电动机温升不高，故障率低。在动态过程中，交流双速电动机的电磁转矩会出现很大的波动，产生较大的加速度和加速度变化率，造成乘客的乘坐舒适感变差。另外，交流双速电梯的平层准确度低，运行速度慢。

（3）交流调压调速拖动系统（ACVV）

交流调压调速拖动采用可控硅对电动机的定子电压闭环调整，加上能耗或涡流等制动方式，舒适感好，平层准确度高，而造价却比直流电梯低。

交流调压调速驱动电梯的拖动系统原理框图如图5-2所示。曳引电动机的电动控制和制动控制使用同一个速度调节器。由测速环节将实时测速信号Un反馈到速度调节器的输入端，与速度给定信号进行比较，再将偏差信号ΔU输入速度调节器。当电梯实际运行速度低于给定速度时，偏差信号ΔU为正值，速度调节器输出的控制电压Uct为正值，使电动触发器投入工作，改变电动机主回路三相调压电路正反向并联的晶闸管控制角，控制电动机加速运行；当电梯实际运行速度高于给定速度时，偏差信号ΔU为负值，速度调节器输出的控制电压Uct为负值，倒相之后使制动触发器投入工作，改变接于电动机低速绕组的半控桥式整流电路晶闸管控制角，控制电动机能耗制动，实现减速运行。电梯运行过程中，根据实际运行状况，控制电动触发器和制动触发器分时交替工作，使电梯能一直跟踪给定速度曲线运行。(www.xing528.com)

图5-2　调压调速系统原理框图

交流调压电梯拖动系统在技术上较为成熟，其运行效率和乘坐舒适感较好，在20世纪90年代生产的乘客电梯中曾被广泛使用。但交流调压驱动的曳引电动机，在低速运行时转差功耗较大，且运行过程中电动、制动交替进行，电动机温升过高，损耗增加。交流调压电路由于输出电压含有高次谐波，对电网和附近通信系统会造成干扰，且使电动机运行性能下降，低速运行时转速不稳定，这些问题影响电梯乘坐舒适感和平层准确度，随着交流调速技术的进步已经被逐步淘汰。

（4）交流变频变压调速系统（VVVF）

随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流电动机调速技术取得了巨大进展。通过改变电源频率与电压而调节电动机的转速，即VVVF拖动系统，其调速性能可以达到直流电动机的水平，是目前技术最先进、使用最广泛的电梯拖动系统。

变频器作为一种变频调速的通用控制装置，其主回路由整流器、滤波器和逆变器等部件组成，其控制系统由微型计算机和大规模集成电路等部分组成，采用正弦脉宽调制（SPWM）控制方式，输出频率范围为0.3～250 Hz。它被广泛用于一般性生产机械的速度控制，适用于高温、强干扰等恶劣环境，平均无故障时间可达20 000 h，可靠性较高。如今变频器已经用于电梯的拖动控制。

利用通用变频器构成的电梯调速系统原理框图如图5-3所示。由测速反馈环节输出与实测转速频率对应的信号Uω，并与速度给定值比较，通过调节器输出转差频率信号Uωs，通过加法器实现Uωs＋Uω＝Uωl。变频器U端不需要判别极性，只要求固定极性的输入信号，故Uωl信号还要通过绝对值电路，再送到变频器U端。需要另外加设符号判断电路来对Uωl信号的极性进行判别，将该电路连接于变频器的选择端。

变压变频调速系统使用的是交流异步电动机，与同容量的直流电动机相比具有体积小及结构简单、可靠、经济等优点，同时其调速范围广、控制精度高、动态性能好。变压变频调速系统明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率，节约了能源，并且可以融入先进的微机控制技术，使所控电梯更加智能化。

图5-3　通用变频器变压变频调速系统框图

2.电梯电力拖动系统的主要特点

（1）较宽的调试范围。

（2）为了保证电梯有一定的额定运行速度，又要保证有较高的平层准确度，对电梯停车前的低速爬行要有一定的限制。

（3）对电梯的启动、制动过程要有适当的措施并加以控制，从而实现电梯舒适平稳运行。

（4）为了保证电梯不动负载时的平层准确度，电梯电力拖动系统必须具有硬特性，这样在负载变换时，可以保证电梯速度基本不变或变化很小。