电力拖动系统的一个重要参数是负载特性，负载特性指的是负载转矩对转速的函数。
电力拖动系统的负载类型比较多，图2.1.1为位能性恒转矩负载和反抗性恒转矩负载的特性曲线。
从图上可以看出，负载特性曲线的基本走势是纵向的，也就是转矩在对应于整个转速范围内，都只在一定范围内变化，这说明负载特性有对系统的转矩特征起主导作用的特点。
负载特性最重要的特征是：
负载的转矩——转速关系由其机械特征和运行特点决定，不受系统电气参数控制。
图2.1.1反抗性与位能性恒转矩负载图
电动机的转矩—转速关系特性称为电动机的机械特性。
图2.1.2为直流电动机、交流异步电动机的机械特性。
从图上也可以看出，电动机的机械特性在其工作段基本走势都是横向的，它们的转速在对应于整个允许输出的转矩范围时，都只在一定的范围变化，这说明电动机机械特性有对系统的转速起主导作用的特点。
电动机机械特性最重要的特征是：
电动机的转矩—转速关系只由电动机特征、参数以及电源参数决定，不受负载类型影响。
一般把在额定参数下作出的机械特性称为固有机械特性，而把参数变化后改变了的机械特性称为人为机械特性。
图2.1.2电动机机械特性曲线图
电力拖动系统要达到稳定运行，那么运动方程式应达到平衡。
如果能够持续地保持转速不变，即加速度为零时，根据式（2-2），系统的合转矩为零，系统能稳定地保持这个状态，这是系统稳定运行的条件。
把负载特性和电动机的机械特性合并在一起的图形，是系统转矩图，如图2.1.3所示。
在系统转矩图上，两条曲线的交点可能是稳定的交点，也可能是不稳定的交点，系统只有在稳定交点处才能达到稳定运行。
稳定交点一般满足下面的条件：
在交点以上，负载特性曲线在机械特性曲线的右边，在交点以下，负载特性曲线在机械特性曲线的左边。
图2.1.3稳定运行交点
2.2电梯运行时间速度曲线
电梯是一种交通工具，它具有频繁启动加速和制动减速过程，因此它的拖动系统应提高运行效率。
同时，作为垂直升降的运输设备，人对电梯运行速度的变化非常敏感，因此电梯的拖动系统还应满足人们的舒适感的要求。
为此，需要给出既能提高运行效率，又能改善乘坐舒适感的电梯运行速度曲线，以使电梯按照预先给定的速度特性运行。
电梯的快速性和舒适性均与加速度α（m/s2）和加加速度ρ（m/s3）有关。
加速度和加加速度不能过大，否则会使人有严重不适的感觉，ρ在电梯技术中还被称为生理系数，国家标准规定了α和ρ的最大值。
同时α和ρ也不能过小，否则会影响电梯的运行效率。
根据舒适性要求，电梯的速度曲线还具有转弯处为圆滑过渡的特点。
电梯在楼层间频繁启动和停车，而且具有正常运行、检修运行等多种操作，因此对运行精度要求也较高。
基于以上的分析，电梯的运行速度曲线可以采用抛物线—直线型、抛物线型或正弦型等曲线。
图2.2运行速度曲线
2.3电梯拖动系统的起动
电梯拖动系统在选定的调速方式下，电动机的转矩应达到负载转矩的要求，考虑到电源电压的波动、导轨不够平直等因素，电动机的转矩还应留有一定裕量。
将电动机的机械特性画在电梯负载特性的平面内，电动机的机械特性应能全部覆盖负载特性，即全部包容负载特性。
如果满足上述条件，则该电梯在控制系统的各种调速方式下能按照预定的速度曲线运行。
否则，在哪一段不包容，则在不包容区间电梯将脱离预定速度曲线，从而造成舒适性变差或平层准确度变差，严重时可能出现失控现象，图2.3表示了两者之间的关系。
图2.3电梯起动时负载特性电动机特性曲线
2.4电梯拖动系统的运行
电梯拖动系统运行时，提升机构将经历如下的四种过程：
（1）提升重物
提升重物时,电动机始终处于电动状态。
在图2.4中表示当负载为TL时逐级提升过程的机械特性。
逐级提升过程为o→b→c→d→e→r→g→最后稳定运行于A点,即以A点对应的速度提升重物。
b、d、f各点对应着不同的提升速度。
（2）下降重物
下降重物时,电机均处于制动状态。
若下降速度较低,则电动机采用转子反转的反接制动状态。
