交流电梯调速系统设计报告.doc-资料库

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xxxxx 大学电力拖动综合课程设计 xxx xxx 专班学姓业：级：号：名：设计题目：交流电梯调速系统的设计设计报告格式 25 分设计内容 45 分封面 3 页面布局 5 目录格式 3 图表质量 4 间行距、字体 5 页眉页脚 5 设计系统设备计电气原理图题目控制算、选主电控制分析方案 5 8 型 7 路 5 电路 5 总图 5 调节器参数整定或程序设计 10 答辩考勤 10 20 总计得分 2008 年 11 月 21 日

电力拖动综合课程设计：交流电梯调速系统的设计目录第一章设计任务……………………………………………………………………2 1.1 课题的内容与要求………………………………………………………2 1.2 系统概述与分析…………………………………………………………2 第二章电梯拖动系统原理…………………………………………………………3 2.1 电梯系统基本结构………………………………………………………3 2.2 变压变频调速……………………………………………………………4 2.2.1 交流变压变频调速的基本原理…………………………………4 2.2.2 变压变频调速……………………………………………………5 2.3 电梯曳引系统……………………………………………………………6 第三章电梯拖动选型计算…………………………………………………………8 3.1 电机容量的选择…………………………………………………………8 3.2 变频器的选择……………………………………………………………8 3.3 三相电机分析…………………………………………………………10 第四章变频器选择及其参数设计………………………………………………11 4.1 变频器的选择……………………………………………………………11 4.1.1 选择变频器品牌型号……………………………………………11 4.1.2 选择变频器规格…………………………………………………11 4.1.3 选择的变频器应满足的条件……………………………………11 4.2 通用变频器………………………………………………………………11 4.2.1 VS—616G5 型通用变频器………………………………………11 4.2.2 VS—616G5 型通用变频器电梯调速系统………………………11 4.3 变频器结构及参数设计…………………………………………………13 4.3.1 参数设计…………………………………………………………13 4.3.2 变频器制动电阻参数的计算……………………… ……………14 第五章 PLC控制分析………………………………………………………………16 5.1 PLC控制系统分析………………………………………………………16 5.2 PLC 的编程………………………………………………………………16 第六章设计总结…………………………………………………………………18 附录参考文献………………………………………………………………19 - 1 -

设计者：xxx 第一章设计任务 1.1 课题的内容与要求：设计题目：电梯拖动系统设计要求：某电梯拖动系统，容量为 15KW，采用矢量变频技术设计，要求 (1)调速范围为：1：1000； (2)电梯的最大升降速度为：1.5 m/s； (3)调节时间：小于 1s。 1.2 系统概述与分析随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯的主要部分有土建、机械和电气等组成，机械部分有导轨、轿厢、对重、钢丝绳以及其他机械部分。电气部分有主控制板，变频器、曳引机等部分构成。电梯的运行在主控制板的指令控制变频器，由变频器驱动曳引机带动轿厢运行，变频器是电梯中系统的核心部件。由YASAKWA公司的安川VS-616G5变频器。变频器有自动学习功能而且本身设有电流检测装置，由此构成电流闭环；通过和电机同轴联结的旋转编码器，产生A、B两相脉冲进入变频器，在确认方向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。在电梯控制系统中，采用的是闭环矢量控制。电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、PLC、变频器调速系统构成，控制系统结构图如图1所示。图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。拖动系统结构简图如图 1-1 所示： M 电梯配重图 1-1 拖动系统结构简图 - 2 -

电力拖动综合课程设计：交流电梯调速系统的设计第二章电梯拖动系统原理 2.1 电梯系统基本结构电梯基本组成包括机械部份和电气部份，如图2-1所示。图 2-1 电梯基本结构 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-补偿链异向轮 28-张紧装制 - 3 -

设计者：xxx 2.2 变压变频调速（VVVF）交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电机的同步转速。但是根据电机和电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需保持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压要作相应的调节。因此，其电动机的供电电源的驱动系统应能同时改变电压和频率。即对电动机供电的变频器要求有调压和调频两种功能 2.2.1 交流变压变频调速的基本原理可知异步电动机的转速 n  n 0 (1  s )  60 f p 0 (1  当转差率S变化不大时， s ) S<<1，因此，n基本上正比于 0f 。所以，要改变交流电动机转速，只需改变定子频率 1f 即可。但是，在改变转速的同时，希望励磁电流和功率因数基本保持不变。磁通太弱，则没有充分利用铁芯，电机容许的输出转速下降，电机的功率得不到充分利用而浪费;若增大磁通，将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数降低，严重时会因绕组过热而损坏电机。在交流异步电动机中: E g  4.44 f N K  1 N m 1 1 (2-1) 式中 gE ——定子每相的气隙磁通感应电势有效值; 1f ——定子频率 1N —— 定子每相绕组串联匝数 1NK —— 基波绕组系数 m ——每极气隙磁通量对于固定电机， 1N 、 1NK 为常量，因此，要想在改变 1f 的时候磁通 m 保持不变，只需同步地改变 gE ，使 (2-2) 然而，绕组中的感应电势 gE 是难以直接控制的，当电势较高时，可以忽略 f  常值 1 /gE 定子绕组的漏磁阻抗压降，此时定子相电压 1 /U f  常值时， m 基本恒定，即 1U 与 1f 成正比例函数。 1 1 U E 。从而我们认为当 g (2-3) 但是，当频率较低时， 1U 和 gE 都较小，定子绕组的漏磁阻抗压降不能忽略，此时可以简单地把电压U;适当抬高，以便近似地补偿定子压降，如图2-2所示，其中a线为不带定子压降补偿，b线为带定子压降补偿。 - 4 -

