دراسة ومحاكاة أنظمة المصاعد الحديثة في الأبنية العالية

1121 – 1122العام الدراسي :

مشروع تخرج أعد لنيل درجة اإلجازة في هندسة الطاقة الكهربائية

إعداد الطالب

محمد عدنان شاهينأحمد

علي ههب منى الوادي

إشراف

األستاذ الدكتور المهندس : كمال ناجي

الدكتور المهندس : محمد عيد المصري

I

كلمة شكر بها البد لنا ونحن نخطو خطواتنا األخيرة في الحياة الجامعية من وقفة نعود

إلى أعوام قضيناها في رحاب الجامعة مع أساتذتنا الكرام الذين قدموا لنا

كبيرة في بناء جيل الغد لتبعث األمة من جديد الكثير باذلين بذلك جهودا قدم أسمى آيات الشكر واالمتنان والتقدير والمحبة إلى الذين نوقبل أن نمضي

حملوا أقدس رسالة في الحياة إلى الذين مهدوا لنا طريق العلم والمعرفة

إلى جميع أساتذتنا األفاضل

" تستطع فأحب العلماء ،فإن لم تستطع فال تبغضهم كن عالما .. فإن لم تستطع فكن متعلما ،فإن لم "

أخص بالتقدير والشكرو

المهندس : كمال ناجي الدكتوراألستاذ

الدكتور المهندس : محمد عيد المصري

يضيء الظلمة التي كانت تقف الذين كانوا عونا لنا في بحثنا هذا ونورا في طريقنا أحيانا

II

إهداءنعم هللا بها علي أيا نعمة

يا وردة تعطر دربي وتذهب الهم من قلبي وتدخل السعادة في عمري الصدق يا قلبا زرع في الحب ورعاه ليكبر ويثمر

إليك أهدي نتيجة جهدي محاوال كسب رضاك أبي العزيزوأدعو لك ان يزيد هللا في عالك إلى حكمتي .....وعلمي إلى أدبي ........وحلمي إلى طريقي .... المستقيم إلى طريق........ الهداية

إلى ينبوع الصبر والتفاؤل واألمل أمي الغالية إلى كل من في الوجود بعد هللا ورسوله

إلى سندي وقوتي ومالذي بعد هللا إلى من آثروني على نفسهم

الحياة إلى من علموني علم إخوتي إلى من أظهروا لي ما هو أجمل من الحياة

إلى من كانوا مالذي وملجئي إلى من تذوقت معهم أجمل اللحظات

وأتمنى أن يفتقدوني إلى من سأفتقدهمهندسة الطاقة طالب قسم من أحببتهم باهللإلى من جعلهم هللا أخوتي باهلل و

الكهربائية إلى من يجمع بين سعادتي وحزني

لى من لم أعرفهم ولن يعرفونيإ إلى من أتمنى أن أذكرهم إذا ذكروني

إلى من أتمنى أن تبقى صورهم في عيوني

III

المشروعنص

ي سائط نقل األشخاص والبضائع فالمصاعد الكهربائية إحدى أهم وتعتبر لسعي القطر في التطوير ونظرا .نية وتسمى وسائط النقل الشاقولي األب

العمراني باتجاه األبنية البرجية فقد أرتيأنا ضرورة تسليط الضوء على عمل ة والبرجية والتجربة العالمية في هذا المصاعد الكهربائية في األبنية العالي

طالب تم تكليف وها باستخدام البرمجيات المتقدمة المجال ومحاكاة عملبجامعة كهربائية في كلية هـ.م.ك. السنة الخامسة من قسم هندسة الطاقة ال

دمشق :

