1、電梯的拖動控制系統第一節(jié) 概述第一節(jié) 概述同許多工業(yè)生產過程一樣，電梯作為機電緊密結合的產品，在其運行過程中，為了維持正常的工作條件，就必須對某些物理量如：電壓、位移、轉速等進行控制，使其能按照一定的規(guī)律變化。一、拖動控制系統的基本概念(一)自動控制 所謂自動控制，就是沒有人的直接參與，而是利用控制裝置本身操縱對象，從而使被控量恒定或按某一規(guī)律變化。（二開環(huán)控制 圖4-1所示開環(huán)轉速控制系統，其特點是只有輸入量ur對輸出量n起單向控制作用，而輸出量n對輸入量ur卻沒有任何影響和聯系，即系統的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路。開環(huán)系統的方框圖可用圖4-2表示。圖中箭頭表示元部件之間信號的傳遞方向

2、。作用于電動機軸上的阻力矩用Mc表示，稱之為干擾或擾動。 圖4-1 開環(huán)轉速控制系統原理圖 圖4-2 開環(huán)轉速控制系統方框圖 開環(huán)控制系統的精度，主要取決于ur的給定精度以及控制裝置參數的穩(wěn)定程度。由于開環(huán)系統沒有抵抗外部干擾的能力，故控制精度較低。但由于系統的結構簡單、造價較低，故在系統結構參數穩(wěn)定、沒有干擾作用或所受干擾較小的場合下，仍會大量使用。 （三閉環(huán)控制系統 在圖4-1所示系統中，加入一臺測速發(fā)電機，并對電路稍作改變，就構成了轉速閉環(huán)控制系統如圖4-3所示）。它克服了開環(huán)控制系統精度不高和適應性不強的缺點，由于引入反饋環(huán)節(jié)，使輸出量對控制作用有直接影響。因此，提高了控制質量。相應的

3、系統方框圖如圖4-4所示。由于采用了反饋回路，致使信號的傳送路徑形成閉合環(huán)路，使輸出量反過來直接影響控制作用，以求減小或消除偏差。 圖4-3 閉環(huán)轉速控制系統原理圖 圖4-4 閉環(huán)轉速控制系統方框圖 閉環(huán)控制系統具有很強的抵抗擾動的能力。假設圖4-3所示系統原已處在某個給定電壓ur相對應的轉速n狀態(tài)下穩(wěn)定運行，當受到某些干擾如負載轉矩Mc突然增大而引起轉速下降時，系統就自動地產生如下的調整過程：Mc n u =（ur-uf ） ua n結果，電動機的轉速降落得到自動補償，使被控量n基本保持恒定。 由于閉環(huán)控制系統采用了反饋裝置，導致設備增多，線路復雜，對于一些慣性較大的系統，若參數配合不當，控

4、制過程可能變差，甚至出現發(fā)散或等幅振蕩等不穩(wěn)定的情況。 （四基本性能要求 由于各種自動控制系統的被控對象和要完成的任務各不相同，故對性能指標的具體要求也不一樣。總體目標都是希望實際的控制過程盡量接近于理想的控制過程，并歸納為穩(wěn)定性、快速性、準確性和抗擾性。 1穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指系統重新恢復平衡狀態(tài)的能力。任何一個能夠正常運行的控制系統，首先必須是穩(wěn)定的。圖4-5為某隨動系統對階躍輸入的跟蹤過程，其中圖4-5a為衰減振蕩過程，表示系統是穩(wěn)定的；圖4-5b是等幅振蕩過程，表示系統處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)一般認為是不穩(wěn)定）；圖4-5c是發(fā)散的振蕩過程，表明系統是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的系統是無法使用的，

5、 圖4-5 隨動系統對階躍輸入的跟蹤過程 a衰減振蕩過程 b等幅振蕩過程 c發(fā)散振蕩過程 2快速性 由于系統的對象和元件通常具有一定的慣性，并受到能源功率的限制，因此，當系統輸入給定輸入或擾動輸入信號改變時，在控制作用下，系統必然由原來的平衡狀態(tài)經歷一段時間才過渡到另一個新的平衡狀態(tài)，這個過程稱為過渡過程。過渡過程越短，表明系統的快速性越好，它是衡量現代化交通設施質量高低的重要指標之一。3準確性 對一個穩(wěn)定的系統而言，當過渡過程結束后，系統輸出量的實際值與期望值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系統穩(wěn)態(tài)精度的重要指標。穩(wěn)態(tài)誤差越小，表示系統的準確性越好。4抗擾性 對任一系統，在其控制過程中，都會出現各

6、種各樣的擾動信號，而系統對擾動的抵抗能力強弱會直接影響到輸出信號或被調量的質量，擾動導致輸出量的變化越小，表示系統的抗擾能力越強。（五比例積分控制在自控系統中，采用比例調節(jié)器的閉環(huán)轉速負反饋控制系統是有靜差的調速系統。要想實現調速系統的無靜差，就必須改變單純的比例控制規(guī)律，從根本上找出消除靜差的方法。1積分調節(jié)器由線性集成運算放大器構成的積分調節(jié)器簡稱I調節(jié)器的組成如圖4-6所示。從該圖可以看出積分調節(jié)器具有如下特點： 圖4-6 積分調節(jié)器 1積累作用 只要輸入信號不為零其極性不變），積分調節(jié)器的輸出就一直增長，只有當輸入信號為零時，輸出才停止增長。利用積分調節(jié)器的這個特性，就可以完全消除系統

7、中的穩(wěn)態(tài)偏差靜差）。實際應用時調節(jié)器設有輸出限幅裝置。2記憶作用 在積分過程中，當輸入信號衰減為零時，輸出并不為零，而是始終保持在輸入信號為零前的那個輸出瞬時值上。這是積分控制明顯區(qū)別于比例控制的地方。正因如此，積分控制可以使閉環(huán)系統在偏差輸入即給定與反饋的差值為零時，保持恒速運行，從而得到無靜差系統。3延緩作用 從以上分析可知，盡管積分調節(jié)器的輸入信號為階躍信號，但其輸出卻不能隨之跳變，而是逐漸積分、線性增長。這就是積分調節(jié)器的延緩作用，這種延緩將影響系統控制的快速性。2比例積分調節(jié)器由于積分調節(jié)器具有延緩作用，因此在控制的快速性上不如比例調節(jié)器。如果一個控制系統既要達到無靜差又要響應快，可

