隨著生產(chǎn)的發(fā)展和城市的崛起，電梯越來越接近我們的工作和生活。電梯作為一種垂直方向上的運輸工具，廣泛地進入了賓館、倉庫、住宅等場合，現(xiàn)代電梯在可靠性、速度、舒適、豪華等方面的要求越來越高。電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯系統(tǒng)的性能，保證電梯的運行既高效節(jié)能又安全可靠。
1949年出現(xiàn)了群控電梯；1962年美國出現(xiàn)了半導(dǎo)體邏輯控制電梯；1967年晶閘管應(yīng)用于電梯，使電梯拖動系統(tǒng)大為簡化，性能得到提高；1971年集成電路用于電梯；1975年出現(xiàn)了電子計算機控制的電梯，電梯控制技術(shù)真正使用了微電子技術(shù)和軟件技術(shù)，進入了現(xiàn)代電梯群控系統(tǒng)的發(fā)展時期。
名詞解釋：晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一晶閘管產(chǎn)品，并于1958年使其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極，陰極和門極；晶閘管工作條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導(dǎo)晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示（舊標準中用字母“SCR”表示）。晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。
晶閘管是由四層P型和n型材料交替構(gòu)成的固態(tài)半導(dǎo)體器件。它僅作為一個雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)，當(dāng)柵極接收到電流觸發(fā)器時導(dǎo)電，并繼續(xù)導(dǎo)電，直到整個器件的電壓反向偏置，或直到電壓消除為止。
在這以后，發(fā)達國家出現(xiàn)了變壓（即VVVF）交流電梯，最高速度可達到12.5m/s以上，從而開辟了電梯電力拖動的新領(lǐng)域，結(jié)束了直流電梯占主導(dǎo)地位的局面。
電梯發(fā)展到今天，已經(jīng)成為一個典型的變頻系統(tǒng)工程和機電一體話產(chǎn)品，并復(fù)合了多種先進技術(shù)。直流電動機由于其調(diào)速性能好，很早就用于電梯拖動上。采用發(fā)電機—電動機形式驅(qū)動，可用于高速電梯，但其體積大、耗電大、效率低、造價高、維護量大。晶閘管直接供電給直流電動機系統(tǒng)在電梯上應(yīng)用較晚，需要解決低速段的舒適感問題。與機組形式的直流電梯相比，可以節(jié)省占地面積35%，重量減輕40%，節(jié)能20%～30%。世界上最高速度10m/s的電梯就是采用這種驅(qū)動系統(tǒng)，其調(diào)速比達1：1200。
1983年第一臺變壓變頻電梯誕生，性能完全達到直流電梯的水平。它具有體積小、重量輕、效率高、節(jié)省電能等一系列優(yōu)點，是現(xiàn)代化電梯理想的電力驅(qū)動系統(tǒng)。由于電梯橋箱是沿垂直方向作上下直線運動，更理想的驅(qū)動方案是交流直線電動機驅(qū)動系統(tǒng)，從而省去了由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的交換機構(gòu)。
1989年誕生了第一臺交流直線電動機變頻驅(qū)動電梯，它取消了電梯的機房，對電梯的傳統(tǒng)技術(shù)作了重大的革新，使電梯技術(shù)進入了一個嶄新的時期。由于晶閘管調(diào)壓調(diào)速裝置的一些固有缺點，使其調(diào)速范圍不夠?qū)挘{(diào)節(jié)不夠平滑，特別是在低速段時不平穩(wěn)，舒適感與平層精度不夠理想，難以實現(xiàn)再生制動等。如果均勻地改變定子供電電源的頻率，則可平滑地改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速。在調(diào)速時，為了保持電動機的最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持氣隙磁通恒定，這就要求定子電壓也隨之作相應(yīng)調(diào)節(jié)，通常是保持v/f=常數(shù)。
因此要求向電動機供電的同時要兼有調(diào)壓與調(diào)頻兩種功能，通常簡稱VVVF型變頻器，用于電梯時常稱為VVVF型電梯，簡稱變頻電梯。