شاهينعدنان

علي به ه

الواديمنى

محمدأحمد

مشروع التخرج بعنوان : إلنجاز

ومحاكاة أنظمة المصاعد الحديثة في األبنية العاليةدراسة

األستاذ الدكتور كمال ناجي محمد عيد المصريالدكتور

IV

كلمة شكر

إهداء

نص المشروع

الفهرس

الفصل األول : النماذج المختلفة للمصاعد في األبنية العالية

: مقدمة. 1.1

: المصاعد الهيدروليكية. 1.1

: مصاعد الجر. 1.1

أو بدون علبة سرعة. : مصاعد الجر مع علبة سرعة 1.1.1

: مصاعد الجر مع غرفة لآللة أو بدون غرفة لآللة. 1.1.1

: مصاعد الجر مع الثقل المعاكس أو بدون الثقل المعاكس. 1.1.1

: مصاعد الجر مع حبال تعليق أو بدون حبال تعليق. 1.1.1

بدون مسار للمصعد.: مصاعد الجر الخارجية )البانورامية( 1.1.1

: أنظمة المصاعد الحديثة ذات الطابقين. 1.1

: أنظمة المصاعد الحديثة متعددة العربات وذات المسارين. 1.1

: مصاعد خاصة. 1.1

: المصاعد المستخدمة في السفن. 1.1.1

: مصاعد الشحن والبضائع , مصاعد السيارات. 1.1.1

المصاعد الحديثة في األبنية العاليةالفصل الثاني : مكونات

أوال : أبواب المصاعد

: مقدمة 1.1

: الشروط التصميمية ألبواب المصاعد. 1.1

ثانيا : الحبال المستخدمة في المصاعد

: بنية الحبال المستخدمة في المصاعد. 1.1

: اختيار قطر الحبل. 1.1

: بنية الجدائل. 1.1

: نماذج لحبال جر 1.1

: النموذج األول : حبال بنواة من الليف الطبيعي. 1.1.1

: النموذج الثاني : حبال بنواة من الليف الفوالذي 1.1.1

: النموذج الثالث : حبال بنواة مركبة من الليف الطبيعي والفوالذي. 1.1.1

V

: نماذج لحبال الحماية. 1.1.1

في المصاعد ثالثا : الحساسات المستخدمة

: الحساسات الكهرضوئية 2.1

: نماذج لحساسات ضوئية حديثة 1.2.1

: ماسح المنطقة النشط. 1.1.2.1

: ماسح ضوئي باألشعة تحت الحمراء الفعالة. 1.1.2.1

: الحساسات الضوئية في المصاعد. 1.1.2.1

: الماسح الضوئي السطحي. 1.1.2.1

: ساتر ضوئي. 1.1.2.1

: قياس المسافة. 1.1.2.1

: المرمزات الدوارة 2.1

: نماذج لمرمزات دوارة 1.2.1

: النموذج األول 1.1.2.1

: النموذج الثاني 1.1.2.1

: الحساسات ذات الشق 2.1

WCS : نظام تحديد الموضع في المصاعد الحديثة 1..1

رابعا : أنظمة المراقبة والتشغيل في المصاعد الكهربائية

: التشغيل األوتوماتيكي بزر مفرد. 11.1

: نظام التشغيل التجميعي. 11.1

: نظام التشغيل التجميعي االنتقائي. 11.1

: نظام المراقبة التجميعي ذي التنسيق االلكتروني. 11.1

: أنظمة التجميع واالنتقاء المستخدمة في مجموعات المصاعد الحديثة في األبنية العالية 11.1

: الميزات التي يؤمنها النظام للركاب. 1.11.1

: األنماط المخلتفة ألنظمة التحكم الحديثة. 1.11.1

يزات المصعد اإلضافيةخامسا : تجه

: اإلنارة. 11.1

: التهوية. 12.1

: تجهيزات االمان في المصاعد الحديثة 12.1

: ترس الحماية. 1.12.1

: الحاكمة. 1.12.1

: العازل 1.12.1

: علب السرعة ومكوناتها. 12.1

VI

سادسا : نماذج حديثة لمصاعد مستخدمة في أبنية عالية

الفصل الثالث : المحركات المستخدمة في المصاعد الكهربائية الحديثة

: محركات التيار المستمر. 1.1

: محركات التيار المتناوب التحريضية. 1.1

: المحركات التحريضية بسرعتين. 1.1.1

: المحركات التحريضية الخطية. 1.1.1

: محركات التيار المتناوب التزامنية 1.1

.PMSM : المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم 1.1.1

: المحركات التزامنية الخطية. 1.1.1

: المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم 1.1

: األصناف المختلفة للمحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم 1.1.1