8、以把比例控制和積分控制兩種規(guī)律結合起來，構成比例積分調節(jié)器如圖4-7簡稱PI調節(jié)器）。 圖4-7比例積分調節(jié)器 階躍輸入時PI調節(jié)器的輸出特性如圖4-8。可見當突加輸入電壓Uin時，輸出電壓突跳到KpiUin，以保證一定的快速控制作用，即比例部分起作用，隨著時間的增長，積分部分逐漸增大，調節(jié)器的輸出Uex在KpiUin基礎上線性增長，直至達到運算放大器的限幅值。 圖4-8 階躍輸入時PI調節(jié)器的輸出特性 從PI調節(jié)器控制的物理意義上看，當突加輸入信號時，由于電容兩端電壓不能突變，則電容相當于瞬時短路，此時的調節(jié)器相當于一個放大系數為Kpi=R1R0的比例調節(jié)器，在其輸出端立即呈現電壓KpiUi

9、n，實現快速控制。以后，隨著電容C被充電，輸出電壓Uex在KpiUin基礎上開始線性增長積分），直至穩(wěn)態(tài)。達到穩(wěn)態(tài)后，電容C相當于開路，與積分調節(jié)器一樣，調節(jié)器可以獲得極大的開環(huán)放大系數，實現穩(wěn)態(tài)無靜差。 由此可見，比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點，互相補充。圖4-9繪出了當PI調節(jié)器的輸入信號為一般函數時調速系統負載突加時，偏差電壓Un即為此波形），調節(jié)器的輸出動態(tài)過程。輸出波形中比例部分和Uin成正比，積分部分是Uin對時間的積分曲線，PI調節(jié)器的輸出電壓Uex即為這兩部分的和()。可見，Uex既

10、具有快速響應性能，又可以消除系統的靜態(tài)偏差。 圖4-9 一般信號輸入時PI調節(jié)器的輸出特性 某調速系統的組成如圖4-10所示，由于系統采用了PI調節(jié)器，必然能做到無靜差調速，所以下面只著重分析系統抗負載擾動的動態(tài)過渡過程其過渡過程曲線見圖4-11）。 圖4-10采用PI調節(jié)器的調速系統 圖4-11 采用PI調節(jié)器的調速系統突加負載時的過渡過程 曲線1比例部分的輸出 曲線2積分部分的輸出 曲線3比例積分的輸出 當負載由TL1突增到TL2時，負載轉矩大于電動轉矩而使轉速n下降，轉速反饋電壓Un隨之下降，使調節(jié)器輸入偏差Un 0，于是引起PI調節(jié)器的調節(jié)過程。在調節(jié)過程的初始階段，比例部分立即響應，

11、輸出KpUn，它使控制電壓Uct增加U ct1，經整流后整流輸出電壓Ud增加Ud1。其大小與轉速偏差n成正比，n越大，Uct1Ud1)越大，調節(jié)作用越強，從而使轉速沿著曲線緩慢下降。積分部分的輸出電壓Uct2與Un對時間的積分成正比，即 或 （4-19）在初始階段，由于nUn較小，所以積分部分的輸出增長緩慢，如圖4-11中曲線2所示。當n達到最大值nmax時，比例部分的輸出Uct1達到最大值，積分部分輸出Uct2的增長速度最大。以后，轉速開始回升，nUn逐漸減小，比例部分的輸出Uct1也逐漸減小，積分部分輸出Uct2的增長速度逐漸降低，但其數值本身仍然是向上增長的，并對轉速的回升起主要作用，直

12、至轉速恢復到原值，n=0，U=0，此時Uct2停止增長，并保持在這個數值上，而比例部分輸出Uct1衰減為零。這樣積分作用的結果最終使Uct比原穩(wěn)態(tài)值Uct1高出Uct成為Uct2,進而增加了整流電壓Ud，從而使轉速回到原來的穩(wěn)態(tài)值上，實現了轉速無靜差調節(jié)。 總的Uct變化曲線為曲線1和曲線2相加。在整個調節(jié)過程中，初始和中間階段比例部分的調節(jié)起主要作用，它迅速抑制轉速的下降，使轉速回升。在調節(jié)過程的后期，轉速降落已很小，比例調節(jié)的作用已不顯著，而積分調節(jié)作用上升到主要地位，并依靠它最終消除靜差。 從上述的系統抗負載擾動過程變化曲線可以看出，無靜差調速系統只是在穩(wěn)態(tài)上的無靜差，在動態(tài)時即過渡過程

13、中還是有差的。一般衡量調速系統抗擾過程的動態(tài)性能指標主要有最大動態(tài)速降nmax和恢復時間tv(見圖4-11)。 比例積分調節(jié)器的等效放大系數在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)時是不同的。在動態(tài)時放大系數較小，以滿足系統穩(wěn)定性的需要；在穩(wěn)態(tài)時放大系數很大，以滿足系統無靜差的需要。所以比例積分調節(jié)器很好地解決了系統動、穩(wěn)態(tài)之間的矛盾，因而在調速系統和其它控制系統中獲得了廣泛的應用。 二、拖動控制系統的應用 圖4-12是電梯拖動控制系統的原理圖。主驅動曳引電動機經減速器與曳引輪連接，曳引輪兩側懸掛轎廂和對重，測速發(fā)電機與電動機同軸安裝，其輸出的電壓uf 與轉速n成正比，uf 作為系統的反饋電壓與給定電壓ug進行比較，得出

14、偏差信號u，經電壓放大器放大成uK，再經功率放大電路得到電動機的電樞電壓ua對于交流電動機還有頻率f）。 圖4-12 電梯拖動控制系統原理圖 當電梯需要運行時，系統接收到起動信號，該信號使電源接通，繼而功率驅動部分得電，則曳引電動機具備了工作的條件；同時，速度曲線發(fā)生器開始工作，即給出相應的代表速度的電壓信號ug，該信號是預先設計好的，如圖中的曲線所示。在曳引電動機啟動的初始階段，由于電機的轉速n還沒有建立起來，測速發(fā)電機的輸出電壓uf幾乎為0，則差值u=uguf較大，于是經電壓、功率放大后，電機在較大的電樞電壓ua作用下很快啟動，并逼近期望的速度曲線。若電動機的轉速由于某種原因突然下降例如：

15、電源波動或導軌不直等），該系統就會出現以下控制過程： nufu =（ug-uf ）uKuan控制的結果是使電機轉速回升，達到期望值為止。在本系統中，電動機是控制對象，電動機軸上的轉速n是被控量。轉速n經測速發(fā)電機測出并轉換成適量的電壓后，再經反饋通道送至電壓放大器的入端與速度給定電壓比較后，控制電動機的轉速，從而構成一個閉環(huán)控制系統。第二節(jié) 速度、位置檢測裝置在自控系統中，檢測裝置所起的作用相當于人的感覺器官，它們每時每刻都要完成對各種信息的測量，再將測得的大量信息通過轉換、加工或處理，給自動控制系統、計算機系統提供有效的數據，用以完成控制過程、生產過程以及工藝管理、質量檢測和安全方面的控制。

