摘要：电梯拖动的目的是为了给电梯的运行提供能源，是电梯正常运行的必要条件。本文通过分析电力拖动系统的运动规律的模型，建立了电梯的拖动模型。改变控制系统中的电气参数可以实现电梯的调速。
关键词：电梯；拖动；应用
电梯的拖动控制系统将电网和电梯设备连接在一起，起到了传送和转化电能以及控制电梯运行的功能。通常情况下是由电动机、反馈单元和控制电动机的电路三部分组成。电梯是用来载人的设备，所以其运行过程中必须保证其安全、稳定、准确以及舒适。电梯控制系统起着控制和改变运行过程中相关参数的作用，是保证电梯可靠运行以及平滑调速的关键，是保证电梯各项性能的重要部分。
1 电梯拖动系统的模型和设计
一般对电力技术的研究是研究电动机的原理以及调速的方法、控制的实现等，在电机技术方面其主要建立在研究直流、交流、同步以及异步电动机的原理的基础之上。电力拖动系统的调速方法一般遵循系统运动的基本方程，通过建立负载特性曲线和机械特性曲线的稳定交点，移动人为机械特性曲线进行调速。
1.1 一般电力拖动系统的模型。对于电力系统的运动部分是由电动机转子、减速机构和负载运动三部分组成。其运动系统的模型为电磁转矩和负载转矩的差值。
1.2 电梯拖动系统模型的建立。电梯是人们上下楼时的主要交通工具，运行过程中会频繁的加速和减速，所以电梯的拖动系统要具有较高的运行效率，并且满足人们舒适感的要求。根据系统的要求，我们初步确定电梯运行过程中的速度曲线应该圆滑过渡，采用正弦速度曲线模型；负载特性曲线采用抛物线模型。
2 电梯拖动系统的调速和控制方式
2.1 电梯拖动系统的调速原理。电梯的运行过程是按照预先设定的速度曲线进行，控制系统的作用是实现电机的调速，而且要保证系统在调速的过程中仍能稳定运行，调速实际上就是改变系统的稳定转速。通过对电梯拖动模型的分析，系统的稳定转速是由转矩稳定交点决定的，改变电梯的转速就意味着转矩稳定点位置的变化。改变拖动系统的电气参数不能改变其负载特性，因此要改变转矩稳定点的位置就必须通过改变电机的机械特性来完成，即通过改变电气参数来改变电机的固有机械特性，使其能够在转矩图上与负载特性曲线产生新的稳定交点，进而改变拖动系统的稳定转速。当电机的电气参数改变后，其机械特性也跟着改变。由于转动惯量的影响，转速不会发生突变，电磁转矩则会发生突变，整个系统的合转矩发生变化，从而产生加速度，引起系统的加速或者减速运行，但是转速最终会过渡到一个新的稳定交点。上述从一个稳定状态转化到另一个新的稳定状态的过程就是调速的过程。随着调速技术的发展，实现连续平滑的调速过程，减少调速过程中的机械冲击是人们追求的目标。所以调速的过程中要构造一系列可连续改变的认为机械特性曲线簇，并且根据一定的规律使拖动系统能够在各个机械特性之间快速的转换。
2.2 变频调速电梯的调速方式设计。对于交流异步电动机，其铁心的材料是非线性的，所以磁化曲线在磁通较大时才会进入饱和状态。我们在设计电动机时往往希望其磁通∮尽可能的大，但是电磁转矩与磁通的大小成正比，所以考虑到电磁转矩的变化其磁通不能无限增大。对于交流电动机其定子绕组的感应电动势为：
通过对上述公式的分析，我们得出：当降低频率时必须相应的降低定子的电动势，从而保持磁通恒定；反之，则要提高定子的电动势。必须注意的是频率的变化不能高于电动机的额定频率，这样会导致定子的额定电动势高于额定值，对电动机的绝缘造成威胁。因此异步电动机的控制原则如下。（1）当f1<f1N时，应保持电动势和赫兹的的比列为常数。（2）当f1>f1N时，应保持E=E1N。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由此可以得到U、E和IZ之间的关系为：U≈ E+IZ。定子端的电压易于检测和控制，所以在实际应用中经常采用控制定子端的电压U和电源的频率f来实现电梯拖动系统的调速，这样可以使电机的磁通保持在一个恒定的状态，在较宽的范围内实现调速。采用这样的调速方式电机的转矩、效率和功率因素都不会下降，因此我们也称这种控制方式为恒压频比控制方式。
