模塊一電梯的主電路教學目標：掌握直流電機的相關理論（概述、起動、正反轉、調速、制動）一、工作任務分析電梯系統構成。掌握直流電機的起動、正反轉、制動控制。圖6-2電梯主電路二、相關理論知識：注：交流電機為電梯轎廂上下運行電機，直流電機Ml為一層廳門開關電機，直流電機M2為二層廳門開關電機，直流電機M3為三層廳門開關電機，直流電機M4為轎廂門開關電機。電梯系統分析電梯由機械系統和電氣系統組成。電梯的機械系統由曳引系統、轎廂和對重裝置、導向系統、廳轎門和開關門系統、機械安全保護系統等組成。電梯的電氣系統主要由裝設在機房內的控制柜、轎廂內的操縱箱以及安裝在機房、井道、廳道、廳門、轎廂頂和底坑中的一些電器元件組成。曳引系統由曳引機、導向輪、曳引鋼絲繩等組成。曳引機是電梯的主拖動機械，驅動電梯的轎廂和對重裝置作上下運動。轎廂是用來運送乘客或貨物的裝置，在轎廂導軌上作上下運行。對重裝置通過曳引繩經曳引輪與轎廂連接，起與轎廂平衡作用。導向系統包括轎廂導向系統和對重導向系統。它們都由導軌、導軌架和導靴三部分組成。導軌架是將導軌固定在井道內墻壁上的構件。導靴是安裝在轎廂架與對重架上，確保轎廂和對重裝置沿其導軌上下運動的裝置。廳轎門和開關門系統用來控制開關門動作。當廳門開時，帶動轎門一起開門。當廳門關時，帶動轎門一起關。如圖6-2所示，主曳引電機為交流異步電動機，KM7為控制上升接觸器，KM8為控制下降接觸器，用以控制電動機的正反轉，實現轎廂的上升與下降。開門電動機Ml、M2、M3為直流并勵電動機，MDF為其勵磁繞組。改變電樞電壓的極性可改變Ml、M2、M3的旋轉方向，從而實現轎門和廳門的開啟與關閉。電梯的轎門是由開關門電動機經轎廂頂上的自動開關機構來帶動的，而廳門的開閉又是由轎門通過轎門上的機構來帶動的，所以廳門和轎門是同步的。一般現實中采用一個直流電機進行開關門控制，而在本例中，采用三個直流電機進行分別控制。直流電機概述直流電動機可按勵磁方式來分類，如電樞電源與勵磁電源分別由兩個獨立的直流電源供電，則稱為他勵直流電動機；而當勵磁繞組與電樞繞組以一定方式連接后，由一個電源供電時，則按其連接方式的不同而分為并勵、串勵及復勵電動機。在機床等設備中，以他勵直流電動機應用較多，而在牽引設備中，如電瓶車等則以串勵直流電動機應用較多。直流電機的控制（1）直流電機啟動控制直流電動機起動控制的要求與交流電動機類似。即在保證足夠大的起動轉矩下，盡可能地減小起動電流，再考慮其他要求。直流電動機起動特點之一是起動沖擊電流更大，可達額定電流的10—20倍。這樣大的起動電流將可能導致電動機換向器和電樞繞組的損壞，同時對電源也是沉重的負擔。大電流產生的轉矩和加速度對機械部件也將產生強烈的沖擊，故在選擇起動方案時必須予以充分考慮，除小型直流電動機外一般不允許直接起動。他勵、并勵直流電動機的另一個特點是需在接通電樞電源之前先接上額定的勵磁電壓，至少是同時，原因之一為了保證起動過程中產生足夠大的反電動勢以減小起動電流；其二是為了保證產生足夠大的起動轉矩，加速起動過程；其三是為了避免空載飛車事故的發生。串勵直流電動機的勵磁電流和電樞電流顯然是同時接通的。（2）直流電機的調速控制直流電動機最突出的優點是能在很大的范圍內具有平滑、平穩的調速性能。轉速調節的主要技術指標是：調速范圍、靜差率、平滑性及經濟指標等。直流電動機轉速調節主要有以下四種方法：改變電樞回路電阻值調速這種調速方法的特點是線路簡單，但是當改變串接在電樞回路中的調速電阻時，電動機的理想空載轉速不變，調速電阻越大，電動機的轉速降落越大，工作轉速就越低，特性變得很軟，這就限制了調速范圍。同時它只能在額定轉速以下調速，且調速電阻要消耗能量，因此這種調速方法只適用于要求不高的小功率拖動系統中。改變勵磁電流調速通常直流電動機的額定勵磁接近磁化曲線的飽和點，故磁通難以再增加，因而一般只能用減弱勵磁來提高電動機的轉速。顯然這種調速方法是以額定轉速為下限，以電動機所能允許的最高轉速為上限。對串勵直流電動機，是在額定的電源電壓下，在勵磁繞組上并聯附加電阻的方法，由于電阻的分流作用，調節電阻的阻值可改變勵磁電流。