16、可見，檢測裝置在自動控制領域中占有重要的地位。速度檢測裝置（一測速發(fā)電機測速發(fā)電機是把機械轉速變換為與轉速成正比的電壓信號的微型電機。在自動控制系統和模擬計算裝置中，作為檢測元件、解算元件和角加速度信號元件等，測速發(fā)電機得到了廣泛的應用。在交流、直流調速系統中，利用測速發(fā)電機形成速度反饋通道以構成閉環(huán)控制系統，可以大大改善系統的動、靜態(tài)性能，提高系統精度，并能明顯減弱參數變化和非線性因素對系統性能的影響。而在解算裝置中，測速發(fā)電機又可作為解算元件，作積分、微分運算。目前應用的測速發(fā)電機主要有直流測速發(fā)電機、交流測速發(fā)電機和霍爾效應測速發(fā)電機等。測速發(fā)電機的電氣圖形符號如圖4-13所示。圖4-1

17、3 測速發(fā)電機的圖形符號 a直流測速發(fā)電機 b他勵式直流測速發(fā)電機 c永磁式直流測速發(fā)電機 d交流測速發(fā)電機1直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機就是專門測量轉速用的微型直流發(fā)電機。它的結構與直流電動機相似，由轉子、定子及電刷和換向器組成。其中永磁式直流測速發(fā)電機采用永久磁鐵作磁極，其結構見圖4-14。 圖4-14 永磁式直流測速發(fā)電機結構原理圖 圖4-14中的轉子繞組僅畫出了一個實際有多個），它與電樞共同組成轉子，永久磁鐵作為磁極構成一個磁感應強度按正弦規(guī)律分布的磁場，電刷與換向器實現滑動的電接觸，將發(fā)電機旋轉時產生的電壓向外送出。根據電磁感應定律，任何一個線圈在永久磁鐵構成的磁感應強度按正弦規(guī)律

18、變化的磁場中旋轉時，感應電壓隨轉角的變化也成正弦規(guī)律變化。這樣，在恒速下電壓是正弦變化的。由于轉子線圈與換向器相連接，所以可以起到整流的作用，使輸出的電壓成為脈動的直流電壓。因為多個轉子繞組所產生的電壓為相位不同的正弦電壓，而每一個繞組又是均勻的分布在電樞上，因此，從電刷上輸出的電壓基本上是直流電壓，其交流紋波僅有23%。當直流測速發(fā)電機空載工作時，由于勵磁磁通主要由永久磁鐵提供，可以認定是恒定的，因此，發(fā)電機輸出電壓與電樞的轉速成正比，即Uex=K （4-1）式中 K比例系數角速度因此，就可以根據測得的輸出電壓大小，得知被測轉速。當直流測速發(fā)電機有負載時，電樞中的旋轉線圈便會產生電流，該電流

19、產生的磁通與永久磁鐵的勵磁磁通相互作用，消弱了勵磁磁通，破壞了輸出電壓與轉速的線性度，使發(fā)電機的輸出特性產生誤差。為了提高直流發(fā)電機的測速精度，應盡可能使測速發(fā)電機在低負載下工作，即工作在轉速變化范圍小而負載電阻較大的場合。 由于永磁式直流測速發(fā)電機的結構簡單、緊湊，溫度變化對激磁磁通的影響小，所以在小型測速機中應用很廣，特別是隨著高性能永磁材料的發(fā)展，使永磁式直流測速發(fā)電機系列得到迅速發(fā)展。 圖4-15是直流測速發(fā)電機的輸出特性曲線。其中：RL為負載電阻，當RL=時，測速機空載，隨著RL的減小，特性曲線的斜率變小。 圖4-15 直流測速發(fā)電機的輸出特性曲線 直流測速發(fā)電機具有線性度好、靈敏度

20、高以及輸出信號強等特點，因此在工業(yè)自動化檢測中被廣泛的應用于轉速檢測和電機拖動閉環(huán)控制系統中。一般自動控制系統對直流測速發(fā)電機的主要要求是：1輸出電壓要與轉速呈現性關系，正、反轉時特性一樣；2輸出特性的靈敏度高；3輸出電壓的紋波小；4電機的慣量小。另外還要求高頻干擾小、噪音小、工作可靠、結構簡單、體積小和重量輕等。在直流測速發(fā)電機上，為了從電樞上取得輸出電壓，必不可少的要設置換相器和電刷，這就帶來了換相器與電刷的磨擦、電壓波動和噪聲等問題。為了解決此類問題，給控制系統提供高性能的檢測裝置，人們設計了新型測速發(fā)電機，例如：無刷式直流測速發(fā)電機，霍爾式無刷直流測速發(fā)電機等。 圖4-16是霍爾式無刷

21、直流測速發(fā)電機的結構與原理圖。為了產生正弦函數的電壓，讓兩極已經磁化了的鐵淦氧磁鐵旋轉，形成按正弦函數規(guī)律分布的旋轉磁場，利用互成直角固定安裝的兩個霍爾元件來檢測磁場，同時通過與定子線圈中產生的和電壓成正比的電流，獲得與角速度成正比而又沒有脈動成分的直流電壓。 圖4-16 霍爾式無刷直流測速發(fā)電機的結構與原理圖 2交流測速發(fā)電機 交流測速發(fā)電機包括同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機兩大類。（1同步測速發(fā)電機 分為永磁式、感應子式和脈沖式三種。永磁式交流測速發(fā)電機實質上就是一臺單相永磁轉子同步發(fā)電機，定子繞組感應的交變電勢的大小和頻率都隨輸入信號轉速的變化而變化，即 （4-2） （4-3）式中 =一

22、常系數； 電機極對數； 定子繞組每相匝數； 定子繞組基波繞組系數； 電機每極下基波磁通的幅值。 永磁式交流測速發(fā)電機，由于感應電勢的頻率隨轉速而改變，致使電機本身的阻抗和負載阻抗均隨轉速而變化，所以這種測速發(fā)電機的輸出電壓不再和轉速成正比關系。因此，永磁式交流測速發(fā)電機盡管結構簡單，也沒有滑動接觸，但是不適用于自動控制系統，通常只作為指示式轉速計。感應子式測速發(fā)電機和脈沖式測速發(fā)電機的工作原理基本相同，都是利用定、轉子齒槽相互位置的變化，使輸出繞組中的磁通發(fā)生脈動，從而感應出電勢。從感應子式測速發(fā)電機的工作原理看，它們和永磁式同步測速發(fā)電機一樣，由于電勢的頻率隨轉速而變化，致使負載阻抗和電機本

23、身的內阻抗大小均隨轉速而改變，所以也不宜用于自動控制系統中。但是，如果采用二極管對這種測速發(fā)電機的三相輸出電壓進行橋式整流，則可以取整流輸出的直流電壓作為速度信號用于自動控制系統。脈沖式測速發(fā)電機是以脈沖頻率作為輸出信號的，由于輸出電壓的脈沖頻率和轉速保持嚴格的正比關系，所以也屬于同步發(fā)電機類型。其特點是輸出信號的頻率相當高，即使在較低的轉速下如每分鐘幾轉或幾十轉也能輸出較多的脈沖數，因而以脈沖個數顯示的速度分辨力就比較高，適用于速度比較低的調速系統，特別適用于鑒頻鎖相的速度控制系統。 （2異步測速發(fā)電機 按照結構可分為鼠籠轉子和空心杯形轉子兩種。 鼠籠轉子測速發(fā)電機的靈敏度高，但線性度差，相