我國電梯控制系統(tǒng)主要有三種方式：繼電器控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)。其中PLC控制系統(tǒng)以其顯著的優(yōu)點成為電梯控制系統(tǒng)的主流。八十年代初投入使用的電梯大部分采用繼電器控制、交流調(diào)速方式，這類電梯普遍存在起動電流大、調(diào)速性能差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、舒適感差、能耗大等問題，加之使用年限較長、電梯零部件殘舊老化、故障頻繁、配件缺乏等原因，我們提出了采用VVVF變頻調(diào)速器將該類電梯改造成VVVF型電梯。從一九九七年底至一九九八年底，利用可編程控制器(PLC)與VVVF變頻器結(jié)合， PLC控制系統(tǒng)主要有雙速電梯系統(tǒng)和變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，后者通過改變電機供電的電壓和頻率，平滑調(diào)節(jié)電梯速度，可以獲得更好的乘坐舒適感，它平層精度高，并具有顯著的節(jié)能效果，保障了電梯的可靠性。
為了充分發(fā)揮PLC的內(nèi)部資和功能，應(yīng)盡量減少其輸入信號的點數(shù)，簡化硬件線路，提高電梯運行的可靠性。在電梯運行的關(guān)鍵問題是如何檢測電梯在井道中的相對位置，以往都采用在井道中不同的位置設(shè)置干簧感應(yīng)器來檢測減速、平層位置。這樣不但使PLC的輸入點數(shù)增加，而且還增加了在井道中的安裝作業(yè)強度。而利用旋轉(zhuǎn)編碼器將電梯的運動位置轉(zhuǎn)化為脈沖，PLC對此脈沖進行高速計數(shù)，通過相應(yīng)的計算自動生成電梯位置的有關(guān)數(shù)據(jù)，控制電梯的減速、平層，對于層站數(shù)越多的電梯，越能體現(xiàn)出利用旋轉(zhuǎn)編碼器的優(yōu)點。
在對中、低速電梯主要采用拖動系統(tǒng)來構(gòu)成其曳引系統(tǒng)，應(yīng)用變極方式實現(xiàn)電機的調(diào)速。因為種系統(tǒng)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，無法對電機的轉(zhuǎn)速和加、減速進行準確的控制，所以此方式的舒適感和平層精度都較差。后來又采用交流調(diào)壓調(diào)速控制的電梯，進行速度閉環(huán)控制，其舒適感和平層精度都有較大提高，但它卻很難實現(xiàn)精確控制，并且能耗大，輸入功率因數(shù)也低，影響了系統(tǒng)的整體性能。對于高速電梯，過去主要采用晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，存在維護難等問題，并且調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)也不高。與前述方式相比較，變頻調(diào)速則是各種調(diào)速方法中效率、性能均較好的一種。因此，簡化電梯的硬件電路，提高電梯運行的可靠性，徹底解決了原電梯存在的各種問題，達到了預(yù)期目的。
1.1 電梯的基本結(jié)構(gòu)簡介
電梯是機與電緊密結(jié)合的復(fù)雜產(chǎn)品，其基本組成包括機械部份和電氣部份，從空間上一般劃分為以下幾部份：
機房部分 包括電源開關(guān)、曳引機、控制柜（屏）、選層器、導(dǎo)向輪、減速器、限速器、極限開關(guān)、制動抱閘裝置、機座等。
井道部分 包括導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架、對重裝置、緩沖器、限速器張緊裝置、補償鏈、隨行電纜、底坑及井道照明等。
層站部分 包括層門（廳門）、呼梯裝置（召喚盒）、門鎖裝置、層站開關(guān)門裝置、層樓顯示裝置等。
轎廂部分 包括轎廂、轎廂門、安全鉗裝置、平層裝置、安全窗、導(dǎo)靴、開門機、轎內(nèi)操縱箱、指層燈、通訊及報警裝置等。
1.2 采用電梯曳引機方案
電梯的核心部分是它的傳動系統(tǒng)。電梯曳引驅(qū)動系統(tǒng)對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行和制動減速起著控制作用，其性能直接影響電梯的起動、制動、加減速度、平層精度和乘坐舒適性等指標。目前電梯曳引電動機以感應(yīng)電動機為主，其驅(qū)動技術(shù)經(jīng)歷了從繼電器控制的雙速驅(qū)動到可編程序控制的調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動，進而到微機控制的調(diào)頻調(diào)壓及矢量控制驅(qū)動。電梯曳引機作為驅(qū)動電梯的動力源，主要采用電機配以減速器的傳動方式。