SPM : المحرك التزامني ذي السطح المغناطيسي 1.1.1.1

IPM : المحرك التزامني ذي القلب المغناطيسي 1.1.1.1

: مبدأ عمل المحرك التزامني ذي المغناطيس الدائم 1.1.1

ل الرابع : أنظمة القيادة الحديثة في المصاعد الحديثةالفص

: مقدمة. 1.1

.PMSM : قيادة المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم 1.1

: التحكم الكمي . 1.1.1

: التحكم بتغيير التردد والجهد. 1.1.1.1

: التحكم الذاتي. 1.1.1.1

: مرمز الموضع المطلق. 1.1.1.1

: التحكم الشعاعي . 1.1.1

: مبادئ التحكم الشعاعي. 1.1.1.1

: التحويالت ثالثية الطور. 1.1.1.1

.FOC : التحكم بتوجيه الحقل 1.1.1.1

.DTC : التحكم المباشر بالعزم 1.1.1.1

الفصل الخامس : محاكاة نظام التحكم في المصاعد الحديثة

أوال : محاكاة المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم

: جدول الرموز المستخدمة.1.1

: الموديل الرياضي. 1.1

: معادالت اآللة التزامنية على المحاور المتعامدة. 1.1

: العزم الكهرطيسي. 1.1

: التيارات كتابع للسياالت التبادلية. 1.1

VII

: العمل في الحالة المستقرة. 1.1

: معادالت المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم. 2.1

: النموذج الرياضي الالزم للمحاكاة. 2.1

ثانيا : برمجة ومحاكاة نظام الطلب في مصعد كهربائي حديث

: مقدمة. 2.1

: البرنامج. 1..1

: لمحة عامة. 1..1.1

: المحاكاة. 1..1.1

: النتائج. 11.1

: معلومات تقنية. 1.11.1

: لمحة عن خوارزمية عمل البرنامج. 1.11.1

: واجهة المستخدم الرسومية. 1.11.1

الملحقات

: نماذج محركات تزامنية حديثة مستخدمة في المصاعد. A الملحق

: قيادة المحركات التزامنية بسرعات منخفضة في المصاعد. B المحلق

: أنظمة الطلب في مجموعات المصاعد في األبنية العالية. C الملحق

.: مجموعات المصاعد في إحدى األبراج العالية D المحلق

المراجع

النماذج المختلفة للمصاعد الحديثة الفصل األول

1

مقدمة .1.1

فيييييين القيييييير الثييييييام عويييييير لعييييييرص ثييييييوري ت نولو يييييييا فيييييين ال ييييييال تخييييييت فيييييين يييييير حديثيييييية

واسييييييتخدامعا فيييييين لييييييراب ال نيييييياا لتوييييييييد األ نييييييية ال الييييييية ا رتفييييييا ونا حيييييياص السييييييحا التيييييين

تمتد لمئاص األقدا فن العواا.

ي ييييييو عييييييدي القيميييييية لييييييو ول يييييي تييييييذا الت ييييييور الرتييييييي فيييييين ال مييييييرا ييييييا ميييييي المم يييييي

لعور ت نولو يا عر ومي اني ية ديدي فن نصف الحق ة الزمنية وتن المصاعد.

وتييييييذن الت نولو يييييييا لييييييص ميييييير اسييييييتخدا تييييييذن ال ناييييييياص الويييييياتقة عميييييي لييييييير وييييييا . و التييييييالن

إ المصيييييياعد الحديثيييييية انييييييص المفتيييييياو الحقيقيييييين لن يييييياو تييييييذا الت ييييييور العائييييييل فيييييين تندسييييييتن فيييييي

وال ماري الحديثتي .اإلنواا

ت ييييييرن اليوييييييا ت ييييييار ول مصيييييي د فيييييين التيييييياريس ,لييييييا األمري يييييين اليوييييييا وتييييييي , مييييييا ا وي ييييييود ا

وتيييييي يييييا ع ييييياري عييييي نليييييا دييييييد بمييييي للمصييييياعد ي تميييييد عليييييا ميييييا ي يييييرف ال يييييا واليييييذ

يوفر قصا در اص الس مة واألما لم ت فن داخل تذن المصاعد.