24、位誤差大，剩余電壓高，一般用在對精度要求不高的系統中。空心杯形轉子異步測速發(fā)電機的精度比鼠籠式要高得多，是目前應用最廣的異步測速發(fā)電機。 空心杯形轉子測速發(fā)電機的結構如圖4-17所示。轉子是一個薄壁非磁性空心杯，因此轉動慣量很小。為了減小誤差，使輸出特性的線性度好，性能穩(wěn)定，其轉子電阻通常采用電阻率較大和溫度系數較低的材料制成，如硅錳青銅、錫鋅青銅、磷青銅等。杯的內外由內定子和外定子構成磁路。 圖4-17 空心杯形轉子測速發(fā)電機的結構 圖4-18是空心杯轉子交流測速發(fā)電機工作原理圖。在定子上安放了兩套彼此相差90的繞組，FW作為勵磁繞組，接于單相額定交流電源，CW作為工作繞組又稱輸出繞組），接

25、入測量儀器作為負載。交流電源以旋轉的杯形轉子為媒介，在工作繞組上便感應出數值與轉速成正比，頻率與電網頻率相同的電勢。圖4-18 空心杯轉子交流測速發(fā)電機工作原理圖 a轉子靜止時 b轉子轉動時 下面分析輸出電壓U0與轉速n成正比的原理。為方便起見，先將杯形轉子看成是一個導條數目非常多的籠型轉子，當頻率為f1的勵磁電壓Uf加在繞組FW上，在測速發(fā)電機內、外定子之間的氣隙中便產生一個與FW軸線一致的頻率為f1的脈動磁通f，f =fmSint （4-4）如果轉子靜止不動，則類似一臺變壓器，勵磁繞組相當于變壓器的一次側繞組，轉子繞組相當于變壓器的二次側繞組。磁通f在杯形轉子中感應出變壓器電勢并引起渦流，

26、渦流產生的磁通將阻礙f的變化，其合成磁通1的軸線仍與勵磁繞組的軸線重合，而與輸出繞組CW的軸線相互垂直，故不會在輸出繞組上感應出電勢，所以輸出電壓U0=0，如圖4-18a所示。但如果轉子以轉速n沿順時針方向旋轉，則杯形轉子還要切割磁通1，進而產生切割電勢e2p及電流i2p，如圖4-18b所示。因e=Blv，考慮到B與fm成正比,U與 n成正比，故e2p的有效值E2p與 m及 n成正比，即E2pfmn （4-5）當勵磁電壓Uf一定時，fm基本不變， 由于 Uf=4.44f1W1f （4-6）故 E2pn （4-7）由e2p產生的電流i2p也要產生一個脈動磁通2，其方向正好與輸出繞組Cw的軸線重合

27、，且穿過CW，于是在輸出繞組CW上感應出變壓器電勢e0，其有效值Eo與磁通2成正比，即 E02 （4-8）2E2p （4-9）將式4-9及式4-7帶入式4-8）可得 E0n 或者說 U0= E0=Kn （4-10）上式說明：在勵磁電壓Uf一定的情況下，當輸出繞組的負載很小時，異步測速發(fā)電機的輸出電壓U0 與轉子轉速 n成正比，其輸出特性曲線如圖4-13圖4-19所示。 圖4-19 異步測速發(fā)電機的輸出特性曲線 （二旋轉編碼器旋轉編碼器俗稱碼盤，它是一種旋轉式測量裝置，通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉動，用以測量轉動量主要是轉角），并把它們轉換成數字形式的輸出信號。旋轉編碼器有兩種基本形式，即

28、增量式編碼器和絕對值式編碼器常被稱為增量碼盤和絕對值碼盤）。根據工作原理和結構，編碼器又分為接觸式、光電式和電磁式等類型。其中接觸式是一種最老的轉角測量元件，目前已很少采用。光電式編碼器是目前用得較多的一種，它沒有觸點磨損，允許轉速高，精度高，缺點是結構復雜，價格貴。電磁式編碼器同樣是一種無接觸式的碼盤，具有壽命長、轉速高、精度高等優(yōu)點，是一種有發(fā)展前途的直接編碼式測量元件。下面只重點介紹在電梯系統中常用的光電式編碼器。1光電式增量編碼器 光電式增量編碼器的結構原理如圖4-20所示。圖4-20a中的最大部分是一個圓盤，圓盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀窄縫，故稱為窄縫圓盤，節(jié)距為L。與圓盤對應的還有兩

29、組檢測窄縫（組與組），它們的節(jié)距和圓盤上的節(jié)距是相等的。檢測窄縫與圓盤的配置如圖4-20b所示。 、兩組檢測窄縫的位置錯開14節(jié)距，其目的是使A、B兩個光電轉換器的輸出信號在相位上相差90。兩組檢測窄縫是固定不動的，圓盤與被測軸相連。 圖4-20 光電式增量編碼器的結構原理 當圓盤隨著被測軸轉動時檢測窄縫不動），光線便透過圓盤窄縫和檢測窄縫照到光電轉換器A和B上，于是A和B就輸出兩個相位相差90的近似正弦波的電信號，電信號經過邏輯電路處理、計數后就可以辨別轉動方向，得到轉角和轉速。 光電式編碼器的信號處理線路方框圖見圖4-21，信號波形見圖4-22。圖4-21 光電式編碼器的信號處理線路方框圖

30、 圖4-22 光電式編碼器的信號波形圖 從圖4-20可以看出，在圖示位置基礎上正轉時順時計方向），經過組檢測窄縫的光從中間值開始越來越少，而反轉時通過組的光越來越多。從圖示位置開始，無論正轉或反轉，經過組檢測窄縫的光都是由最少到最多。若圓盤正轉，則光電轉換器輸出信號的相位關系和波形如圖4-221所示，信號b比a越前90，經過邏輯電路只輸出正轉的脈沖信號f。反轉時，a越前 b 90，波形如圖4-222），此時只輸出反轉脈沖信號。這些脈沖送給可逆計數器累計，就可測出旋轉角度。若記下單位時間的脈沖數，就可以測量轉速。需說明的是，增量式碼盤輸出的數字是表示相對于某個基準點的相對轉角，即對于這個基準位置

