2022年六层电梯升降变频控制系统_课程设计 .docx
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1、精品_精品资料_1 引言随着现代城市的进展,高层建筑日益增多,电梯成为人们日常生活必不行少的代步工具.电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著,因此必需努力提高电梯系统的性能,保证电梯的运行既高效节能又安全牢靠.我国电梯掌握系统主要有三种方式:继电器掌握系统、微机掌握系统和 PLC 掌握系统 .其中 PLC 掌握系统以其显著的优点成为电梯掌握系统的主流 .PLC掌握系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统,后者通过转变电机供电的电压和频率, 平滑调剂电梯速度,可以获得更好的乘坐舒服感,它平层精度高,并具有显著的节能成效, 保证了电梯的牢靠性,胜利的解决了电梯运行的舒服感问题 .过去,对中、低速
2、电梯主要采纳拖动系统来构成其曳引系统,应用变极方式实现电机的调速 .由于这种系统只能实现有级调速,无法对电机的转速和加、减速进行精确的掌握,所以此方式的舒服感和平层精度都较差.后来又采纳沟通调压调速掌握的电梯,进行速度闭环掌握,其舒服感和平层精度都有较大提高,但它却很难实现精确掌握,并且能耗大,输人功率因数也低,影响了系统的整体性能.对于高速电梯,过去主要采纳晶闸管直流调速系统,存在爱护难等问题,并且调速系统的功率因数也不高.与前述方式相比较,变频调速就是各种调速方法中效率、性能均较好的一种.本设计内容针对低层楼房客梯掌握系统进行认真分析,争论了电梯掌握系统设计的有关问题 .依据当前电梯的进展
3、趋势,注意反映新的PWM 技术,利用先进的变频调速技术和强大的 PLC 功能实现了对电梯变频调速的掌握,通过合理的设备选型、硬件电路连接和整体软件设计,完成电梯的各个功能,保证电梯的安全运行及应急状况处理.2 概述电梯的概述电梯的概念电梯是服务于规定楼层,运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间的固定式升降设备 .广义的电梯概念包括载人(货)电梯、自动扶梯、自动人行道等,是指动力驱动,利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级(踏步),进行升降或者平行运输人或者可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_货物的机电设备 .狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备,
4、不包括自动扶梯、自动人行道.自动扶梯( Escalator)是带有循环运行梯级,用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备 .自动人行道( Passenger conveyor)是带有循环运行式走道,用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备.电梯的分类按用途分类:乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯 .按驱动方式类:沟通电梯,直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯.按速度分类:低速电梯(速度不大于1.75m/s)中速电梯 速度大于 1.75m/s 小于或等于 2.5m/s高速电梯 速度大于 2.5m/s 小于或等于 6m/s超高速电梯 速度大
5、于 6m/s按有无减速器分类:有减速器的电梯:常用于梯速为2.0m/s 以下的电梯无减速器的电梯:常用于梯速为2.0m/s 以上的电梯按有无司机分类:有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯 .按掌握方式分类:手柄操纵掌握电梯、按钮掌握电梯、信号掌握电梯、集选掌握电梯、并联掌握电梯、群控电梯、微机掌握电梯.电梯的工作原理一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、掌握柜/箱、导轨等主要部件组成.电梯在做垂直运行的过程中,有起点站也有终点站.对于三层以上建筑物内的电梯,起点站和终点站之间仍设有停靠站 .起点站设在一楼,终点站设在最高楼.各站的厅外设有呼唤箱,箱上设置有供乘用人员呼唤电梯用的呼唤按钮.一般电梯
6、在起点站和终点站上各设置一个按钮,中间层站的呼唤箱上各设置两个按钮.而电梯的轿厢内都设置有(杂物电梯除外)操纵箱,操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮,供司机或乘用人员掌握电梯上下运行 .呼唤箱上的按钮称外呼唤按钮,操纵箱上的按钮称指令按钮.电梯的运行工作情形和汽车有共同之处,而电梯的自动化程度比较高,一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气掌握系统下达一个指令信号,电梯就能自动关可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门.对于自动化程度高的电梯,司机或乘用人员一次仍可下达一个以上的指令信号,电梯便能依次起动和停靠,依次完成全部指令
7、任务.尽管电梯和汽车在运算工作过程中有很多不同的的方,但仍有很多共同之处,其中乘客电梯的运行工作情形类似公共汽车,在起点站和终点站之间来回运行,在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时,电梯到站能自动平层停靠开门接乘客.而载货电梯的运行工作情形就类似卡车,执行任务为一次性的,司机或乘用人员掌握电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务,当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务.在执行任务的过程中,从一个层站动身到另一个层站时,假如中间层站显现顺向指令信号,一般都不能自动停靠, 所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低.本设计主要争论六层六站的电梯掌握系统,分述其硬件设计和软件设计过程.设计程