如图2.4中的B点,机械特性曲线1对应着转子电路串入所有附加电阻时的人为特性。
若要求以较高速度下放重物,电机通常都采用回馈制动状态工作。
如图2.4中的C点,其对应的转速超过反向的同步转速,当转子串人电阻越大,则对应的下降速度越高。
C点是位能负载转矩5和反向机械特性4的交点。
反向机械特性4与电动机械特性4转子中串入的电阻均为Rs4,只不过前者的定子两相作了反接。
（3）空箱升降
电梯的箱中无人或重物时,则为空箱。
提升空箱与提升重物一样,电动机运行于正向电动状态。
下放空箱时,因为系统的摩擦力产生的反抗性转矩大于空箱本身的位能转矩,靠空箱本身不能下放。
因此,应使电动机运行于反向电动状态,强迫空钩下放。
图2.4中的特性6和7,分别为空箱提升和空箱下放负载转矩特性曲线。
显然提升空箱和下放空箱的运行工作点分别在第一和第三象限。
图2.4负载转矩特性曲线
2.5电梯拖动系统的调速
电梯经历了100多年的发展，具有直流电梯、交流双速、交流调压调速、变频调速电梯等多种类型。
直流电梯的调速方式是变压调速，可以采用晶闸管变流装置实现变压的拖动控制。
直流电梯调速性能较好，但成本较高，一般用在高性能的调速电梯中。
交流调压调速电梯是指采用交流异步电动机拖动负载，通过改变电压实现调速运行的电梯。
按照调速原理，交流调压调速电梯为实现调速，需要将交流异步电动机的机械特性曲线纵向移动，构造人为机械特性曲线簇。
交流调压调速电梯是通过改变电动机定子端电压U1，从而改变转差率来构造人为机械特性曲线簇的。
如图2.5所示，当电动机电压U1=U1N时，电动机将稳定运行在A点，当电压降低到U1时，电动机将稳定运行在B点，当电压降低到U1，电动机将稳定运行在C点，转速nA>nB>nC，因此，通过改变定子端电压和电动机转差率，实现了平滑调速。
图2.5交流调压
2.6电梯拖动系统的制动
2.6.1制动机构
制动机构是曳引机的重要组成部分。
它的用途是保证能灵活可靠、安全地以较大匀减速将曳引机制动停车，保持静止状态。
GB/T13435-90对制动机构的工作状态和性能作了明确规定。
规定一：
曳引机制动应可靠。
在电梯整机中，平衡系数φ=0.4。
轿厢加上125%额定载重量，历时10min，制动轮与投影动闸瓦之间应无打滑现象。
规定二：
在规定一的条件下，制动器的最低起动电压和最高释放电压，应分别低于电磁铁额定电压的80%和55%；制动器开启滞后时间不超过0.8s；制动器线圈耐压试验，导电部分对地间施加1000V，历时1min，不得有击穿现象；制动器线圈的输出端应设有接线端子。
规定三：
制动器部件的闸瓦组件应分两组装设。
如果其中一组不起作用，制动轮上仍能获得足够的制动力，使载有额定载重量的轿厢减速。
规定四：
在曳引机通电持续率为40%时，在检验平台上应作下列高速正反方向连续无故障运转，制动线圈温升与最高温度均应不超过下表的规定
能耗制动：
吸收系统贮存的动能并转换成电能，消耗在转子电路的电阻上。
优点：
制动平衡，便于实现准确停车，适用于平衡、准确停车的场合及限制位能性负载的下降速度
缺点：
制动较慢，需增设一套直流电源
异步电动机能耗制动机械特性表达式的推导比较复杂。
然而经理论推导可以证明，异步电动机能耗制动的机械特性议程式与异步电动机接在三相交流电网上正常运行时的机械特性是相似的。
机械特性曲线如图2.6.1所示。
这里主要介绍它的特点:
1、当直流励磁一定,而转子电阻增加时,产生最大制动转矩时的转速也随之增加,但是产生的最大转矩值不变,如图2.6.1曲线1和曲线3所示
2、转子电路电阻不变,而增大直流励磁时,则产生的最大制动转矩增大,但产生最大转矩时的转速不变。
如图2.6.1曲线1和曲线2所示。
推导结果表明,能耗制动时,最大转矩Tmax与定子输人的直流电流平方成正比,这和异步电动机改变定子电压的人为机械特性变化规律相同。
这是因为改变定子电压就改变了电动机气隙磁通Φm的大小,而改变直流电流I_也就改变制动时恒定磁场的数值。
两者实质相同,所以特性曲线的变化规律也相同。