ونييييييص فيييييين الو ييييييياص المتحييييييدي األمري ييييييية تييييييا ر ,لييييييا نيويييييييور ميييييي من قيييييية فيرياليوييييييا وتيييييي

وعميييييل فيعيييييا و ثنييييياا عملييييي فييييين م ميييييل فييييين نيوييييييور حيييييل نييييي يليييييز رفييييي ب ص ييييييري ,ليييييا

المصيييييياعد ال وا يييييي ال ليييييييا فصخييييييذ تصييييييمي مصيييييي دن األول ثيييييي قييييييا تصسييييييي ول م مييييييل لصيييييين

ول نيييييييي ميييييييي دو ر مري يييييييين 133 وعييييييييرب ول مصيييييييي د لل ييييييييي م ليييييييي 1581فيييييييين عييييييييا

عيييييييرب وتيييييييي مصييييييي دن يييييييم ف اليييييييياص الم يييييييرب 1581األسيييييييف لييييييي ي يييييييا وفييييييين عيييييييا

ال يييييالمن اليييييذ قيييييي فييييين ريسيييييتال يييييا فييييين نيوييييييور . وقيييييد ان عييييير ال معيييييور عيييييذا ا ختيييييرا

قييييييد ثيييييي ليييييي ميييييي 13 وخصوصييييييا عنييييييدما ر يييييي اليوييييييا داخييييييل المصيييييي د وارتفيييييي مسييييييافة

الح ييييييال و قيييييين المصيييييي د فيييييين م انيييييي وليييييي يسييييييق مسيييييياعدن يق يييييي الح ييييييال و الف ييييييل تيييييي ق يييييي

علييييييا األرب و ييييييذل حيييييياز اختراعيييييي علييييييا ثقيييييية ال معييييييور وتيييييي التص ييييييد ميييييي نيييييي بميييييي ويم يييييي

ا عتمييييياد عليييييي للتنقيييييل يييييي ال وا ييييي المختلفييييية وتوسييييي ص الوييييير ة التييييين سسيييييعا اوتيييييي لتصيييييني

تلتعيييييا فييييير حيييييول ال يييييال 033المصييييياعد لتويييييمل افييييية قييييياراص ال يييييال و صييييي لعيييييا ثييييير مييييي

. 1551ور ة وندلر السويسرية


2

Hydraulic Elevatorالمصاعد العيدرولي ية .0.1

( وا والس فن استخدامعا تو الت اليف األولية المنخف ة لعذا النو 7 - 6تستخد لل وا المنخف ة )

م المصاعد المقارنة م مصاعد ال ر.

يستخد تذا النو اس واناص تيدرولي ية نتقال ال ر ة محر م خة ت س المائ داخل ا س وانة صماماص للتح ومائ يتدف انحدار م تدل وتو لال ا الزيص.

. ول األ ثر ويوعا تو المصاعد دو فتحة فن ب التصميماص يت است دال ا س وانة فتحة فن األرب .1.1فية وخر القواني ما فن ورو ا الو ل وذل لتفاد تلويث الميان ال و

متر ول ن 03, سرعة المصاعد العيدرولي ية حوالن متر الثانية ما المسافة التن تنتقل خ لعا تت اوز

ا نتقال لمسافاص علا يتو ت ير ق ر ال ستو و التالن ت اليف علا و ياعاص ر. يت

إن محاسن هذا النوع هي:

حر المقارنة م مصاعد ال ر. الح الصغير الذ تحتل للم داص والمتح ماص والم خاص والم -1

تستخد لل وا السفلية . -0

ت اليف ولية قليلة . -1

و ود للثقل الم ا الذ يقو ت يي مسار ا نتقال لل ر ة. -1

التحميل يستند ,لا األرب ولي ,لا ال ناا وتذا يتر ت اليف قل ما , راااص األما فن تذا النو -8

أل ال ر ة تست ي تنزل عند التوغيل اليدو لصما ال وارئ و ي ا نستخد م المصاعد ت ت ر سي ة الم خة اليدوية ل ن ترف ال ر ة عند وقو الحادث فن حال ع زص المتح ماص ع ا ست ا ة.