曳引驅(qū)動是采用曳引輪作為驅(qū)動部件。鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端懸吊轎箱，另一
端懸吊對重裝置，由鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦產(chǎn)生曳引力驅(qū)動轎廂作上下運行。
電梯曳引機的主要組成部分有：曳引輪、曳引繩、導(dǎo)向輪、反繩輪等。
1.2.1 曳引機
曳引機是電梯的主要拖動機械，它驅(qū)動電梯的轎廂和對重裝置作上、下運動。其組成部分主要有：曳引機動機、制動器、減速箱、曳引輪和底座。根據(jù)需要，有的曳引機還裝有冷卻風(fēng)機、速度反饋裝置（光碼盤）、慣性輪等。根據(jù)電動機與曳引輪之間是否有減速箱，可分為有齒曳引機和無齒曳引機
曳引機具有以下主要性能：
（1） 具有能重復(fù)短時工作、頻繁起、制動及正、反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的特性。
（2） 具有能適應(yīng)一定的電源電壓波動，有足夠的起動力矩，能滿足轎箱滿負荷起動，
加速迅速的特性。 （3） 具有起動電流小的特性。
（4） 具有發(fā)電制動的特性，能由電動機本身的性質(zhì)來控制電梯在滿載下行或空載上
行時的速度。
（5） 具有較硬的機械特性，不會因電梯運行時負荷的變化造成電梯運行速度的變
化。
（6） 有良好的調(diào)速性能。
（7） 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、噪音小及維護簡單。
1.2.2 減速器
對于有齒輪曳引機，在曳引電動機轉(zhuǎn)軸和曳引輪軸之間安裝減速器（箱），目的是將電動機軸輸出的較大轉(zhuǎn)速降低到曳引輪所需的較低轉(zhuǎn)速，同時得到較大的曳引輪矩，以適應(yīng)電梯運行的要求。
減速器多采用蝸輪蝸桿傳動，根據(jù)減速器的不同結(jié)構(gòu)，按傳動方式分為蝸輪蝸桿傳動和斜齒傳動，按蝸桿蝸輪的相對裝配位置分為蝸桿上置式和蝸桿下置式。
1.2.3 曳引輪
曳引輪是嵌掛曳引鋼絲繩的輪子，也稱曳引繩輪或驅(qū)繩輪，繩的兩端分別與轎廂和對重裝置聯(lián)接。對于有齒輪曳引機，它安裝在減速器中的蝸輪軸上，而對于無齒輪曳引機，則裝在制動器的旁側(cè)，與電動機軸、制動器軸在同一軸線上。
當(dāng)曳引輪轉(zhuǎn)動時，通過曳引繩和曳引輪之間的摩擦力（也叫曳引力），驅(qū)動轎廂和對重裝置上下運動。它是電梯賴以運行的主要部件之一。
1.2.4 提高曳引能力的措施
（1） 改變繩槽形狀及繩槽材料，提高摩擦系數(shù)
（2） 增大包角
（3） 增加轎廂自重
（4）鋼絲繩在曳引輪槽中的比壓計算
（5） 鋼絲繩在繩槽中的摩擦系數(shù)
（6） 曳引輪繩槽磨損的原因
1.2.5 影響鋼絲繩壽命的因素
一般也同樣影響曳引輪的壽命，有如下幾方面的因素：
（1） 曳引輪本身
（2） 鋼絲繩的構(gòu)造，材質(zhì)及其物理性能
（3） 轎廂運行高度
（4） 載荷
（5）曳引機和其它部件的技術(shù)參數(shù)
（6） 環(huán)境和保養(yǎng)
1.2.6 制動器
制動器是電梯的一個重要安全裝置，對主動轉(zhuǎn)軸起制動作用。除了安全鉗以外，只有它能使工作中的電梯轎廂停止運行，另外它還對轎廂與廳門地坎平層時的準確度起著重要作用。
對于有齒輪曳引機，制動器安裝在電動機的旁邊，即在電動機軸與蝸輪軸相聯(lián)的制動輪處；若是無齒輪曳引機，則安裝在電動機與曳引輪之間。
電梯制動器應(yīng)能產(chǎn)生足夠的制動力矩，而且制動力矩大小應(yīng)與曳引機的轉(zhuǎn)向無關(guān)；制動時對曳引電動機的軸和減速箱的蝸桿軸不應(yīng)產(chǎn)生任何附加載荷；當(dāng)制動器松閘或合閘時，既要保證速度快，有要求平穩(wěn)，而且能滿足頻繁起、制動的工作要求；制動器的零件應(yīng)有足夠的剛性和強度；制動器應(yīng)具有較高的耐磨性和耐熱性；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于調(diào)整；應(yīng)有人工松閘裝置；噪音小。
當(dāng)電梯動力電源失電時，制動器能自動進行制動。
當(dāng)轎廂載有125%額定載荷并以額定速度運行時，制動器應(yīng)能使曳引機停止運轉(zhuǎn)。 電梯正常運行時，制動器應(yīng)在持續(xù)通電情況下保持松開狀態(tài)，斷開制動器的釋放電路后，電梯應(yīng)無附加延遲地被有效制動。