图2.6.1异步电动机能耗制动时的机械特性
2.6.2制动过程
由机械特性曲线可以分析异步电动机能耗制动的过程。
设电动机原来在电动状态的A点稳定运行,制动瞬间,由于机械惯性,电动机转速来不及变化,工作点A平移至特性曲线1（转子未串制动电阻）上的B点,对应的转矩为制动转矩,使电动机沿曲线1减速,直到原点,而=0时T=0。
如果负载是反抗性的,则电动机将停转,实现了快速制动停车;如果负载是位能性的,则需要在制动到n=0时及时地切断电源,才能保证准确停车。
否则电动机将在位能性负载转矩的拖动下反转,特性曲线延伸到第四象限,直到电磁转矩与负载转矩相平衡时,重物获得稳定的下放速度。
可见,转子电阻较小时,在高速时的制动转矩较小,因此对笼型异步电动机,为了增大高速时的制动转矩,就必须增大直流励磁电流;而对绕线转子异步电动机,则可采用转子串电阻的方法,使得在高速时获得较大的制动转矩。
2.6.3能耗制动经验公式
在绕线转子异步电动机的拖动系统中,采用能耗制动时,可用下列两式计算异步电动机定子直流励磁电流I_和转子电路所串电阻RBr：
I_=（2~3）I0、RBr=（0.2~0.4）E2N/（1.732I2N）-r2
I0异步电动机的空载电流，一般取I0=（0.2~0.5）I1N；r2为转子每相绕组的电阻。
利用上面两式计算所得的数据，可保证电动机拖动系统的快速停车，并能使最大制动转矩Tmax=（1.25~2.2）TN。
3电梯拖动系统的电机选择
在电力拖动系统中，电动机的选择是一项重要的内容，它包括电动机的类型、容量、额定电压及额定转速等的选择。
电动机选择的依据，首先要按照生产机械对电力拖动提出的具体要求和工作情况来确定应该选择何种类型的电动机，然后根据生产机械的实际负载确定所需要的电动机的容量，所以，选择电动机可归纳为两个方面：
一方面是电动机种类、型式、电压和转速选择，另一方面是电动机的容量选择。
3.1电动机种类选择
电动机种类首先是分为直流电动机和交流电动机两大类。
直流电动机又分他励、并励、串励等。
交流电动机又分笼型异步电动机、绕线转子异步电动机、同步电动机等等。
电动机种类选择主要是从生产机械对调速性能的要求来考虑，例如对调速范围、调速精度、调速平滑性、低速运转状态等的要求。
凡是不要调速的拖动系统，总是考虑采用交流电机拖动；长期工作不需要调速且容量相当大的生产机械，往往采用同步电动机，它可以改善企业电网的功率因数；而对调速范围不广的拖动系统，调速级数少且不需在低速下长期工作，可以采用交流绕线转子异步电动机或多速电动机。
而电梯拖动是调速范围不广的地方，故在电梯拖动中，可以选择交流电动机拖动系统。
3.2电动机结构型式选择
各种生产机械的工作环境差异很大，电动机与工作机械也有各种不同的结合方式，所以还应当确定电动机的结构型式，常用的型式有直立式、卧式、开启式、封闭式以及防滴、防爆等等型式。
而电梯要在垂直方向工作，只能是选择直立式的。
3.3电动机额定电压选择
电动机额定电压选择一般是由工厂或车间的供电条件决定的。
我国一般标准是交流电压为三相380V，直流电压为220V。
大容量的交流电动机通常设计成高压供电，如3、6或10KV电网供电，此时电动机选用额定电压为3、6或10KV高压电动机。
采用直流电动机时，当电动机容量较大时，为了减小电枢电流，可以考虑用额定电压为440V的电动机。
电梯拖动系统中，选择的是交流电机，所以应该选择标准的交流三相电压380V。
3.4电动机额定转速选择
电动机额定转速选择关系到电力拖动系统的经济性及生产机械的效率，其选择的原则通常根据初投资和维护费用大小来决定。
在频繁起、制动或反向的拖动系统中还应该考虑电动机过渡过程时间最短、能量损耗最小来选择适当的额定转速。
3.5电动机的容量选择
正确选择电动机的容量以保证电力拖动系统可靠而经济的运行。
如果电动机容量选择过小，则在正常工作情况下电动机就要过载运行。