أما مساوئ هذا النوع فهي:

القدري عالن عند الص ودال اقة ال الية المستعل ة عند التحميل ال امل لل ر ة فن حالة الص ود احتياج سرعة منخف ة ما لزو ة الزيص تتغير اخت ف در ة الحراري مما يؤثر علا ودي محدودية ال وا

ا نتقال ال ر ة مما يت ل صيانة ل .

Traction Elevatorمصاعد ال ر .1.1

( m/s3.08 – m/s17تذا النو م المصاعد تو المستخد ثري حيث ي ن م ال واس للسرعة )

(. Ton 10و ذل النس ة للحمل )ا ست اعة( فإن يت اوز )

( تقاد واس ة sheaveفن مصاعد ال ر فإ ال ر ة ت و م لقة واس ة ح ال والتن تر حول ري )

( والذ يواز ي Counterweightالم ا )محر عر ائن. , وز ال ر ة ي ادل واس ة الثقل

( م الحمل المقدر.%50 - %45وز ال ر ة وي اف ,لي )

, العدف م الثقل الم ا المحافلة علا توتر افن لنلا الت لي حيث , قوي ال ذ تت ز ي الح ال

وي ال ذ تت ز ي الح ال و ي و ي ال ري المقادي م المحافلة علا توتر افن لنلا الت لي حيث ق


3

: نموذج مص د تيدرولي ن 1.1 الو ل

ال ري المقادي م المحافلة علا مستوى ثا ص م ال اقة المحتملة للنلا والذ يقلل م ال اقة المستعل ة.

( ول ف ل التقد فن ا ل ترونياص ت استخدا DC انص مصاعد ال ر التقليدية مزودي محر تيار مستمر )

وفرص ورو سلسة للتسري نواععا )التحري ية والتزامنية( حيث ( مختلفACمحر اص التيار المتناو )

فتحة التعوية

,ناري ال ر ة

ال ر ة

مسار ال ر ة

ال س و

خزا الزيص

الم خة

الخزا

األس وانة

لوحة تحديد

المو

تحديد الو عة

ولوحة ال ل

لوحة تحديد المو

ومحر ال ا


4

ي ي نموذج م س لمص د ر. 0.1 الو ل واإل اا

وتصنف مصاعد ال ر التالن :

مصاعد ال ر م عل ة سرعة و دو عل ة سرعة. -1

م لرفة لآللة و دو لرفة لآللة.مصاعد ال ر -0

مصاعد ال ر م الثقل الم ا و دو الثقل الم ا . -1

مصاعد ال ر م ح ال ت لي و دو ح ال ت لي . -1

مصاعد ال ر دو مسار للمص د. -8

مصاعد الجر مع علبة سرعة أو بدون علبة سرعة. .1.3.1

( ا و سرعة انتقال 03 -7ال عر ائية م عل ة سرعة لل وا متوس ة ا رتفا )تستخد مصاعد ال ر

( ول و ود التر يقلل م الح وت لفة قل للمحر ويست ي m/s – m/s0.8 0.1للمص د حدود )

ي مل المحر سرعاص عالية إلنتاج ال ز الم لو وتتصلف اآللة فن تذن الحالة م محر فرامل

عل ة سرعة و ري لل ر.

