在附录N中被认为与钢丝绳安全系数有关系的因素有以下几个:
(1)Nequiv(t):曳引轮的等效数量,绳槽的种类(U型或V型)以及是否有反向弯折也有影响。 Nequiv(t) 的数值从下表查得,对于不带切口的U型槽,Nequiv(t)=1。
附录N 表1 曳引轮等效数量
V型槽 V型槽的角度值γ Nequiv(t) U型/V型带切口槽 - - 35° 18.5 80° 3.0 36° 15.2 85° 3.8 38° 10.5 90° 5.0 40° 7.1 42° 5.6 45° 4.0 下部切口角度值β 75° Nequiv(t) 2.5 95° 100° 105° 6.7 10.0 15.2 上表可以确定所使用的槽口形状对钢丝绳寿命的劣化相当于多少个U型槽所产生的效果(即多少个等效曳引轮数量)。
(2)Nps:引起简单弯折的滑轮数量;
“简单折弯”的定义是这样的:“钢丝绳运行于一个半径比钢丝绳名义半径大5%至6%的半圆槽”。 (3)Npr:引起反向弯折的滑轮数量;
从下面计算导向轮等效数量(Nequiv(p)为导向轮等效数量)的公式我们可以看出 Nequiv(p)=Kp(Nps+4Npr),这里: Nps为引起简单折弯的滑轮数量; Npr为引起反向折弯的滑轮数量。
简单折弯和反向折弯的次数,共通构成了悬挂系统对钢丝绳的总体弯折次数。这是引起钢丝绳劣化的重要原因之一。
(4)Dt:曳引轮的直径;
(5)Dp:除曳引轮外的所有滑轮的平均直径。 Nequiv(p)=Kp(Nps+4Npr):
?Dt?? 其中Kp为跟曳引轮和滑轮直径有关的系数,有:Kp???D??p?这其中,如果曳引轮直径和导向的平均直径差值越大,最终Kp的值将越大,从而造成导向轮等效数量Nequiv(p)的增大(导向轮等效数量Nequiv(p)对钢丝绳最小安全系数的影响后面会有论述) (6)dr:钢丝绳的直径。
前面已经提到,钢丝绳寿命和安全系数很大程度上取决于曳引轮和钢丝绳的直径比。
在附录N中,悬挂系统钢丝绳针对其应用的具体情况必须满足的最小安全系数是按照以下公式计算得出的:
?695.85×106Nequiv??log()???(Dt/dt)8.567?2.6834??log(77.09(Dt/dt)?2.894)??????4Sf=10
其中,St为钢丝绳必须满足的最小安全系数。从上面公式我们不难分析得出,钢丝绳最小安全系数St是Nequiv
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(等效的滑轮数量)和
Dt(曳引轮直径与钢丝绳直径之比)的函数。 dr其中等效滑轮数量Nequiv是这样确定的: Nequiv = Nequiv(t) + Nequiv(p) 其中:
Nequiv(t):曳引轮的等效数量查 a)中的表可以获得;
?D?Nequiv(p):导向轮等效数量由Nequiv(p)=Kp(Nps+4Npr)以及Kp??t?确定。
?D??p?可见,无论是曳引轮的等效数量还是导向轮的等效数量,在增加时都会引起滑轮等效数量Nequiv的增大。从而增大Sf的值。而较大的Sf值,需要选择根数更多同时直径更细的钢丝绳。
结论:曳引轮和导向轮系的直径、曳引轮绳槽形状、折弯情况以决定了钢丝绳理论上的动态安全系数;钢丝绳的破断载荷与受力的比值决定了钢丝绳的静态安全系数。
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4第二部分 永磁同步电动机
一.曳引机的选择选择原则
在选择使用曳引机时,核心工作是确定曳引机能够提供的转矩是否能够满足系统所需转矩。很明显只有曳引机能够提供的转矩适当大于系统所需转矩,电梯运行才能表现出良好的特性,这是整个电梯拖动系统设计的关键所在。起重系统设计的核心是驱动主机与系统之间的转矩匹配问题和安全保护问题,而电梯从本质上属于起重系统的一类,虽然在设计上电梯系统有其独特之处(安全性、舒适性都有更高的要求),但转矩匹配问题仍是关键设计之一。
结论:选择曳引机最主要的就是选择转矩。 二.永磁同步电动机的运行原理
永磁同步电动机的励磁是由永磁材料提供的,由永磁体代替电励磁。当定子线圈输入交变电流,产生交变磁场,这个磁场“牵动”转子上的永磁材料制成的磁极形成转矩,从而拉动转子旋转。也就是说,永磁同步电动机是靠磁极的相互吸引来传递力矩的。通过同异步感应电动机的运行原理对比我们可以知道,永磁同步电动机并不需要在转子上产生感应电动势并形成感应电流,因此它的转子转速和定子旋转磁场的转速是同步的。
即n=120f/p f是通入定子的交变电流的频率,p为转子磁极数 其输出转矩与功率的关系符合:
M=9550Pn/nN Pn额定功率 ; nN为额定转速