电力拖动综合课程设计：交流电梯调速系统的设计 1U 1nU b a 图2-2 恒压频比控制特性 1nf 1f 从图2-2可看出， 1U 与 1f 实际上是一次函数关系。一般在变频调速系统中，都会有几条斜率不同的 1U - 1f 曲线供用户选择，以用于不同的工业控制。需要注意的是，以上讨论是在电机定子频率 1f 低于额定频率 1nf 。的情况下进行的。实际上，电机定子频率 1f 可以高于其额定频率 1nf 。但当 1f 高于 1U 时，电压 1U ，无法增加得比额定电压 1nU 更大，最多只能保持 1U = 1nU ，由式(2-1)可知，当 1f > 1nf 时，即 1f 增大而 1U 无法增大时，磁通 m 将与频率 1f 成反比地降低。根据电力拖动原理 1f  1nf 情况下的变频调速为“恒转矩调速”，即电机的过载能力保持不变;而 1f > 1nf 情况下的调速为“恒功率调速”。在电梯的变频调速系统中，电机的实际最大转速为其额定转速，因此，电梯的变频调速属“恒转矩调速”。 2.2.2 变压变频装置分类现有的交流供电电源是恒压恒频的，必须通过变频装置，才可获得变压变频电源。变压变频装置有多种分类方法，下面作一简单的介绍。从结构上分，变频装置可分为间接变频和直接变频两类。下面介绍，在电梯调速系统中的间接变频装置。间接变频装置是先将工频交流电源通过整流装置变成直流，然后再经逆变器将直流变为可控频率的交流，因此又称有中间直流环节的变频装置，即交—直 —交变频装置目前应用较多的是间接变频装置结构如图2-3所示: AC DC AC ~50HZ 整流逆变恒压恒频（CVCF）中间直流环节变压变频（VVVF）图2-3 交—直—交（间接式）变压变频器从变频电源的性质分，无论是直接变频，还是间接变频，又都可分为电源变频器和电流源变频器。 - 5 -

设计者：xxx 1、电压源变频器电压源变频器主要是指在交—直—交变频器中，中间直流环节采用的是大电容滤波。结构如图2-4 a）所示。 + Ud — 逆变器 + Ud — 逆变器 a） b）图2-4 电压源型和电流源型逆变器示意图 a)电压源型 b)电流源型图2-4 a）所示的变频装置，其直流部分的直流电压波形比较平直，在理想情况下是一种内阻抗为零的恒电压，输出的交流电压是矩形波或阶梯波。在此需要说明的是，一般的交—交变频器虽没有滤波电容，但因其供电电源的低阻抗使其具有电压源的性质，因此它也属于电压源变频器。 2.电流源变频器电流源变频器主要是指交—直—交变频器中的中间直流环节采用大电感滤波，结构如图2-4 b）所示。图2-4 b）所示的变频器，其直流回路电流波形比较平直，对负载来说基本上是一恒流源，其输出的交流电流是矩形波或阶梯波。在此需作说明的是，有的交 — 交变频器用电抗器将输出电流强制成矩形波或阶梯波，也具有电流源的性质，因此也属于电流源变频器。由上面的讨论可以看出，电流源变频器与电压源变频器的主要区别在于用什么贮能元件来缓冲无功功率，如用电容，则为电压源变频器;如用电感，则为电流源变频器。现在电梯上使用的变频器几乎都是交—直—交电压源变频器。 2.3 电梯曳引系统电梯曳引系统的作用，是输出动力和传递动力。它主要由曳引机、曳引绳组成，如图 2-2 所示。曳引机是驱动电梯的轿厢和对重装置作上、下运行的装置。曳引机可分为无齿轮曳引机和有齿轮曳引机两种。 - 6 -

电力拖动综合课程设计：交流电梯调速系统的设计 1—曳引机 2—曳引绳 3—导向轮 4—绳头组合 5—曳引绳木夹图 2—2 曳引系统一、无齿轮曳引机无齿轮曳引机用在运行速度 V>2．0m/s 的高速电梯上。这种曳引机的曳引轮紧固在曳引电动机轴上，没有机械减速机构，鞭机结构比较简单。曳引电动机是专为电梯设计和制造的，能适应电梯运行工作特点，具有良好调速性能的直流电动机。二、有齿轮曳引机有齿轮曳引机广泛用在运行速度 V≤2．0m/s 的各种货梯、客梯、杂物电梯上。为了减小曳引机运行时的噪声和提高平稳性，一般采用蜗轮副作减速传动装置。这种曳引机主要由曳引电动机、蜗杆、蜗轮、制动器、曳引绳轮、机座等构成，其外形如图 2—3 所示。图 2—3 有齿轮曳引机外形结构 1—惯性轮 2—曳引电动机 3—制动器 4—曳引机底盘 5—涡轮刷减速箱 6—曳引轮 - 7 -

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