مص د ر مص د تيدرولي ن


5

0.1 الو ل

فتحة التعوية –1 مقصوري التح –0

ع لة السح – 1 المسار المغل الذ تتحر من ال ر ة -1

,ناري ال ر ة – 6 ا ص ال ر – 8

ال ر ة – 7 م ادل الوز – 5

م دل التردد – 9 المحر – 13

عل ة السرعة – 11 لوحة التصوير لمو ال ر ة – 10

محر ال ا – 11 لوحة التح الو عة )داخل ال ر ة( – 11

لوحة التح )خارج ال ر ة( – 18


6

فن مصاعد ال ر التن تحو عل ة سرعة تقاد ال ري م اوري واس ة المحر لذا فإ ال ياعاص النات ة

)عل ة السرعة( قد ت تفاديعا وتذا النو مستخد األ نية ذاص ال وا ال الية والتن ع و ود األترا

( ول حديثا ت ت وير تذا النو م المصاعد m/s – 17 m/s 2.5تتراوو سرعة المحر فيعا ي )

ة فن تذن ( وتتصلف اآللm/s 2.5لت ئ األ نية ذاص ال وا القليلة والمتوس ة وللسرعاص المنخف ة )

( و sheaveالحالة م محر ري ال ر فرامل. حيث المحر موصول م اوري م ري ال ر )

عندما يدور المحر سرعة منخف ة نف السرعة. يو د ياعاص نقل وذل أل تما يدورا

ري تساو ,لا حاصل داا محي دائري الالخ ية عا فإ سرعة الح ال والتن ي يدور( B)الملح

( فإ المحر mm 750( وق ر ري )m/s 5 سرعة دورا المحر ف لا س يل المثال عند سرعة )

(.rpm 128 يدور م دل )يحتاج ,لا

n =

=

= 128 r.p.m

1.1 الو ل

مصاعد الجر مع غرفة لآللة أو بدون غرفة لآللة. .1.3.1

تزود غرفة لآللة حيث فن المصاعد العيدرولي ية المحر , مصاعد ال ر والمصاعد العيدرولي ية

والم خة فن ينة التح مما يؤد ,لا ح للت عيزاص وفن ال ادي تو لرفة اآللة سفل المص د

النس ة للمصاعد العيدرولي ية ينما تو فن األعلا النس ة لمصاعد ال ر.

م ح الت عيزاص و التالن م ح المص د وخاصة فن , ت ور المحر اص دى ,لا التقليل و ل ير

المحر اص التزامنية ذاص المغنا ي الدائ و دو عل ة للسرعة حيث ح المحر قد صغر وذل

ف ل ت ور استخدا نلا ا ص ال ر. حيث عادي المصاعد التن تحتو علا لرفة لآللة ت و


7

( m 80والسرعة وا ست اعة ول مؤخرا يم تنتقل للمسافة )محدودي دي عوامل مسار الص ود

ي ي مخ مص د حديث دو 8.1مسافر. والو ل 01( ما ي ادل kg – 1600 kg 630و وز )

لرفة بلة ودو عل ة للسرعة يستخد في محر تزامنن ذ مغنا ي دائ , تذا النو م المصاعد ل

يت ل المزيد م التعوية. داا عالن ول ن

مقارنة ي المصاعد فن األ نية التقليدية : 1.1 الو ل

مصاعد الجر مع الثقل المعاكس أو بدون الثقل المعاكس. .3.3.1

ت و نعاياص ال ل مزودي ح ة تسنيد و ري متدلية ) علا او سفل( ال ر ة وو ود الثقل الم ا و ل

فإ سرعة ال ر ة سوف تقل 2:1 و 4:1ذل يولد قوي م اعفة لنلا ال ر م ل نلا ا ص ال ر

ة المذ وري و التالن ( م سرعة الح ل ما التحميل علا الح ل سوف ينق نف النس 1/4 و 1/2)

نست ي نقلل م ق ر وعدد الح ال والذ دورن يؤد ,لا تقلي ح المحر المستخد .