31、碼盤所增加或減少的角度數量，所以稱為增量式碼盤。碼盤的分辨能力主要取決于碼盤轉一周時產生的脈沖數。圓盤上分割的窄縫越多，產生的脈沖數就越多，分辨力也就越高。增量式碼盤一般每轉可產生5005000個脈沖，最高可達幾萬個脈沖。分辨力高的碼盤，直徑也大，可以分割到更多的縫隙。此外，對光電轉換器輸出信號進行邏輯處理，可以得到兩倍頻和四倍頻的脈沖信號，從而提高碼盤的分辨率。通常稱這種倍頻電路為電子細分線路。碼盤的分辨能力還可以用它所能分辨到的最小角度來表示，即每一個脈沖所對應的圓心角，通常稱為測量精度。如：某個碼盤，轉一周時輸出的脈沖數為1024個即窄縫數），則其分辨角為（/脈沖）=0.352 碼盤的分

32、辨角度越小，則分辨力越高。 2絕對值編碼器 絕對值編碼器由三大部分組成見圖4-23），它包括旋轉的碼盤、光源和光電敏感元件。碼盤上有按一定規(guī)律分布的由透明和不透明區(qū)構成的光學碼道圖案，它們是由涂有感光乳劑的玻璃質水晶圓盤利用光刻技術制成的。光源是超小型的鎢絲燈泡或者是一個固定光源。檢測光的元件是光敏二極管或光敏三極管等光敏元件。 圖4-23 光電式絕對值編碼器 光源的光通過光學系統，穿過碼盤的透光區(qū)，最后與窄縫后面的一排徑向排列的光敏元件耦合，使輸出為邏輯“1”；若被不透明區(qū)遮擋，則光敏元件輸出低電平，代表邏輯“0”。對于碼盤的不同位置，每個碼道都有自己的邏輯輸出，各個碼道的輸出編碼組合就表示

33、碼盤的這個轉角位置。 對于各碼道的輸出信號，有幾種不同的編碼方式。圖4-24為二進制編碼盤，每一個碼道代表二進制的一位，最外層的碼道為二進制的最低位，越向里層的碼道其代表的位數即“權越高，最高位在最里層。之所以這樣分配是因為最低位的碼道要求分割的明暗段數最多，而最外層周長最大，容易分割。顯然，碼盤的分辨力與碼道多少有關。如果用N表示碼盤的碼道數目，即二進制位數，則角度分辨力為 目前絕對值碼盤一般為19位，高精度的可達21位。 圖4-24 二進制編碼盤 采用二進制編碼有一個嚴重的缺點，即在兩個位置交換處可能產生很大的誤差。例如，在0000和1111相互換接的位置，可能出現從0000一1111的各

34、種不同的數值，因而引起很大的誤差。在其它位置也有類似的現象。這種誤差叫非單值性誤差或模糊。對這種現象可以采用特殊代碼來消除。常用的一種編碼方法叫循環(huán)碼例如格雷碼）。采用二進制循環(huán)碼格雷碼的碼盤示意圖見圖4-25。循環(huán)碼是無權碼，其特點為相鄰兩個代碼間只有一位數變化，即二進制數有一個最小位數的增量時，只有一位改變狀態(tài)，因此產生的誤差不超過最小的“l(fā)個單位。但是，將格雷碼轉換成自然二進制碼需要一個附加的邏輯處理轉換裝置。 圖4-25 二進制循環(huán)碼盤格雷碼盤） 位置檢測裝置在電梯運行過程中，為獲取轎廂的位置、速度、運行方向等信號，完成對電梯的控制，需要設置許多電子開關、機械開關和檢測裝置。通過這些裝

35、置測出控制電梯運行也是影響電梯性能的最重要的控制信號，這些信號包括：強迫換速、急停、門機控制、檢修與照明、層站顯示、門廳呼梯、校正、換速與平層等。其中換速平層信號用于調速裝置的控制，有著嚴格的時間和空間的關系，是影響電梯性能的最重要信號。在電梯中經常使用的位置檢測裝置按照傳感器的類型可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式傳感器能夠獲取兩個物體是否已經接觸的信號；而非接觸式傳感器能夠判別在某一個范圍內是否有某一物體存在或通過光、磁等信號辨別運動物體的位置。接觸式傳感器 接觸式傳感器多用行程開關和微動開關等觸點器件構成。在電梯系統中多用于接觸式門保護和限位保護中。1行程開關 行程開關的結構如圖4-26

36、所示。當生產機械的運動部件與擋塊1或推桿2碰撞時，使觸頭3、觸頭4動作，并使觸頭的原有狀態(tài)發(fā)生變化，進而將有關的電信號送出。觸頭的通斷速度與運動部件推動擋塊或推桿的速度有關。 圖4-26 行程開關的結構 1擋塊 2推桿 3動斷觸點 4動合觸點 5彈簧片 2微動開關 由微動開關組成的位置傳感器具有體積小、質量輕、工作靈敏等特點，經常用于檢測物體位置的傳感器構造和分布形式如圖4-27所示。 圖4-27 微動開關 a)構造 b)分布形式非接觸式傳感器 在電梯運行中，為使轎廂到達預定停靠站，需要提前一定的距離把快速運行的電梯速度切換為平層前的慢速運行，這種平層時自動停靠的控制裝置稱為換速平層裝置也稱井

37、道信息裝置）。為了便于與繼電器配合，傳感器最常用干簧管傳感器和雙穩(wěn)態(tài)磁開關。前者使用隔磁板也稱橋板進行隔磁，后者使用圓形永久磁鐵也稱磁豆進行觸發(fā)。1干簧管傳感器 80年代中期前采用永磁式干簧管傳感器作為開關器件的換速平層裝置。其中隔磁用的鐵板稱為隔磁板或橋板，它們通過支架固定在導軌上。當轎廂運動時；安裝在轎廂頂部的干簧管U形槽恰好使隔磁板通過，從而引起干簧管的接點切換。干簧管傳感器與隔磁板的位置如圖4-28所示。圖4-28 干簧管傳感器與隔磁板的位置 1平層裝置 2傳感器 3隔磁板 4支架 5導軌 6接線軟管 7轎廂頂 換速平層裝置中的換速傳感器和平層傳感器在結構上是相同的，均由殼體、永久磁鐵

38、和干簧管三部分組成。這種傳感器相當于一只永磁式繼電器，也稱為永磁感應開關或干簧管傳感器，其結構和工作原理如圖4-29所示。圖4-29a表示未放入永久磁鐵2時，干簧管3的觸點由于沒有受到外力的作用，其常開接點4是斷開的，常閉接點5是閉合的。圖4-29b表示把永久磁鐵2放進傳感器后，干簧管的常開接點4閉合，常閉接點5斷開，這一情況相當于電磁繼電器得電動作。圖4-29c表示當外界把一塊具有高導磁系數的隔磁板7插入永久磁鐵和干簧管之間時，由于永久磁鐵所產生的磁場被隔磁板旁路，干簧管的接點5失去外力的作用，恢復到圖4-29a的狀態(tài)，這一情況相當于電磁繼電器失電復位。根據干簧管傳感器這一工作特性和電梯運行