其調速范圍也是以額定轉速為下限，以電動機所允許的最高轉速為上限。改變電樞電壓調速改變電樞電壓調速時，一般只能從額定電壓向下調節，但最低轉速常受靜差率的限制不能太低。這種調速方式，電動機的勵磁保持為額定勵磁，當工作電流為額定電流時，則允許的負載轉矩不變，所以適用于恒轉矩負載。混合調速當對直流電動機的電樞電壓及勵磁電流都進行調節而調速時，通常稱為調壓調磁的調速方法，即混合調速。這種調速方法得到的調速范圍更大，電動機的容量能得到充分利用，適用于調速范圍要求廣的負載。（3）直流電動機的正反轉控制直流電動機的轉向取決于電磁轉矩的方向，因此改變直流電動機的轉向有兩個方法，即當電動機的勵磁繞組端電壓的極性不變，改變電樞繞組端電壓的極性，或者電樞繞組兩端電壓極性不變，而改變勵磁繞組兩端電壓的極性。兩種方法都可以改變電動機的旋轉方向。但當兩者的電壓極性同時改變時，則電動機的旋轉方向維持不變。在采用改變電樞繞組端電壓極性的方法時，因主電路電流較大，故接觸器的容量也較大，并要求采用滅弧能力強的直流接觸器，這就給使用帶來不便。因此，采用改變直流電動機勵磁電流的極性改變轉向更為合理，因為電動機的勵磁電流僅為額定電流的2％－5％，故使用的接觸器容量小得多，這一點對功率較大的直流電動機尤其突出。但為了避免在改變勵磁電流方向過程中，因i=o產生“飛車”通常要求改變勵磁的同時要切斷電樞回路電源。另一方面考慮到勵磁回路的電感量很大，觸頭斷開時易產生很高的自感電動勢，故需加設阻容吸收裝置。在直流電動機正反轉控制的電路中，通常都設有制動和聯鎖電路，以確保在電動機停轉后，再作反向起動，以免直接反向產生過大的沖擊電流。（4）制動控制與交流電動機類似，直流電動機的電氣制動方法有能耗制動、反接制動和發電回饋制動等幾種方式。制動方式優點缺點應用場合能耗制動制動線路簡單、平穩可靠，制動過程中不吸收電能，經濟、安全。可以實現準確停車制動效果隨轉速下降而成比例減小適用于要求減速平穩場合，例如反抗性負載準確停車。另應用于下放重物反接制動電樞反接制動轉矩隨轉速變化較小，制動強烈而迅速。倒拉反接制動的轉速可以很低，安全性好。電樞反接制動有自動反轉的可能性。在轉速接近零時，應及時切斷電源。倒拉反接制動從電網吸收大量電能。電樞反接制動應用于頻繁正反轉的電力拖動系統。倒拉反接制動不能用于停車，只能應用于啟動設備以較低的穩定轉速下放重物發電回饋制動制動簡單可靠，不需改變電動機接線。能量反饋到電網，比較經濟。在轉速|n|〉|n0|才能產生制動，應用范圍較小。不能實現停車應用于位能負載的穩定咼速卜降場合在降壓和弱磁調速的過渡過程中可能出現這種制動狀態圖6-3 電樞回路串電阻的起動與調速控制線路他勵（并勵）直流電機控制線路（1） 電樞回路串電阻的起動與調速控制線路起動前的準備將主令控制器SA的手柄置零位，分別合上主電路及控制電路的斷路器QF1和QF2，在電動機的并勵繞組中，就流過額定勵磁電流，欠電流繼電器KI2通電吸合，其常開觸頭閉合，使中間繼電器KA通過SA通電吸合并自鎖。主電路過電流繼電器KI1不動作。同時，時間繼電器KT1的線圈也通電，其延時閉合常閉觸頭立即分開，以保證起動時R1與R2都串入主電路。起動起動時可將SA的手柄由零位扳到3位，SAI—2觸頭斷開，其他三對觸頭閉合。這時KM1通電吸合，主觸點閉合使電動機M串R1和R2起動，同時KT1斷電釋放開始延時，由于起動電阻R1上有壓降，使KT2通電吸合，使其常閉點斷開。當KT1延時到，其延時閉合的常閉觸點閉合，接通KM2的線圈回路。KM2的常開觸頭閉合，切除起動電阻R1,電動機進一步加速。同時KT2線圈被短接，經過一定延時，其延時閉合的常閉觸點閉合，接通接觸器KM3的線圈回路，KM3的常開主觸頭閉合，切除最后一段電阻R2,電動機再次加速進入全電壓運轉，起動過程中結束。調速欲使運行在低速時，只要將主令電器控制器SA扳到1或者2,則電動機就在電樞串有兩段或一段電阻下運行，其轉速低于主令控制器處在3位時的轉速。