精选电力拖动与控制系统课程设计报告书.docx

1、精选电力拖动与控制系统课程设计报告书信息工程学院电力拖动与控制系统课程设计报告书题目: 电梯电力拖动分析及拖动电动机选择 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2014年5月5日 信息工程学院课程设计任务书学生姓名学 号成 绩设计题目电梯电力拖动分析及拖动电动机选择设计内容 电力拖动基础课程设计是课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过课程设计加深理解课堂教学的理论内容，学会综合运用专业基础理论，培养分析问题和解决问题的能力，在专业知识与工程实践方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。 “电梯电力拖动电机选择”是在系统学习电动机

2、的运行特性、电梯生产设备的特点、电梯生产工艺要求的基础上，综合平衡包括供电系统在内各方面的要求，使电梯设备的配套和运行合理化。掌握主要的起动过程中阻转矩变化动态特性数据，并据以改进电力拖动系统；选配额定功率恰如其分的电动机并且具有较高的需要系数。设计要求1、根据参观的电梯，分析电梯电力拖动系统，按生产工艺画出电梯起动、运行、调变速、制动负载图。2、根据负载图及过渡过程对电梯电力拖动电机的容量进行工程计算选取。3、查阅参考资料对电动机的类型、容量、额定电压、型号等进行校验选择。 4、撰写课程设计说明书。时间安排2014年4月22日2014年4月26日 收集整理资料,确定方案2014年4月27日2

3、014年4月29日 设计并完成设计说明书参考资料1 魏炳贵 电力拖动基础 2 邱阿瑞 电机与电力拖动 3 陈伯时 电力拖动自动控制系统 4 杨兴瑶 电动机的调速原理及系统 1 绪论1.1 课题意义电梯的拖动和控制系统是连接电网和电梯机电设备，传送和转化电网电能，拖动和控制电梯运行的系统。它通常包括电动机，反馈单元和控制电动机的电路部件。电梯的拖动和控制系统是电梯整梯系统的重要组成部分，研究电梯拖动和控制技术具有深远的意义，主要表现在以下几个方面：（1）电梯拖动和控制系统是电梯的能源中枢，它向电梯提供电力能源，控制和带动机械负载运行，没有拖动控制系统，电梯将不能很好地运行。（2）电梯拖动和控制系

4、统对于电梯运行性能的表现也起到关键的作用。电梯作为载人设备，它的性能指标主要应达到安全、稳定、准确、舒适和效率性。电梯拖动和控制系统在拖动负载运行的同时，也在控制和改变着电气参数，使电梯可靠的运行，同时实现平滑的调节运行速度，因此，它对电梯性能的表现起到非常重要的作用。（3）电梯拖动和控制系统既是电梯的能源心脏，又是达到电梯运行性能目标的重要保证，因此为了提高电梯的系统性能，研究其拖动和控制系统原理，开发拖动和控制技术将具有非常重要的意义。1.2 课题背景及目的1.2.1背景现代工业中广泛使用电力拖动技术，形成了较系统的电力拖动研究领域。电梯的拖动系统也是属于一般电力拖动系统的范围内。一般电力

5、拖动技术的研究通常包括电动机的原理、调速的手段、控制的实现等多方面。在电动机技术方面，目前的研究建立在直流、交流、同步或异步的不同类型的电动机原理的基础上。在调速的手段方面，一般电力拖动系统遵循着系统运动基本方程式，建立了改变负载转矩（负载特性曲线）和电动机转矩（机械特性曲线）的稳定交点，通过平行移动人为机械特性曲线进行调速的原则。在控制的实现方面，一般电力拖动控制技术目前也普遍应用晶闸管变流电路，或者能实现更复杂控制功能的变频器来实现。电梯的拖动和控制技术继承了一般电力拖动技术的研究成果，具有一般拖动技术的共性，但也具备自己的特点。电梯拖动和控制系统的研究是基于一般电力拖动技术的基础上，针对

6、电梯拖动运行的特殊性，进行了在电梯中应用相应技术的分析、研究和设计。本文着重分析了电梯拖动运行的特点，并研究如何针对电梯的特点设计其相应的拖动控制系统。电梯的发展已经历了一百多年，其拖动和控制系统经历了比较多的发展阶段，在当今的电梯上使用的类型也比较多。本文通过分析各种电梯拖动系统的机械特性和其控制系统的调速原理，旨在为不同规格的电梯设计出最适合的拖动控制方式。1.2.2 目的电力拖动基础课程设计是课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。通过课程设计加深理解课堂教学的理论内容，学会综合运用专业基础理论，培养分析问题和解决问题的能力，在专业知识与工程实践方面为日后的毕业设计乃至毕业

7、后的工作奠定良好的基础。“电梯电力拖动电机选择”是在系统学习电动机的运行特性、电梯生产设备的特点、电梯生产工艺要求的基础上，综合平衡包括供电系统在内各方面的要求，使电梯设备的配套和运行合理化。掌握主要的起动过程中阻转矩变化动态特性数据，并据以改进电力拖动系统；选配额定功率恰如其分的电动机并且具有较高的需要系数。1.3 已知系统参数和条件1、电梯的性能指标应达到安全、稳定、准确、舒适和效率性。2、电梯拖动和控制系统在拖动负载运行的同时，也在控制和改变着电气参数，使电梯可靠的运行，同时实现平滑的调节运行速度。3、电梯的规格是：载重为1000Kg，速度为1.75m/s，提升高度为72m，电动机轴载荷

8、为2500Kg，变频器为OVF20。4、电梯的电动机要有较宽的调速范围 15的调速。5、运行可靠性要高。1.4 任务要求1、根据参观的电梯，分析电梯电力拖动系统，按生产工艺画出电梯起动、运行、调变速、制动负载图。2、根据负载图及过渡过程对电梯电力拖动电机的容量进行工程计算选取。3、查阅参考资料对电动机的类型、容量、额定电压、型号等进行校验选择。2 电力拖动系统分析2.1 一般电力拖动系统的模型电力拖动系统的运动部分，通常由电动机的转子、机械减速机构以及负载的运动部分组成。电力拖动系统运动模型的合转矩为电磁转矩与负载转矩之差，可以用下式表示 （2-1） 式中各参数的含义为：T电磁转矩，TL系统总

9、净阻力矩，J转动惯量，电动机轴旋转角速度，旋转角加速度。电力拖动系统中习惯采用系统总飞轮惯量GD2和转速n来分析和进行计算，则式(2-1)可改写为(2-2) 上式是电力拖动系统的基本运动方程式，由基本运动方程式可以看出：当TTL时，系统处于加速运动状态；当T=TL时，系统处于恒速或静止状态；当TnBnC，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

10、定一：曳引机制动应可靠。在电梯整机中，平衡系数=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

11、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,

12、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m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(

13、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

14、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_=(23)I0 、RBr=(0.20.4)E2N/(1.732I2N)-r2I0异步电动机的空载电流，一般取I0 =（0.20.5）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=（1.252.2）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

15、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；

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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=0.40.5。 在上式各参数表示的含义是：K是系数，K=1.11.6；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；是电梯传动系统的效率，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

22、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

23、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 机械工业出版社，2000.32 邱阿瑞 电机与电力拖动 电子工业出版社，2002.73 陈伯时 电力拖动自动控制系统 上海工业大学出版社，1998.54 杨兴瑶 电动机的调速原理及系统 水利电力出版社，1979