永磁同步无齿轮曳引机理念之新型电梯控制算法和软件构设及实现

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1、永磁同步无齿轮曳引机理念之新型电梯控制算法和软件构设及实现1绪论1.1电梯的发展及现状电梯的诞生源于1889年美国奥的斯电梯公司发明的升降机，它是釆用电力作为拖动动力的装置，被安装在纽约市的Demarest大楼中。自那时以来，奥的斯电梯公司不断设计出新型的电梯推向市场，并且最终都取得了成功。随后，欧洲和亚洲的部分国家也大力发展自己的电梯品牌，比如欧洲的芬兰柯尼电梯、瑞士迅达电梯等相继向市场推出一批技术先进的电梯产品，日本的三菱、日立等公司也在曳引机驱动技术方面取得了引人注目的成就，在世界知名电梯领域占据了一席之位，这得益于其在二

2、战后电子信息产业的迅猛发展。电梯在操作控制方面经历长期的衍变过程，早期的电梯都是釆用传统的手柄幵关操纵，轿厢运行的控制是由司机操纵轿厢内的手柄。直到1892年，奥的斯公司发明了按钮操纵装置，司机用按钮控制实现自动关门、选层和开门，这是一种半自动的电梯。随后，瑞士迅达公司在1902年实现了乘客屯梯的自动按钮控制。第一台信号控制电梯也是由奥的斯公司发明的，并于1924年应用在纽约的标准石油公司大楼。在此后的二十多年中，奥的斯公司又相继开发了集选控制电梯和群控电梯。然而在1950年之前，电梯控制技术比较简单，对于楼层的定位判断主要由逻

3、辑幵关电路来完成，这些电路都是由一些屯磁设备组成的。该系统在在体积庞大的缺点且在技术创新方面也很有限，研究的方向只局限于屯磁设落和平层装置的小型化和智能化。1.2电梯控制技术的发展概况20世纪初至20世纪中期，电梯大部分采用直流电机拖动。直到1967年，晶闹管技术円渐成熟，开始应用于电梯驱动，使得交流电机驱动的调压调速电梯应运而生。随着科技的进一步发展，在1982年，日本三菱公司率先幵发了第一台变频变压调速（VVVF)的电梯驱动系统，其变频模块由大功率晶体管构成。能够对电压的幅值和频率实现连续控制是VVVF的最大特色及主要优势，

4、它的诞生大大的改善了交流电机的调速性能，在某些方面甚至超过了直流电机的调速效果。20世纪90年代，绝缘栅双极型晶体管（IGBT)的出现，进一步提高了变频变压调速技术，翻开了变频变压调速的新篇章。由于IGBT具有转换效率高和噪音小等显著的特点，使得变频变压调速驱动在电梯上的应用更加切合实际，满足实际性能要求，所以IGBT的运用使变频变压调速技术成为现代电梯主流驱动技术的基础。1996年，世界知名电梯生产商芬兰的KONE公司率先研发了第一台基于永磁同步电机的电梯系统，揭开了电梯技术革新的新篇章。异步电动机与减速齿轮组合的曳引机广泛应

5、用于早期电梯的交流传动系统，这种曳引机也可以使用变频调速的方式，但是这类机器通常存在一些不可避免的缺点，即大体积，高能耗。相反，永磁同步无齿轮曳引则具有一些其它电机无法比拟的优点，如质量更轻，成本更低，噪声更低，且没有油污染。2电梯运行特性研究与优化2.1电梯系统结构介绍本文研究的电梯是指用于高层建筑的升降式电梯，现代垂直升降电梯一般由轿厢、导向系统、曳引系统、门机系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统等组成。其主要的功能结构如图2.1所示。在曳引电梯中，对重装置与轿厢通过曳引绳的连接分别悬挂在曳引轮的两边

6、，对重的作用是平衡一部分轿厢和负载的重量，在电梯系统中是必不可少的组成单位。在轿厢的总质量与对重装置的质量相近时，电梯系统只需消耗较小的电能就能实现轿厢的升降，且此时曳引轮两端处于相对平衡的状态，作用在曳引绳上的牵引力也很小，从而有助于延长曳引绳的使用寿命。在电梯的上下行过程中，轿厢侧的重量是一个随机变化的值，而对重装置的质量一般根据轿厢的质量和电梯的载重来确定。现代电梯的结构中普遍包含补偿装置，这是因为当电梯升降高度时，曳引轮两端的曳引绳长度相差较大，此时曳引绳的质量差就不能忽略。比如，轿厢位于顶层时，鬼引绳的重量都分布在对重

7、装置一侧，而轿厢位于低层时情况则相反。曳引绳的重量会影响曳引轮两边装置的平衡，因此采用补偿装置的结构可以消除曳引绳的侧重对电梯系统的平衡造成的影响，其结构如图所示。釆用补偿装置后，不管轿厢运行到何处，都能保证曳引轮两端的曳引绳质量分布均匀，从而不会造成鬼引绳质量失衡的现象，确保电梯在运行过程中的平稳性。2.2电梯控制系统平台电梯是完成升降任务的工具，但运行时的一些性能需要达到规范，主要表现为安全快捷、乘坐时舒适度高，同时还要尽量降低能耗等。运行效率高的电梯能以最短时间将乘客送至目的楼层，为乘客节约时间。同时，在加速度和制动阶段需

8、考虑到乘客的舒适度，轿厢在失重状态和超重状态时都会使乘客感觉不适，如头晕、恶心，严重的会导致心脏跳动剧烈等等。此外，电梯在满足安全快捷和舒适度的条件下，还要尽可能降低能耗，达到节能的目的。国家标准对电梯的加速度及加速度变化率的大小有如下规定：为了实现电梯的快速性