دو حا ة لمواز الثقل و التالن ي ن مساحة ر وحرية ثر 10:1تنا نلمة م ا ص ال ر

.6.1ت و ر ما تو م ي الو ل ف نتقال ال ر ة التن سو


8

KONE : المصدرKONE : المصدر KONE : المصدر

KONE : المصدر

عل ةمحر تزامنن ذ مغنا ي دائ و دو

فن تذا النلا ي ادلثقل الم ا سرعة حيث ال ل فن نلا ر ل ة سرعة ا الم ثقلال نصف

مردود ر ث ث مراص م المصاعد العيدرولي يةوذ

% مما يقلل ا ستع 60واستع اقة قل نس ة

السنو لل اقة فن تذا المص د

حا ة فن تذا النلا لغرفة منفصلة لآللة حيث

المص د فيما يسما ت دمج المحر م مسار

)Compact System (

لوحة دخول للصيانة حيث ت و مت املة م , ار ال ا

التن توغل امل ح المسار ةال ر

KONEالمصدر مخ مص د ر حديث : 8.1 الو ل


9

6.1 الو ل

مصاعد الجر مع حبال تعليق أو بدون حبال تعليق .1.3.1

للمحر لسرعة مي األنوا سا قة الذ ر تستخد ا ص ال ر )ح ال ت لي ( لتحويل السرعة الدورانية

Linearخ ية. تنا نو بخر م المصاعد يستخد ا ص ال ر دا ويستخد المحر اص الخ ية )

Motor فيعا حيث يستخد تذا النو م المحر اص فن المصاعد مت ددي ال ر اص والتن تسير م مسار )

, التصمي النا لعذا نية ال الية.واحد و مساري ت ت ر تذن األنلمة م المصاعد الحل األف ل لأل

النو م المصاعد و دو الثقل الم ا ي تمد علا م املي ساسي تما نس ة الرف ,لا وز ال ر ة و

ح المحر .

: نموذج لمص د دو ح ال ر 7.1الو ل


10

بدون مسار للمصعد )البانورامية( مصاعد الجر الخارجية .1.3.1

تذن المصاعد ونعا ال امل فن ملفص للنلرالونا ال د عذا النو فن اليا ا و ا ت تر ي ول مص

فإ تذن السرعة لعذا النو 0330 وحس دراساص ت نورتا عا 360m/minخارج الم نا و سرعة

ية لي لعا دار لمسار المص د وت و م المصاعد تن األعلا فن ال ال . , مصاعد ا ست راب الخار

ال امل خارج ال ناا. ولحماية عر ة المص د م ال وامل ال وية التن قد تؤد للتآ ل و الصد يت استخدا

ي ي نموذج م لعذن المصاعد. 5.1 نل ستيل والمواد المقاومة للصد والو لمواد خاصة م الستا

ةعد انوراميا: مص 5.1 الو ل

Double Deck Elevator Systems نلمة المصاعد الحديثة ذاص ال ا قي . 1.1

....,لس( ي -ر ا –فن األ نية ال الية ت ت ر المصاعد تن الوسيلة الوحيدي لنقل ونا ) ائ

ال وا المختلفة حيث نعا تنقل ل ونا يم رف الراف ة ونلرا أل عدد الزائري لعذا النو م

األ نية ي و ير دا وخاصة فن ب ساعاص الذروي فيت الل وا ستخدا المصاعد ذاص ال ا قي

المصاعد ذاص ال ا قي تن انخفاب عدد المصاعد المستخدمة , الفائدي الحقيقية م ال يئة(. )السري ة و

تقري ا استخدا ثما 0:1فن نقل ال دد نفس م الر ا ,ذا ت استخدا المصاعد ال ادية التقليدية و نس ة

مصاعد عادية ي افئ استخدا خم و سص مصاعد ذاص ا قي .

لتؤم التواز الم لو والتوقف الدقي للمص د 2000m2يت ل تذا النو م المصاعد مساحة تت اوز

علا ا قي متتاليي .


11

:نموذج مص د ذ ا قي 9.1 الو ل

)المتقد , ال ريقة المثلا لتل ية افة ال ل اص تن تحديد م ا ل عر ة )مص د( حيث ال زا األمامن

واألقر لم ا ال ل ( م المص د المناس تت مزامنت للتوقف الدقي فن الممر عند نق ة ال ل .

ال ل و ل يث يست ي تل يةتنا حل ثر فاعلية وتو اختيار ف ل مص د للو عة التن نريدتا ح

حيث ن فن المصاعد ذاص ال ا قي تولف متح ماص مت وري لت فل اختيار ف ل مص د وذل سري

لتخفيب زم انتلار الرا و ذل زم الرحلة و ذل تخفيب عدد توقفاص المص د حيث يست ي

سفلن م المص د عند ال زا ال لو م المص د عند الرل ة الص ود نحو األعلا ينما يست ي ال زا ال

الرل ة النزول لألسفل.