切斷制動器的電流，至少應(yīng)用兩個獨立的電氣裝置來實現(xiàn)。電梯停止時，如果其中一個接觸器的主觸點未打開，最遲到下一次運行方向改變時，應(yīng)防止電梯再運行。
裝有手動盤車手輪的電梯曳引機，應(yīng)能用手松開制動器并需要一持續(xù)力去保持其松開狀態(tài)。
制動器的工作原理是：當(dāng)電梯處于靜止狀態(tài)時，曳引電動機、電磁制動器的線圈中無電流通過，這時因制動電磁鐵的鐵心之間沒有吸引力，制動瓦塊在制動彈簧的壓力作用下，將制動輪抱緊，保證了電梯處于不工作的靜止狀態(tài)；當(dāng)曳引電動機通電旋轉(zhuǎn)的瞬間，制動電磁鐵中的線圈也同時通上電流，電磁鐵心迅速磁化吸合的同時，帶動制動動臂克服制動彈簧的作用力，使制動瓦塊張開，與制動輪完全脫離，從而使電梯在無制動力的情況下得以運行；當(dāng)電梯轎廂到達所需層站停車時，曳引電動機失電，制動電磁鐵中的線圈也同時失電，電磁鐵心中的磁力迅速消失，鐵心在制動彈簧的作用下通過制動臂復(fù)位，使制動瓦塊再次將制動輪抱住，則電梯停止。
電梯在制停過程中，電梯運動部件的動能因摩擦制動而轉(zhuǎn)化為制動輪上的熱量，若閘瓦表面溫度過高，會降低制動輪與閘瓦的摩擦系數(shù)，以致降低制動力矩。
對大多數(shù)電梯來說，不必進行制動器的熱性能計算。特別是近幾年來，對于所有交通流量密集的乘客電梯，其拖動控制系統(tǒng)中都采用了零速抱閘制動技術(shù)，使機械摩擦制動過程減少到極限狀態(tài)。對交通流量較少的乘客電梯和載貨電梯，每小時的起動次數(shù)較少，因而，每小時吸收的動能也較少。但對于平層速度較高或運動部件慣性較大的電梯，對其熱性能應(yīng)進行分析計算。
1.3 電梯曳引驅(qū)動系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景
電梯曳引機作為驅(qū)動電梯的動力源，主要采用電機配以減速器的傳動方式。這種方式有許多不足，系統(tǒng)的整體傳動效率低；產(chǎn)生機械噪音；曳引機必須整體安裝；需較高的精度要求。
由于電梯傳統(tǒng)驅(qū)動方式的不足，諸多的電梯公司都在尋求取消減速機構(gòu)的直接驅(qū)動方式。永磁同步電動機以其特有的優(yōu)勢而倍受重視。
電梯曳引機在運行過程中需頻繁的起動、制動，而且荷負變化大，需要專用的電動機。對曳引電動機有如下的技術(shù)性能要求：
（1）電動機為短時重復(fù)工作制，應(yīng)能頻繁起動、制動及正反轉(zhuǎn)運行；
（2）能適應(yīng)一定的電源電壓波動，有足夠起動力矩，能滿足轎廂滿足負荷起動、加速的要求；
（3）起動電流要小；
（4）要有較硬的機械特性，不會因電梯載重的變化而引起電梯運行速度的過大變化；
（5）要有良好的調(diào)速性能，尤其在低速時，轉(zhuǎn)矩不能下降太大，避免造成電機步進；
（6）應(yīng)運行平穩(wěn)、工作可靠、噪音小且維護簡單。
2.2.3 變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)
改變定子電源頻率f亦可達到調(diào)速目的，但f最大不能超過電機額定頻率，電梯作為恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速時為保持最大轉(zhuǎn)矩不變，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式: M=CmIΦcosΦ (式中Cm為電機常數(shù)，I為轉(zhuǎn)子電流，Φ為電機氣隙磁通，cosΦ為轉(zhuǎn)子功率因數(shù))，必須保持恒定。又根據(jù)電壓公式: U=4.44fWK(式中U為定子電壓，f為定子電壓頻率，W為定子繞組匝數(shù)，K為電機常數(shù))。必須保持U/f為常數(shù)，即：變頻器必需兼?zhèn)渥儔?、變頻兩種功能，簡稱為VVVF型變頻器，這亦就是VVVF型電梯的基本控制原理(VVVF———Vary Voltage Vary Frequency)。
交流異步電動機的轉(zhuǎn)速是施加于定子繞組上的交流電源頻率的函數(shù)，均勻且連續(xù)地改變定子繞組的供電頻率，可平滑地改變電機的同步轉(zhuǎn)速。但是根據(jù)電機和電梯為恒轉(zhuǎn)矩負載的要求，在變頻調(diào)速時需保持電機的最大轉(zhuǎn)矩不變，維持磁通恒定。這就要求定子繞組供電電壓要作相應(yīng)的調(diào)節(jié)。因此，其電動機的供電電源的驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)能同時改變電壓和頻率。即對電動機供電的變頻器要求有調(diào)壓和調(diào)頻兩種功能。使用這種變頻器的電梯常稱為VVVF型電梯