39、特點設計制造出來的換速平層裝置，利用固定在轎架或導軌上的傳感器與隔磁板之間的相互配合，可以實現位置檢測功能，為各種控制方式的電梯提供了預定停靠站時提前一定距離換速、平層停靠的控制信號。提前換速點與停靠站樓面的距離與電梯的額定運行速度有關，速度越快，距離越長。一般可按表4-1的參數進行調整。圖4-29干簧管傳感器的結構與工作原理 a放入永久磁鐵之前 b放入永久磁鐵之后 c插入隔磁板之后殼體 2磁鐵 3干簧管 4常開接點 5常閉接點 6磁力線 7隔磁板 2雙穩(wěn)態(tài)磁性開關 80年代中期以來，多采用雙穩(wěn)態(tài)磁性開關以下簡稱雙穩(wěn)態(tài)開關作為電梯換速平層裝置的器件。這種裝置是由位于轎頂上的雙穩(wěn)態(tài)開關和位于井道

40、的圓柱形永久磁鐵以下簡稱磁豆構成，如圖4-30所示。 圖4-30 雙穩(wěn)態(tài)開關換速平層裝置 1雙穩(wěn)態(tài)開關座板固定架 2磁豆固定橫梁 3雙穩(wěn)態(tài)開關 4磁豆固定塑料架 5磁豆 6雙穩(wěn)態(tài)開關座板 圖4-31 雙穩(wěn)態(tài)開關 1殼體 2干簧管 3方塊磁鐵 4引出線雙穩(wěn)態(tài)開關的結構比較復雜。其中兩只方塊磁鐵的N極和S極構成一個閉合的磁場回路，它類似于兩只電池順向串接成的電路。兩只方塊磁鐵構成的磁場力用于克服干簧管內接點的彈力，使干簧管接點維持斷開或閉合中的某一狀態(tài)。只有電梯在上下運行中，當雙穩(wěn)態(tài)開關接近或路過磁豆，磁豆N和S極之間的磁場與兩只方塊磁鐵構成的磁場相疊加的結果，才能使干簧管的接點翻轉變態(tài)，以此控制

41、相關電路。 兩只方塊磁鐵的N和S極所構成的磁場強度，與單個方塊磁鐵的磁場強度及兩只方塊磁鐵的距離有關，如果構成的磁場強度太強，則雙穩(wěn)態(tài)開關接近或路過磁豆時，干簧管的接點狀態(tài)不會翻轉，如果磁場強度太弱，則不能使接點維持翻轉后的狀態(tài)。因此雙穩(wěn)態(tài)開關對方塊磁鐵、干簧管和磁豆的安裝位置以及尺寸等的質量要求都比較嚴格。 實際使用過程中，當電梯向上行時，雙穩(wěn)態(tài)開關接近或路過磁豆的S極時動作，接近或路過N極時復位。反之電梯向下運行時雙穩(wěn)態(tài)開關接近和路過磁豆的N極時動作，接近或路過S極時復位，以此輸出電信號，實現控制電梯到站提前換速或平層停靠的功能。雙穩(wěn)態(tài)開關與磁豆的距離應控制在68mm之間。雙穩(wěn)態(tài)開關是當前

42、廣泛應用微機于電梯控制中不可缺少的重要一環(huán)。綜述其工作原理，即裝于電梯轎廂上的雙穩(wěn)態(tài)開關隨著電梯轎廂運行而經過井道內各個層樓的永久磁鐵磁豆時的變化量經“異或非電路而轉化成二進制信號，并輸入計算機的比較環(huán)節(jié)，進而決定出電梯的運行方向。這種方法快速而準確，必將隨著電梯控制系統中微機控制系統的廣泛應用而發(fā)展。第三節(jié) 直流電梯的速度閉環(huán)控制早期的電梯多采用直流拖動控制系統。因為直流電梯速度快、舒適感好、平層精度高。目前這種系統在梯速大于2.0m/s的電梯中仍有應用包括有齒輪的和無齒輪的）。直流電動機的轉速可由下式表示： （4-11）式中：Ua 電機進線端的電壓 Ia 電樞電流 Ra 電樞電阻 Rt 外

43、接調整電阻； Ce 電勢系數 勵磁磁通 由上式可知，直流電機的轉速主要與輸入電機的端電壓、外接調整電阻及勵磁磁通有關，只要改變其中的某個參數，均可改變電機的轉速。其中改變端電壓Ua比較理想，因為采用了閉環(huán)控制的直流調速方法，在不同電壓下的特性曲線均是平行的，即在同一電壓下負載變化時，其轉速變化不大，特別是用比例積分調節(jié)控制規(guī)律時，可以使靜態(tài)速降為0。直流電梯的拖動控制系統通常有兩種：一是用發(fā)電機組構成的晶閘管勵磁的發(fā)電機-電動機拖動控制系統如圖4-32所示）；二是變流裝置直接供電的晶閘管-電動機拖動控制系統如圖4-33所示）。兩者都是利用調整電動機端電壓Ua的方法進行調速。前者是通過調節(jié)發(fā)電機

44、的勵磁改變發(fā)電機的輸出電壓即電動機的端電壓進行調速，簡稱為晶閘管可控硅勵磁控制系統；后者是利用靜止變流裝置三相晶閘管整流），把交流變?yōu)榭煽氐闹绷鳎┙o直流電動機的調速系統。顯然，圖4-33所示的拖動控制系統省去了直流發(fā)電機組，因此降低了能耗和造價，使結構更加緊湊。 圖4-32 晶閘管勵磁的發(fā)電機-電動機拖動控制系統 圖4-33 變流裝置直接供電的晶閘管-電動機拖動控制系統 上述兩種直流電梯的控制系統中都采用了晶閘管變流裝置，盡管這種裝置使得控制系統的經濟性與可靠性有了明顯的提高，在技術性能上顯出較大的優(yōu)越性，但也有其弱點，首先，由于晶閘管的單向導電性，不允許電流反向，使系統的可逆運行困難，因此

45、需要正、反向運行的場合，必須采用正、反兩組整流電路，所用的變流設備需要增加一倍。其次，晶閘管元件對過電壓、過電流以及過高的電壓、電流變化率du/dt和di/dt都十分敏感，其中任何一項指標超過允許值都可能在很短的時間內損壞元件，因此，必須有可靠的保護裝置和復合要求的三繞條件，而且在元件選擇時還應該留有適當的余地。最后，當系統處在深調速時即轎低速運行），晶閘管的導通角很小，使得系統的功率因數很低，并產生較大的高次斜波電流成分，引起電網電壓波形畸變，殃及附近的用電設備。當晶閘管調速設備在電網中中所占容量的比重較大時，就會造成電力公害，因此，必須采取無功補償和諧波濾波裝置。一、晶閘管勵磁的發(fā)電機-電