2.3 变频调速电梯的控制方式的设计。变频调速电梯的变频器采用组合交流电路，电网中发出的电能经过变频器后能够完成电能从交流到直流再到交流的转换。这个过程的实现是变频器通过采用脉宽调制技术来改变通过电流的频率和电压，从而实现对电机转送的控制。脉宽调制技术的工作原理是通过改变调制周期控制信号输出的频率，进而控制输出电压的幅值和频率的大小。输入功率部分采用不可控的三相桥式整流电路，其主要参数为，耐压1200V，额定电流为40A，这样可以方便的接入220V的家庭电路。滤波电容C可以滤平全波整流后的电压纹波，也可以在负载发生变化时保持直流电压的平稳，这次设计中电路中的电容采用200uF/400V的电容串联。逆变部分则通过功率元器件的通断来输出相应的交变脉冲电压序列，其主要参数为耐压1200V，峰值电流为100A。
3 电梯拖动技术的应用
电梯电力拖动技术也经历了从以直流调速为主到种类繁多的交流调速，最终都为变频调压调速所取代过程。
3.1 直流拖动技术在电梯中的应用。直流拖动技术的发展又分为三个阶段：第一阶段主要使用可控硅励磁的发电机-电动机组拖动系统；第二阶段为由可控硅直接供电的拖动系统；第三阶段为采用大功率晶体管组成的脉宽调制电路并实现数字化控制。直流电梯的核心是直流电动机拖动系统，直流电动机虽然具有良好的调速性能，但其结构复杂、造价高、寿命低、维护工作量大并对电网存在高次谐波干扰等缺点，随着交流调速技术的发展和日益成熟，直流电梯逐步被交流电梯所取代。
3.2 交流调速技术在电梯中的应用。交流调速电梯的发展分为交流异步电动机变极调速拖动系统、交流异步电动机调压调速拖动系统、交流异步电动机变频变压调速拖动系统、永磁同步电动机变频变压调速拖动系统四个阶段。交流双速电梯就是采用交流异步电动机变极调速拖动系统的典型代表，主要用于载货电梯，电动机有快速和慢速两套绕组，通过接触器的切换和串入阻抗实现速度分级调整，这种系统控制原理简单，成本较低，但舒适感较差、耗电量大已日渐式微。交流调压调速电梯在起动过程中采用开环或闭环的调压调速方式。当异步电动机定子与转子回路的结构参数恒定时，在一定的转差率下，电动机的电磁转矩M与其定子电压U的平方成正比。在恒定的交流电源与电动机之间串入晶闸管作为交流电压的控制器，通过相控方式对2个反并联的晶闸管的导通角进行控制，来改变电动机定子电压的有效值，实现对交流电动机的调速。在减速制动过程主要采用闭环控制的涡流制动和能耗制动两种调速方式。交流调压调速存在调速范围窄、功率因素低、电动机发热严重、存在严重的高次谐波等诸多难以克服的问题，作为一种过渡产品最终被变频调压调速所取代。稀土永磁同步无齿轮曳引机驱动技术是继交流异步电动机变频变压调速技术之后的又一次重大技术进步。
电梯运行过程中的重要部分是其电气控制部分，为了提高电梯的运行平稳性，设计中我们采用了PWM调速方式，实现了电梯运行过程中的平稳变速性能，对控制技术的研究有非常重要的意义。
参考文献：
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论文作者:李文猛
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
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