如果电动机容量选择过大，电动机的能力就不能充分利用，使电动机的效率降低，能量损耗增加，而且会恶化电动机运行时的功率因数。
所以，正确地选择电动机，是一个极为重要的问题，这对国民经济具有十分重要的意义。
3.5.1电机绝缘材料的等级
在选择电动机容量时，要考虑电动机的发热，允许的过载能力与起动能力等三方面的因素。
一般情况下，以发热问题尤为重要。
因为电动机在实现能量变换过程中，在电动机内部产生损耗变成热量使温度升高。
电动机中耐热最差的是绕组的绝缘材料，不同等级的绝缘材料，其最高的允许温度是不同的。
3.5.2电动机过载能力
选择电动机容量时，需要考虑电动机的过载能力是否不够，从发热观点看，电动机短时过载是允许的，但要受到电动机过载能力的限制，所以必须要校验电动机的过载能力。
此次我们选择HBVF系列电梯专用变频调速三相异步电动机作为电梯的电力拖动电机。
HBVF系列电梯专用变频调速三相电动机是吸收国外技术专为电梯设计的变频调速电机，可与多种品牌变频器相匹配，由电梯系统的控制箱实现闭环控制。
用指定的驱动器可以实现零速定位。
本系列电动机基本安装形式为IMB5，即端盖上有凸缘，机座无底脚，卧式安装，非主轴伸端用于安装测速装置。
冷却方式为自通风方式，防护等级为IP23。
该系列电机机壳采用铸铁件，转子为小惯量铸铝结构，整机结构简单可靠，定子绝缘等级为F级。
定子绕组内装有过热保护器，供热保护用。
该电机的使用条件如下表所示：
项目名称
参数条件
项目名称
参数条件
环境温度
最高温度不超过40℃，最低温度不低于5℃
起动方式
由变频器控制，在起动范围内保证电机具有最小的起动电流
海拔
不超过1000m
额定功率
22KW
额定电压
380V
工作方式
断续工作制
额定频率
50Hz
传动方式
联轴器
电梯与一般电力拖动系统相比，其运行次数比较频繁，为了降低系统消耗的功率，考虑到电梯垂直运行的特点，在设计电梯拖动系统时配置了对重，它与轿厢由曳引绳连接在曳引轮的两侧，起到平衡轿厢重量的作用。
电梯在垂直运动时，对重的重量可以抵销掉一部分轿厢重量，从而减小电动机的额定功率。
对重的重量等于轿厢的自重加上40%~50%的额定载重，这种配置使系统能达到最优的整体运行的效率。
根据有对重电梯系统的力学关系，有对重电梯的电动机的额定功率为
上式中的Kp是平衡系数，其公式为
平衡系数Kp一般取值范围是Kp=0.4~0.5。
在上式各参数表示的含义是：
K是系数，K=1.1~1.6；mN是电梯额定负载质量（Kg）；VN是额定梯速（m/s）；mp是载重的质量；mj是轿厢的质量；η是电梯传动系统的效率，η与悬吊方式及曳引类型有关。
还需要对所选电动机进行发热校验和过载校验，才能准确地选择出系数K。
总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
随着科学技术发展的日新月异，电力拖动已经成为当今电力系统应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学生来说掌握电力拖动的应用是十分重要的。
回顾此次电力拖动课程设计，我感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在两个星期的日子里，可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
在完成电力拖动课程设计后,我发现自己还有许多不足,所学到的知识还远远不够,以至于还有一些任务不能自我完成。
但通过这一次实践,增强了我的动手能力,提高和巩固了电力拖动方面的知识。
让我认识到要做好本次的课程设计,熟练地掌握课本上的理论知识是前提。
这样才能对试验中出现的问题进行一定的分析和解决。
当然能完成本次设计,更离不开钟老师辛勤地指导。
在此,衷心感谢老师的指导。
参考文献
[1]魏炳贵《电力拖动基础》机
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