46、動機拖動控制系統圖4-34是一快速直流電梯速度調節(jié)系統原理圖，它采用閉環(huán)控制方法，在給定環(huán)節(jié)與速度調節(jié)環(huán)節(jié)中都采用了比例積分控制規(guī)律。系統中的給定信號亦稱指令信號），一般是典型的串聯型穩(wěn)壓電源。給定電源經分壓電阻后給出的是階躍信號，再經積分轉換變成了軟化處理后圓滑的梯形信號。測速發(fā)電機可以取得與電梯速度成正比的電壓信號。速度給定信號與測速機輸出的電壓比較后得到偏差信號之后，送到具有比例積分的速度調節(jié)器進行放大調節(jié)。要求調節(jié)環(huán)節(jié)的響應過程既快又穩(wěn)，不能引起響應信號的振蕩。然后放大后的輸出信號加到反并聯的兩組觸發(fā)器上，使兩組觸發(fā)器同時得到兩個符號相反、大小相等的控制信號，控制兩組觸發(fā)器的輸出脈沖，

47、同時向相反方向作相等角度的移動，用以控制可控硅整流器的輸出電壓的大小和極性。晶閘管整流器的輸出電壓控制直流發(fā)電機的勵磁磁通，使發(fā)電機電樞的輸出電壓隨之變化，電動機的轉速隨發(fā)電機的輸出電壓而變化，最終使速度跟隨給定的速度曲線變化，達到速度自動調節(jié)的目的。 圖4-34 快速直流電梯速度調節(jié)系統原理圖 在該系統中，當轉換器輸出一個正電壓時，與測速發(fā)電機電壓比較后，加給速度調節(jié)器一個正的速度誤差信號，速度調節(jié)器輸出一個負電壓，使正向組觸發(fā)器的輸出脈沖前移，正向組晶閘管變流器工作在整流狀態(tài)。與此同時，反向組觸發(fā)器的輸出脈沖后移，反向組晶閘管變流器工作在待逆變狀態(tài)。結果供給發(fā)電機一個正的勵磁電流，并輸出正

48、電壓，電動機正轉，電梯上升運行。反之，則電機反轉，電梯下行。圖4-35為高速電梯速度自動調節(jié)系統原理圖。與圖4-34所示的快速梯相比較，增加了電流調節(jié)器、電流檢測、預負載信號和電平檢測等環(huán)節(jié)，從閉環(huán)控制系統的角度看，實際上是增加了一個內環(huán)，形成了雙環(huán)控制，內環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)是速度環(huán)。電流調節(jié)器在內環(huán)的前向通道上，可以提高系統的動態(tài)品質，使電梯起、制動過程中主回路電流的豐滿度較好。另外在電流調節(jié)器的同相輸入端還加進了轎廂的預負載信號，該信號可由稱量裝置檢測得到，并把重量信號轉換成電信號，以反映轎廂內的重量，使主回路產生一個預負載力矩，避免抱閘打開瞬間而產生溜車。 圖4-35 高速電梯速度自動調節(jié)

49、系統原理圖 二、變流裝置直接供電的直流拖動控制系統 由于晶閘管勵磁的發(fā)電機-電動機拖動控制系統的電路復雜，調試維修不便、體積大、噪音大、占空間多而且能耗也大。因此在大功率晶閘管變流裝置的技術及其元件質量得到極大提高的今天，將完全有可能用晶閘管變流裝置取代發(fā)電機組直接向直流電動機供電。這樣的拖動控制系統控制方便、重量輕、噪音小、維修容易，可節(jié)能30左右。圖4-36是一變流裝置直接供電的直流高速電梯速度自動調節(jié)系統原理圖。它主要由兩組晶閘管取代了傳統系統中的直流發(fā)電機組。兩組晶閘管可以配合進行相位控制，或處于整流或處于逆變狀態(tài)。當控制電路對給定的速度指令信號與速度反饋信號、電流反饋信號進行比較運算

50、后，就決定了兩組晶閘管裝置中哪一組應該投入運行，并根據運算結果，控制晶閘管變流裝置的輸出電壓，即曳引電動機的電樞電壓。于是，電梯便跟隨速度指令信號運行。圖4-36 變流裝置直接供電的直流高速電梯速度自動調節(jié)系統原理圖 圖4-37 控制電路框圖 常用的可控整流電路是將電源變壓器接成三角形-星形，副邊有中心抽頭。正反向晶閘管變流裝置分別把電源變壓器三相的正半波或三相的負半波換成直流電，正向或反向加于直流電機的電樞端，使電機正轉或反轉。而電樞端電壓大小的變化，則由控制電路送出的脈沖相位的移動所決定。 隨著半導體技術的迅猛發(fā)展，大規(guī)模集成元件的誕生以及晶閘管變流元器件反向耐壓的提高，這種拖動控制系統將

51、完全取代發(fā)電機-電動機直流拖動控制系統。第四節(jié) 交流調壓調速電梯的速度閉環(huán)控制 一般的交流雙速電梯結構簡單可靠，但其制動時加速度大，運行不平穩(wěn)，性能不如直流調速電梯。因此隨著電力電子器件和控制技術的發(fā)展，對交流電梯中的交流感應電動機采用速度反饋的閉環(huán)控制，在電梯的運行中不斷檢查其運行速度是否符合理想的速度曲線要求，并用晶閘管裝置可控硅取代起、制動用電阻、電抗器，從而控制起、制動電流，以達到起、制動舒適以及運行平穩(wěn)的目的。 交流調速電梯在運行的各個階段控制方式大致有三種如圖4-38所示）。 圖4-38 電梯各階段的運行控制 從圖中可以看出，不管何種控制形式的交流調速系統，其制動過程總是要加以控制

52、的，電梯的減速制動是電梯運行控制中的一個重要環(huán)節(jié)，就其制動過程的控制而言，其制動的方式有能耗制動、渦流制動器制動和反接制動等。無論哪一種制動方式，其制動原則都是按距離或模擬按距離制動，直接停靠樓層平面，電梯的平層精確度可控制在10mm之內。這種系統由于無低速爬行時間，使電梯的總輸送效率大大提高，梯速可超過1m/s，最大可達5m/s。 一、能耗制動型 這種系統采用可控硅調壓調速再加直流能耗制動組成。通常失電后對慢速繞組中的兩相繞組通以直流電流，在定子內形成一個固定的磁場。當轉子由于慣性而繼續(xù)旋轉時，其導體切割磁力線，在轉子中產生感應電勢及轉子電流，這一感應電流產生的磁場對定子磁場而言是靜止的。由