8、序要求完成电梯掌握系统主要达到以下要求:(1) 电动机额定功率为7.5kW 的 3 相异步电动机: 额定电压 400VAC .额定电流 15.3A , 额定功率 7.5kW, 额定转速 1455 r/min .额定功率因数 0.82,额定效率 0.9.(2) 采纳两个固定频率,50HZ 对应 1m/s 速度, 6HZ 的速度用于减速停车 .(3) 起动和制动斜坡积分时间设定为3 秒,其中含有 0.7 秒的平滑积分时间.(4) 变频器采纳远方掌握方式.(5) 变频器的运行状态指示(如运行、停止、过流、低压等).(6) 变频器的报警处理3 电梯变频调速掌握系统3.1 变频调速电梯系统运行原理电力电
9、网送来的380V 动力电源变为可控的直流电,经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦沟通电,驱动电动机平稳运行.如配置沟通变频曳引机成效更佳,成本亦低.当电梯检修时, PLC 向变频器发出方向和检修运行信号,系统按预先编好的速度指令使电梯轿厢作上、下慢速运行.变频器内部带电流反馈和速度反馈. 电梯的速度总是跟随抱负曲线的变化而变化的 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.2 变频器3.2.1 变频调速原理由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示:n 60fp1 s式( 3.1)式中: f 为电机的电源频率,从上式 3.1 可看出,在极对数p 为电动机定子绕组的极对
10、数,P 和转差率不变的情形下,转速s 为转差率n 与电机电源的频率f 成正比,转变电动机的频率f 就可以转变电动机的转速,从而实现电梯的零速起动.3.2.2 变频器组成、工作原理及其分类变频器组成及工作原理变频器通常由主电路、掌握电路和爱护电路组成.主电路如图 4.2 所示 .主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节.图 3.2 变频器主电路图其整流电路采纳的是不行控的二极管整流电路,而变频器的输出频率和输出电压均由逆 变器按PWM方式来完成 .利用参考电压波与载频三角波相互比较来打算开关器件的导通时间,从而实现调压.逆变器又称负载变流器,最常见的结构形式是利用6 个半导体主开关器件组成的三相桥
11、式逆变电路 .有规律的掌握逆变器中的主开关器件的通与断,可以得到任意频率的三相沟通电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_输出 .中间直流环节 . 由于逆变器的负载是异步电动机,属于感性负载,故在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换.此无功功率要靠中间直流环节的储能元件(电容或电抗) 来缓冲,故又称中间直流环节为中间直流储能环节.变频器的类型按电源的性质来分:电压型变频器,电流型变频器按输出电压调剂方式分:PAM 方式, PWM 方式,高载波变频率PWM 方式按掌握方式分: U/f 掌握,转差频率掌握,矢量掌握按电压等级分:低压变频器,高压大容量变频器按用途分:通用变频器,高
12、性能专用变频器,高频变频器,小型变频器.3.2.3 变频器机型挑选随着变频器性能价格比的提高,沟通变频调速己应用到很多领域,由于变频调速的诸多优点,使得沟通变频调速在电梯行业也得到广泛应用.目前,为电梯掌握而设计的专用变频器早已问世,其功能较强,使用敏捷,但其价格相对较贵.因此,本设计没有采纳专用变频器, 而是选用了通用变频器 安川 VS-616G5型全数字变频器,通过合理的配置、设计和编 程,同样可以达到专用变频器的掌握成效.电梯的调速要求除了一般工业掌握的静态、动态性能外,它的舒服度指标往往是挑选中的一项重要内容,此外电梯节约用电也日益受到重视.综合考虑各种因素,本设计选用安川VS-616
13、G5 型全数字变频器,它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能,可以最大限度的提高电机功率因数和电机效率,同时降低了电机运行损耗,特殊适合电梯类负载频繁变化的场合 .VS616-G5 型变频器是安川电机公司面对世界推出的21 世纪通用型变频器.这种变频器不仅考虑了 V/f掌握,而且仍实现了矢量掌握,通过其本身自动调谐功能与无速度传感器电流矢量掌握,很简洁得到高起动转矩与较高的调速范畴.VS-616G5 变频器的标准规格:电电压频率200V : 三相 200V/208V/220V400V : 三相 380V/400V/415V/440V/460V源电压答应变动+10% -15%表 3.1
14、616G5 型变频器的标准规格电压220V400V容量范畴1.2 110KVA1.4 460KVA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_频率答应变动士 5%正弦波 PWM 掌握, V/f 掌握掌握方式无传感器矢量掌握 无 PG,带传感器矢量掌握 带 PG带传感器 V/f 掌握 用参数切换 启动转矩150%/1 Hz 无 PG I50%/0 r/min 带 PG速度掌握范畴1:100 无 PG1:1000 带 PG控速度掌握精度士 0.2% 无 PG0.02% 带 PG速度响应5Hz 无 PG30Hz 带 PG制转矩精度士 5%转矩响应20Hz 无 PG以上150HZ 带 PG以上特频
