无机房电梯系统结构与控制原理

无机房电梯系统结构与控制原理

前言

电梯是现代社会不可或缺的典型机电一体化产品之一。电梯一般由机械部分、电气部分和控制部分组成。其中，电梯机械部分对应于人的躯体，电气部分对应于人的神经，控制部分对应于人的大脑。电梯的机械部分、电气部分通过控制部分协调控制，实现乘客或货物的安全提升。

随着技术的发展和社会的进步，节能环保成为衡量机电产品设计优劣的重要尺度。电梯业首OTIS公司凭借其一百五十年来延续的技术优势和产品理念，于2000年设计完成的第二代新型无机房节能电梯GN2受到世界各国环保部门的青睐。本文主要介绍GN2无机房电梯系统的工作结构和电气控制基本原理。

一、电梯基本结构和工作原理

1、传统电梯的结构和工作原理

传统电梯从空间位置上可分成四个部分：依附建筑物的机房和井道；运载乘客或货物的轿厢；乘客或货物出入轿厢的层站。即机房、井道、轿厢、层站。从电梯各构件部分功能看可分成八个部分：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统，如图1所示。

图1传统电梯结构原理图

（1）电力拖动系统：由电动机、减速机、制动器、供电系统、速度反馈装置和调速装置等组成，实现带电梯速度控制、提供驱动力；

（2）曳引系统：由曳引机、曳引轮、钢丝绳、导向轮和反绳轮等组成，实现电梯驱动

力的输出与传递；

（3）导向系统：包括轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架等，实现轿厢和对重活动自由度的限制，使其只能沿导轨运动；

（4）轿厢：包括轿厢架和轿厢体，运载乘客或货物的载体；

（5）门系统：包括轿厢门、层门、开门机、联动机构和门锁，实现运行时层与轿厢门的安全封闭和到站打开、乘客或货物安全进出；

（6）重量平衡系统：包括对重和重量补偿装置等，实现轿厢重量相对平衡和高层电梯中曳引绳长度影响的补偿；

（7）电气控制系统：包括操纵装置、位置显示装置、控制柜和选层器等，实现电梯的运行操控，是电梯动作的指挥中心；

（8）安全保护系统：包括限速器、安全钳、缓冲器和端站保护装置、供电系统断相错相保护装置、超越上下极限工作位置保护装置、层门锁与轿门电气联锁装置、电动机超速过载与编码器断线保护等，保障电梯安全和长期稳定运行。

2、无机房电梯的结构特点和工作原理

无机房电梯是随着曳引技术的发展和节能环保的要求而产生的新型电梯。它是将电梯部件中曳引机和限速器等安装在电梯的井道内，将控制柜安装在电梯最顶层厅门边，从而将机房压缩在电梯井道内如图2所示。

a)无机房电梯结构b)有机房电梯结构

图2无机房电梯安装结构改进

和有机房电梯不同，传动比上无机房电梯将2:1复绕轮安装在轿厢下方中部的两个角上，以节省井道顶部空间，减小顶层高度。

因为无机房电梯的曳引机的保守系数较小，所以要求整个系统的转动惯量在保证摩擦系数的情况下尽量小，即轿厢的重量要控制在一定的范围内，轿厢的载重量一般不大于1000Kg，轿厢的装饰重量一般不大于100Kg。

虽然安装和曳引驱动方式不同，无机房电梯的控制部分和有机房电梯基本相同，只是无机房电梯要求零部件安装得更加紧凑，控制柜则压缩成一个240×500×2100的长方体，安

装在最顶层厅门旁边。

实现电梯无机房运行，要求曳引技术能够不断减小曳引机体积和质量，同时要求产生很大的驱动功率。并且无机房电梯对隔振和，因为无机房电梯减少了电梯井道的操作空间，故障时靠对重平层，维修和保养不便。

所以，无机房电梯普遍采用利用微机控制变频的永磁无齿轮同步曳引机代替传统的涡轮蜗杆曳引机。由于永磁无齿轮同步曳引机电机的功率因素为1，并且传动不经过齿轮箱变速，因此极大地减少了传动损耗。

3、GN2电梯系统结构特点

GN2是OTIS公司向全球统一销售的第二代无机房电梯。它在无机房电梯上使用仅1英尺厚的高强度聚亚胺酯镀层复合钢带取代钢丝绳传动，配以带有滚筒形曳引轮的永磁无齿轮同步曳引机。这种曳引机占用更少的井道有用空间，大大改善了无机房电梯操作空间过于狭窄的弊病。因为永磁同步曳引机使用永久磁铁代替励磁电流，大大减少了电磁损耗，并且无齿轮传动无需润滑油，所以GN2电梯使用环境十分清洁，使总传动损耗减少了50%。如图3所示。

图3GN2电梯系统结构原理

GN2系统中滚筒曳引机的轴承两端设有空气间隙，采用封闭密封形式，减少了电梯噪音的传递和对井道环境的污染，提高了曳引效率和乘坐舒适性。

二、电梯主要零部件结构和工作原理

1、曳引机构

GN2最大载重1000kg ，速度1.0m/s ，提升高度40m 。曳引方式为动滑轮传动，反绳轮在轿顶。图中a)为有导向的动滑轮传动，b)为无导向的动滑轮传动。由滑轮工作原理可

知，这种曳引方式的传动比为；机械效益为，即轿厢速度是曳引轮速度2i '12=Q A 2F

==的。如图4所示。12

图4曳引传动形式

2、轿厢机构

轿厢由底梁、立柱、上梁和拉条构成。底梁直接承受轿厢的重量，一般分为梁式结构和框式结构。轿厢内设有操纵装置、位置指示器、应急装置、通风设备、照明设备及电梯规格铭牌等。乘客电梯均设有轿厢超载装置，可以对电梯轿厢载重量进行称重，当载重量达到电梯额定载重的110%时，电梯不能关门启动，同时蜂鸣器响、超载灯亮。如图5所示。

超载装置一般也安装在轿厢顶部或底部，结构形式有机械式、橡胶块式、电磁式和应变片式。

图5轿厢机构

3、门机机构

电梯门由门扇、门滑轮、门滑块、门地坎、门导轨（上坎）等构成。轿厢门由门滑轮悬挂在轿门导轨上，下部由门滑块与轿厢地坎配合。厅门由门滑轮悬挂在厅门导轨上，下部通过门滑块与厅门地坎配合。由电机通过齿形带带动门滑轮使电梯门打开或关闭，通过自动门锁可以保证电梯门可靠关闭。如图6、7所示。

图6门机机构

图7自动门锁与咬合装置

4、导向系统

电梯导向系统包括导轨和导靴，是我了保证在电梯运行期间轿厢与对重之间以及它们与井道结构物之间具有固定的相同位置。

导轨是电梯轿厢和对重运行的轨道，由多节经过细加工的短导轨组成。各节短导轨通过接道板连接起来，通过压道板、螺栓和螺母固定在导轨支架上。

为了防止轿厢扭转和偏斜，维持恒定的位置关系，在轿厢轿架四角设置四只可沿导轨滑动或滚动的导靴。两只上导靴固定在轿厢上梁上，两只下导靴固定在安全钳钳座上。

导靴分为固定滑动导靴、弹性滑动导靴和滚轮导靴。GN2电梯系统使用扁平的复合钢带代替圆形的钢丝绳，导靴采用无需润滑的胶轮导靴，可以缓和震动冲击，减少噪声。如图8所示。