53、于定子總磁通和轉子中的電流相互作用，與定子電流相應產生了制動力矩，其大小與定子的磁化力及電機轉速有關。這種狀態(tài)下的機械特性曲線是在第象限中通過坐標原點向外延伸的曲線見圖4-39）。從曲線形狀可見，當電機轉矩下降為零，轉速也為零，所以應用能耗制動使轎廂能準確停車，再加上用晶閘管裝置構成閉環(huán)系統以調節(jié)速度，因而可以得到滿意的舒適感及平層精度。 圖4-39 能耗制動特性曲線 由于能耗制動力矩是由電機本身產生的，因此對起動加速、穩(wěn)速運行和制動減速實現全閉環(huán)的控制不但可能而且是方便的。具體可根據電機特性及調速系統的配置而定。 圖4-40是一種能耗制動調速電梯主拖動控制系統的原理框圖。這種系統對電動機的制

54、造要求較高，因此電動機在運行過程中一直處于轉矩不平衡狀態(tài)，從而導致電動機運行噪聲增大以及電機會發(fā)生過熱現象。 圖4-40 能耗制動調速電梯主拖動控制系統原理框圖 二、渦流制動器調速系統渦流制動器通常由電樞和定子兩部分組成。電樞和異步電動機的轉子相似，其結構可以是籠型，也可以是簡單的實心轉子。定子繞組通過直流電流勵磁。渦流制動器在電梯中使用時，或與電梯的主電機共為一體，或與電動機分離，但兩者的轉子是同軸相連的。因而它具有可調節(jié)制動轉矩的特性。當電梯在運行中需要減速時，則斷開主電機電源，而給同軸的渦流制動器的定子繞組輸入直流電源以產生一個直角坐標磁場。由于此時渦流制動器轉子仍以電動機的轉速旋轉，并

55、切割定子產生的磁力線，這樣在轉子中產生一個與定子磁場相關的渦流電流，而這個渦流電流所產生的磁力線與定子的磁力線相互作用，產生一個與其轉向相反的渦流制動轉矩。按照給定的規(guī)律輸給渦流制動器定子繞組直流電流，就可控制渦流制動器轉矩的大小，從而也就控制了電梯的制動減速過程。圖4-41是一種利用渦流制動器控制的交流調速系統的原理框圖。該系統開環(huán)分級起動，開環(huán)穩(wěn)定運行至減速位置時，由井道內每層的永磁體與轎廂頂上的雙穩(wěn)態(tài)開關相互作用繼而發(fā)出減速信號，一方面使曳引電動機撤出三相電源，另一方面給與電動機同軸的渦流制動器繞組輸入可控的直流電流，使其產生相應的制動力矩，從而令電梯按距離制動減速直接停靠，準確停層干所

56、需的層站。 圖4-41 帶渦流制動器的交流調速控制系統原理框圖 按距離制動減速的控制過程是：根據電梯不同的額定速度，有一個實現設定好的減速距離S0，則電梯瞬時距樓層平面的距離S應為，而實際上需要的是速度量，即，a為設定的平均減速度值。將這一瞬時速度作為渦流制動器的給定量。隨著距離S的減少，其制動強度也相應減少，直到準確停車為止。制動減速過程不僅隨距離的減少而減弱，而且這一過程也是轉速反饋的閉環(huán)系統的控制過程，可大大提高控制的質量和精度，使電梯的平層準確度保證在7mm之內。 這種系統結構簡單、可靠性高。由于控制是通過控制渦流制動器內的電流來實現的，故被控對象只是一個電流。這樣的控制不僅容易做到，

57、而且其穩(wěn)定性好。另外在制動減速時電機撤出電網，藉渦流制動器把系統所具有的動能消耗在渦流制動器轉子的發(fā)熱上。因此電梯系統從電網獲得的能量大大低于其他系統，一般減少20左右。但由于是開環(huán)起動的，因此起動的舒適感不是最理想，其額定速度也只能限制在2ms以下。 三、反接制動方式 反接制動也是電梯的一種制動調速方法。電梯在減速時，把定子繞組中的兩相交叉改變其相序，使定子磁場的旋轉方向改變，而轉子的轉向仍未改變，即電機轉子逆磁場的旋轉方向運轉，產生制動力矩，使轉速逐漸降低，此時電機以反相序運轉于第象限。當轉速下降到零時，需立即切斷電機電源，抱閘制動，否則電機就自動反轉。 圖4-42是一種反接制動的交調電梯

58、的拖動控制系統原理框圖。該系統的電機仍可用交流雙速感應電動機，起動加速至穩(wěn)速以及制動減速的過程都采用閉環(huán)調壓調速方式，且高低速分別控制。但在制動減速時，將低速繞組接成與高速繞組相序相反的狀態(tài)，使之產生制動轉矩亦即反接制動，與此同時，高速繞組的轉矩也在逐漸減弱，從而使電梯按距離制動并減速直接停靠。 圖4-42 反接制動的交流調速電梯拖動控制系統原理框圖 這種系統采用的是全閉環(huán)調壓調速控制，運行性能良好。由于采用反接制動方式使電梯減速，因此對電梯系統的慣性矩要求不高，不象前述的渦流制動或能耗制動系統那樣，要求電梯有一定數量級的慣性矩一般在電動機軸端加裝適當的飛輪），這樣使得機械傳動系統結構簡單、輕

59、巧。另外在制動減速時，高速繞組不斷開，而僅在低速繞組上施加反相序電壓即反接制動），因此該系統的動能全部消耗在電動機轉子的發(fā)熱上，能量消耗較前述幾個系統都大，故電機必須要有強迫風冷散熱裝置。這也是該系統的主要缺點。 這種反接制動的交流調速電梯雖有能耗大的不足之處，但其運行性能良好，故仍較多地應用于額定速度不大于 2ms的電梯上。變頻調速電梯的速度閉環(huán)控制 變頻調速電梯的速度閉環(huán)控制根據電機學公式可知，交流異步電動機的轉速是施加于定子繞組上的交流電源頻率的函數，均勻且連續(xù)地改變定子繞組的供電頻率，可平滑地改變電機的同步轉速。但是根據電梯為恒轉矩負載的要求，在變頻調速時需保持電機的最大轉矩不變，維持

60、磁通恒定。這就要求定子繞組供電電壓也要作相應的調節(jié)。因此，其電動機的供電電源的驅動系統應能同時改變電壓和頻率。即對電動機供電的變頻器要求有調壓和調頻兩種功能。使用這種變頻器的電梯常稱為VVVF型電梯。 一、變頻器變頻器可以分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩大類，其原理框圖如圖4-43所示。前者的頻率只能在電網頻率以下的范圍內進行變化，而后者的頻率是由逆變器的開關元件的切換頻率所決定，即變頻器的輸出頻率不受電網頻率的限制。 圖4-43 變頻器原理框圖 交一交變頻器的工作原理如圖4-44所示。它由兩組反并聯的整流器P和N所組成。經適當的“電子開關按一定的頻率使P組和N組輪流向負載R供電，負載R就