15、率掌握范畴0.1 4000HZ频率精度性数字式指令士 0.01 %-10C y+40C模拟指令士 0. 1%25C 士 l OC频率设定辨论率数字式指令 0.01 Hz/100Hz模拟式指令 0.03HzJ60Hz输出频率辨论率0.01HZ过载量额定输出电流的150% 1 min频率设定信号加减速时间-10 10V0 10V 4 20MA0.01 6000S制动转矩约 20%抑制高次直流电抗内带 200V 24kVA 400V 26kVA以下可挑选 谐波器12 相整流不能变动主要掌握功能再起动,下降掌握,转矩掌握.零点伺服掌握操作装置16 字 X2 线日语液晶显示接通插件板可挑选16 种(最多
16、可装 3 块)爱护功能电机爱护,变频器过载,瞬时电流、电压下降,过电压,电压缺相 .VS-616G5 变频器的特点如下:包括电流矢量掌握在内的四种掌握方式均实现了标准化.有丰富的内藏与挑选功能.由于采纳了最新式的硬件,因此,功能全、体积小.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_爱护功能完善、修理性能好.通过 LCD 操作装置,可提高操作性能.3.2.4 变频器运算及其参数设置变频器功率的运算变频器的功率可依据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取 .设电梯曳引机电机功率为 P1,电梯运行速度为 v,电梯自重为 W1 ,电梯载重为 W2 ,配重为 W3 , 重力加速度为
17、g,变频器功率为 P.在最大载重下,电梯上升所需曳引功率为 P2 有:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_P21W2W3 gF1 V式( 3.2)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_其中 F1K W1W2W3 gs 为摩擦力, s 可忽视不计 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_电机功率 P1,变频器功率 P 应接近于电机功率P1,相对于 P2 留有较大裕量,因此可以取可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_变频器制动电阻参数的运算P1 . 5 P 2式( 3.3)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品
18、_精品资料_由于电梯为位能负载,电梯运行过程中产生再生能量,所以变频调速装置应具有制动功能,带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网,但成本太高.采纳能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上,成本较低而且具有良好的使用成效 .能耗制动电阻 RZ 大小应使制动电流IZ 不超过变频器额定电流的一半,即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_IU 0I NZRZ2式( 3.4)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_其中 U0 为额定情形下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作, 因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率.3.3 电梯曳
19、引电动机及其功率确定3.3.1 电梯对曳引机的要求电梯是一个大惯量的拖动系统,要求电动机有较大的过载才能.电动机能承担频繁起、停,能承担较高的每小时合闸次数.电梯的运行属于周期断续工作方式,要求选用周期断续工作制的电动机.对于沟通电梯,要求曳引电动机有足够的起动转矩和尽量小的起动电流.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3.3.2 曳引电动机额定功率的粗选依据力学关系导出曳引电动机的额定功率:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_PnK 1Kp MnVn102式( 3.5)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_式中, K 系数, K=1.1 1.6Kp 平稳系数
20、, Kp=0.4 0.5 取 0.45 Mn 电梯额定载重量, Mn=1000 Vn 电梯额定速度, Vn=1.0m/s 机械转动总效率,=0.5带入数据得 Pn=11.86 17.25KW依据实际电动机额定功率系列,粗选13KW 的电动机即可满意要求.因此,电梯所选用的曳引电动机为 YPTD160L1 4,电压: 380V ,功率: 13KW ,转速: 1456r/min .3.3.3 曳引电动机过载、启动校验可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_初选电动机以上面介绍的方法粗选电动机的额定功率PN ,将该电动机作为初选电动机可运算其额定可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料
21、_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_转矩PNM N9550nN式( 3.6)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_对沟通电动机进行过载校验和起动校验1) 过载校验 异步电动机机械特性曲线中最大转矩Mm 与额定电磁转矩 MN 的比值反映了电动机的过载才能,用表示M mM N式3.7被称作电动机的过载倍数或最大转矩倍数.在实际应用时,需要考虑电网电压波动的影响,当电压下降10%时,最大转矩 Mm 降低到原值的 0.92 倍,过载倍数也降低到原值的0.92 倍,即 0.81 倍,假如此时电动机的最大转矩不能大于等于要求的最大负载转矩Mmz , 电梯就会失控,走不出预定的速度曲
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