在調速過程中KT1和KT2的延時作用是保證電動機M有足夠的加速時間，避免由于電流突變引起傳動系統過大的沖擊。（2） 直流電動機改變勵磁電流進行調速的控制線路電動機的直流電源采用兩相零式整流電路，起動時電樞回路中串入起動電阻R,以限制起動電流，起動過程結束后，由接觸器KM3切除。同時該電阻還兼作制動時的限流電阻。電機的并勵繞組串入調速電阻R3,調節R3即可對電動機實現調速。與勵磁繞組并聯的電阻R2是為吸收勵磁繞組的磁能而設，以免接觸器斷開瞬間因過高的自感電動勢而擊穿絕緣或使接觸器火花太大而燒蝕。接觸器KM1為能耗制動接觸器，KM2為工作接觸器，KM3為切除起動用電阻的接觸器。圖6-4直流電動機改變勵磁電流進行調速起動按下起動按鈕SB2時，KM2和的控制電吸合并自鎖，電動機M串電阻R起動，KT經過一定時間的延時后，延時閉合的常開觸頭（21－29）閉合，KM3吸合并自保，切除起動電阻R,起動過程結束。調速在正常運行狀態下，調節電阻R3，即改變其勵磁電流的大小，從而改變磁通，即可改變電動機的轉速。停車及制動在正常運行狀態下，只要按下停車按鈕SB1,則接觸器KM2和KM3失電釋放，切斷電動機電樞回路電源，同時KM1通電吸合，其主觸頭（24—30）閉合，通過R使能耗制動回路接通，同時通過KM1的另一常開觸頭（22—28）短接電容C,使電源電壓全部加于勵磁繞組以實現制動過程中的強勵作用，加強制動效果。松開按鈕SB1,制動結束，電路又處于準備工作狀態。（3）直流電動機改變勵磁電壓極性的正反轉控制線路該控制線路如圖6-4所示，由于電動機未采取制動措施，故在正反轉時，利用時間繼電器KT的延時，保證電動機停止以后才能反向起動。圖6-5直流電動機改變勵磁電壓極性的正反轉控制線路正轉按下正轉起動按鈕SB2,KM18和KM17通電吸合自鎖，KM17的主觸頭閉合，給電

動機的電樞供電，其常閉觸頭切斷時間繼電器KT的線圈回路。KM18的主觸頭接通電動機的

勵磁回路，這時電動機的勵磁電流由J流向K。因而這時電動機正轉，因為該電動機容量很

小，故為直接起動。停車此控制電路必須先停車，然后才能反轉起動。按SB1,KM17斷電釋放，它一方面切斷電動機的電樞電源，另一方面它的常閉觸頭(1—17)閉合，接通KT的線圈回路。KT通電吸合開始延時，KT延時到才能切斷KM18的自鎖回路，在這段時間內，KM18繼續保持吸合狀態，使勵磁回路保證正常供電，從而保證在停車控制中，先切斷電樞電源后切斷勵磁電源，也保證了不會立即反轉造成沖擊。反轉等電動機停止后，即KT延時后，按SB3,則KM19和KM17通電吸合并自鎖，KM17仍然接通電動機電樞電源，KM19接通電動機勵磁電源，這時勵磁電流方向是由K到J,與正轉時相反，因而電動機接反方向運轉。直流電機的反接制動的控制線路反接制動的控制線路如圖6-6所示。其動作原理如下：合上電源開關QF,勵磁繞組獲電開始勵磁。同時，時間繼電器KT1和KT2線圈得電吸合，它們的延時閉合的常閉觸頭瞬時斷開，接觸器KM4和KM5線圈處于斷電狀態，時間繼電器KT2的延時時間大于KT1的延時時間，此時電路處于準備工作狀態。按下正向起動按鈕時，接觸器KM線圈得電吸合，其主觸頭閉合，直流電動機電樞回路串入電阻R1和R2而減壓起動，它的常閉觸頭(1—19)斷開，時間繼電器KT1和KT2斷電，經過一定的延時時間后，KT1延時閉合的常閉頭先閉合，然后KT2延時閉合的常閉觸頭閉合，接觸器KM4和KM5先后得電吸合，先后切除電阻R1和R2,直流電動機進入正常運行。由于起動開始時電動機的反電動勢為零，電壓繼電器KV不會動作，所以接觸器KM1。KM2(或KM3)都不會動作，當電動機建立反電動勢后，電壓繼電器KV吸合，其常開觸頭閉合，接觸器KM2得電吸合并自鎖，其常開觸頭(7—9)的閉合為反接制動作好了準備。圖中R3為反接制動限流電阻，R為電動機停車時勵磁繞組的放電電阻。假如電動機原來正轉，按下停止按鈕SB,則正向接觸器KM。線圈斷電釋放，此時，電動機仍作慣性運轉，反電動勢仍較高，電壓繼電器KV不會釋放，因而KM釋放后，KM1線圈得