永磁同步无齿轮曳引机的永磁电动机的转子上没有能够实现自起动的绕组,无法实现自起动。全靠调频起动,调频起动的实质是改变定子旋转磁场的转速,利用定、转子磁场间的同步转矩来起动。以此开始起动时频率很低,根据这时测得的θ角,决定何相通电,并控制θ在一定的允许范围内逐步提高频率。这样,转子的转速就随定子旋转磁场的转速升高而同步上升,直到额定转速。为缩短这一过程,也就是要获得一个好的动态特性,除了变频器应具有优良的控制特性外,其设计的电机应有较高的最大转矩和额定转矩的比值即过载倍数要求较高。
永磁同步电动机与其它电动机最主要的区别在于其转子结构的差异。不同的转子磁路结构将会影响到电动机的允许性能、控制要求、制造型式以及适用场合。目前用于电梯驱动的永磁无齿轮曳引机,其电动机的型式主要有三种:轴向磁场的盘式电动机、径向磁场的内转子和外转子电动机。径向磁场的内转子永磁同步电动机适用于要求扭矩和功率较大的场合。外转子结构的永磁同步电动机在近几年得到了广泛的应用,它的优点主要在于电动机转动惯量比内转子永磁同步电动机大,而且电枢铁心直径也可以作的比较大,从而提高了不稳定负载下电动机的效率和输出功率。而且外转子电动机体积和重量上,尤其是轴向尺寸上要比内转子式的小,与轴向磁场的盘式电动机相似,可以用于无机房电梯的要求。但这种电动机结构复杂,密封性能不如内转子式,不能承载大的载重量。
结论:永磁同步电动机没有转差率转子的旋转速度与定子磁场的旋转速度相等。且输出转矩和功率成正
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比;与转速成反比。
三.永磁同步电动机的转矩控制
对于电梯系统而言,电机调速的关键是对转矩的控制。
永磁同步电动机和三相异步电动机的速度控制系统一样,也采取自控式变频调速方法,在转子上安装磁极位置检测装置。但与三相异步电动机不同,三相永磁同步电动机在启动前必须预先检测出转子磁极的精确位置,这样才能使变频器根据转子磁场角度需要来控制定子侧所需要的电流频率和相位,使定子电流和转子磁链总保持确定的关系,从而产生恒定的转矩。
1. 统一转矩方程
对于同步机来说,如忽略定子电阻且假设变频器输出为正弦波,其统一转矩方程:
Td?CmFrFssinθ
rs, F和 F分别为转子和定子磁动势的幅值 Cm为比例系数(和电机的结构参数有关)
θ为功率角,即两个磁动势之间的夹角(这是一个非常重要的参数)
从统一转矩方程来看,电动机的转矩只与磁动势的大小和方向夹角的正弦值成正比,与其绝对位置、是否转动等因素无关。转矩的方向是试图使θ角为零,这是电机统一转矩方程的普遍意义,适用于所有电机。
从转矩方程可以看出,定子和转子的两个磁动势相互之间不是垂直关系。由于我们使用的永磁同步电机转子为永磁体,因此要想控制好转矩,就要控制好定子电流的幅值,同时要控制好定子电流所产生的磁动势方向与转子永磁体磁动势之间的夹角。用一般方法这是比较难做到的,使用矢量控制可以有效的解决这个问题。由于电流幅值的控制比较简单,矢量控制主要解决的是磁动势间夹角控制问题两个磁动势之间的夹角θ被成为为功率角,是永磁同步电动机控制中的一个重要参数。
2. 功率角在控制中的意义
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功率角θ,是决定同步电动机输出功率(转矩)的一个主要参数。由于电动机三相定子电流与定子合成磁动势之间有严格的对应关系(当忽略定子线圈端部漏抗时,其值可以近似认为定子合成磁场和转子主磁极间的电角度,且在电动机状态下,定子合成磁场领先于主极磁场),通过控制三相定子电流的频率、幅值和相位,完全可以转矩的要求控制好定子磁动势的大小和方位。
综上所述,控制转矩其实就是控制功率角θ,也就是控制电动机转子主磁极磁场和定子合成磁场的角度。从变频器的角度看,就是确定定子线圈U、V、W该哪相导通、导通转换施加、速率及顺序。
由于转子磁链恒定不变,永磁同步电动机很容易实现磁场定向的矢量控制,通过实现检测转子位置、调节三相电流,使定子电流合成矢量始终与气隙主磁场正交。即定子电流全部由于产生转矩,以此可以获得最大的电磁转矩且此时电动机功率因数为1。
结论:电动机的控制关键在于扭矩的控制,而永磁同步电动机的扭矩控制关键就在于对功率角的控制。
第三部分 部分参数对电动机的影响
电梯的许多参数都将 一.所选部件方面
前面提到过,轿厢(对重)重量、补偿参数、随行电缆参数、钢丝绳参数会对曳引力产生影响。而电梯曳引系统设计的目的就是要保证曳引力在我们所需要的范围内。 上述参数中, 1.轿厢重量
轿厢重量可被对重抵销,不会对扭矩产生影响(为了简化,忽略由于轿厢/对重重量引起的系统惯量变化)。但由于轿厢重量增加,对重重量必须随之增加相等的值,这对钢丝绳的安全系数造成影响,需要增加钢丝绳的数量或直径。 2.钢丝绳参数
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