永磁同步曳引机制动器电路及选型

2017-06-09 18:07分类：电气工程阅读：

制动器是电梯的重要的安全部件，又是电梯的配套部件。制动器电路对制动器的稳定、安全、可靠工作及降低制动器温升、体积至关重要的，本文对传统制动器电路及新型制动器电路进行了试析。
一、传统电梯制动器电路：
1、电路结构

图３调火降压灭弧式
以上几种典型电路其结构和原理是基本相同的,均采用时间开关K完成激磁过程,激磁时间通常设为1秒.激磁(启动)时，K闭合,电源的全功率都施加在制动器线圈上；保持时,K断开,电源输出的功率加在R和制动器线圈上,降压电阻R是一个纯耗能元件。
2、电气设计指标
电路设计必须满足国标要求
1) 80%额定电压下能够可靠启动;
2) 55%额定电压以下时才可释放。
3、优点
电路简单、成本低和制作方便。
4、缺点
1）功率大、温升高。在维持状态，R上消耗的功率和制动器相等。浪费能源，激磁、保持功率无法做大，通常小于2。
2)体积大，浪费材料。仅以漆包线为例：
►对200VDC制动器：启动单边电流2A、保持单边电流1A，选Ф0.62、0.3mm 线，按照3.5A/mm 计算，其截流量为1A。
故线长=100/0.058=1700m（约4.7kg）
►对110VDC制动器：启动单边电流1.7A、保持单边电压0.85A，选Ф0.62、0.3mm 线，按照3.5A/mm 计算，其截流量为1A。
故线长=60/0.058=1000m（约2.8kg）
若增加线径，体积迅速增大，这也是比较难实现大推力的重要原因之一。
3)激磁继电器拉弧。当继电器在断开激磁电流时，线圈上的续流电流要流过继电器触点，该触点断开的瞬间，流过的电流值和激磁电流相等，因此极易烧坏触点或使触点粘连,这是最大的故障点之一。
4)实现大推力比较困难.受温升、体积、拉弧、降压措施的多方面制约。
二、自动调压、稳压控制电路原理分析
1、自动调压原理
对于惰性控制目标，如温度控制等，可改变可控硅的导通时间达到调压目的。见图

对于非惰性控制目标,可用调频调压,但是电路相对复杂，成本高。
改变可控硅的导通角调压，通常用在电机调速上，即由取样电路取样，放大整形，产生移相信号，该信号再加至可控硅控制极上实现，电路方框如下：

2、稳压原理
对于稳压控制，可按上述原理实现，其次是如何实现激励电压和保持电压的自动转换。即采用可控硅无触点开关来代替激磁继电器触点,彻底杜绝拉弧现象,提高抱闸电路的运行可靠性。
三、过激磁整流器简介
基于上述原理，为了解决传统电梯制动器电路的缺点，国内出现了由石家庄五龙制动器有限公司设计的一种具有完全自主知
识产权的“过激磁整流器”，通过5年来在世界各地的使用，证明其有独特的优势：高效能、低温升、小体积、大推力。这一高一低一大一小充分说明了电梯制动器电路的优点。随着永磁同步无齿轮曳引机的发展。对制动器提出了更高的要求。由于无齿轮无减速增力机构，制动器是直接作用于与曳引机同轴的制动轮上，所以它所需要的制动力矩在同载荷、同曳引比和同制动轮径的条件下，比有齿轮曳引机要大十几倍至几十倍。其次，由于无齿轮曳引机的出现，可以实现无机房系统，这又对制动器的体积和噪声提出了较严苛的要求。
对电磁铁而言，电磁推力取决于电磁回路中的磁势IW( I为通过线圈的电流，W为线圈的匝数），直流螺管式电磁铁的吸力计算公式为：

式中：F 电磁铁推力 (N)
S 电磁铁极面面积 (cm )
IW 励磁线圈的总磁势 (A)
δ 气隙长度 (cm)
g (单位长度漏磁导）气隙磁导 (H)
μ 空气的导磁率 (H/cm)0.4πX10-8
z 铁心伸入线圈的长度 (cm)
lc 励磁线圈的总长度 (cm)
g=Gδ/δ

上式中的后半部分和电磁铁的机械结构有关。
当其它参数不变时，要增大吸力，只有增大IW的值。I 大则温升高，且相对要增加线径，体积会增大。W大则体积增大。因此电磁铁的吸力和温升及体积是矛盾的。为了解决这个矛盾，采取了以下几个方法：
1、使用可控硅作无触点开关进行励磁和保持的转换，消除转换时的拉弧现象，通过对直流制动器的分析，拉弧现象只要出现在转换的瞬间（见下图），采用了无触点开关，则保护了抱闸回路继电器的触点,增加了可靠性。
由于磁力器线圈是一个大电感，所以当抱闸继电器闭合瞬间，流过电感的电流不能突变。故励磁电流在缓慢上升的，在接触器上不会出现严重拉弧现象。但当励磁过程结束前，励磁电流已经达到最大值，抱闸继电器触点断开的瞬间，由于电感电流不能突变，续流电流将沿如下路径流过继电器触点.此时会产生严重拉弧现象。见图7：

图7
2、通过改变可控硅的导通角，完成大电流启动和小电流保持。由于电磁铁两铁心开始吸合时，气隙很大，故磁阻也很大，通过大电流产生较大吸力使之吸合。当两铁心吸合后，气隙变小，磁阻变小。上述公式中的（S/δ ）项变的很大。这时，可以用很小的电流就能可靠保持，并有足够大的保持力。可控硅在启动和保持时的导通角如下图所示：

图8
3、启动时间内，采用电压补偿的方法使得输入电压变化+/-40% 时，输出电压变化20%，在较宽的电压范围内减小了启动电流的波动。
4、保持时间内，采用移相控制方法使保持电压达到稳定，做到了稳压输出。电路控制过程为：

图9
即: 在保持状态下达到了恒功率，进一步大大降低了温升。磁力器工作中启动仅占很小的时间(通常为0.6~0.7S),所以，降低温升的关键是降低保持时的功率，保持状态占工作总时间的99%以上。