( Hall Call Allocationمثل نلا توزي نداااص ال ل ) ( C)الملح , نلمة التح المت وري

تتخل م الموا ل المت لقة تحديد الر ا للو عة التن يريدونعا وت داخل ال ر ة حيث نع يحددو

ة للمصاعد م خ ل واواص لم و واواص عادية وم الو عة وت خارج المص د فن المح اص الرئيسي

علا ف ل مص د ل ل ع ويخ رت التو ,لي . وتذن األنلمة ساعدص ي ا يقو النلا اختيار ث

الر ا فن زم الذروي والمتمثلة توقف ال ر ة للنداااص ال ثيري عند ل التخل التا م افة موا ل

.13.1 ال ل اص الو ل ير مت ا ما و و ل ل


12

: مقارنة ي األنلمة التقليدية وا نلمة الحديثة 13.1 الو ل


13

الدواري()األنلمة نلمة المصاعد الحديثة مت ددي ال ر اص و ذاص المساري .8.1

فن األ نية ال الية نلرا ل دد ال وا ال ير ف يم للمص د يتوقف فن ل ا ولذل يت تصمي

– 63 – 13 نلمة المصاعد حيث ي و فن الم نا ث ث و ر مرا ز لنا حاص السحا فن ال وا )

( حيث يصل المسافري ,لا حد تذن المرا ز وم ث يتو عو ,لا ال ا الم لو استخدا 103 – 93

163مص د ثانن حيث يت استخدا مصاعد ر ا ص قوية دا حيث يم لعذن المصاعد تستوع

, غاا ال ا ص ليا .را ما سمحص التصامي اإلل ترو مغنا يسية التن تستخد المحر اص الخ ية إل

ما يميز المصاعد الحديثة مت ددي ال ر اص ع المصاعد التقليدية و ود ثر م عر ة فن المسار الواحد.

حيث ت ل ( تحو ح ال ر فن مسار ال ر ةالتن تصميماص ب التنا تقاد ال ر ة محر عر ائن )

ائن الذ يقودتا. يم لل ر ة تتحر ص ودا ال ر ة واس ة ح ال ر قوية دا المحر ال عر

وت و ا فن ا ت ان ال مود فن المسار. عندما ت و ال ر ة فن و الراحة عند خروج و دخول الر ا

و فن فتري انتلار ال ل لرحلة ديدي م الر ا المتوا دي فن مرا ز ا نتلار يت تفري المسار م

انتقال ال ر اص األخرى. يوفر نلا مي اني ن ,م انية حر ة المص د األفقية م ال ر ة م ل السماو

المسار للمر ز. حيث يفت تلقائيا دتا ا المص د ويخرج الر ا . وعندتا تص ال ر ة فن حالة س و

و انتلار ل ديد م ل نقل ر ا دد.

ة عر اص: نموذج مص د دوار ذو مساري و ست 11.1 الو ل


14

مصاعد خاصة .6.1

Marine Elevatorالمصاعد المستخدمة في السفن . 1.6.1

تتصف تذن المصاعد :

قيادي بمنة وسعلة. -

استع منخفب لل اقة. -

مساحة صغيري. -

وز قليل. -

سعولة و ما فن الصيانة. -

( التن تتمت مساحتعا المثلا و ذل قلة استع ال اقة. Compactالمدم ة )لال ا يت استخدا المصاعد

( ما النس ة للسرعة ف داعن تنا للسرعاص ال الية وت و 400Kg – 1000Kgوعادي ت و س ة المص د )

.1m/sسرعة المص د

نموذ ي مختلفي لمصاعد تستخد فن السف : 10.1 الو ل


15

Multi-purposeمصاعد السيارات –مصاعد الشحن والبضائع .1.6.1

ي مواصفاص ساسية لعذن المصاعد تستخد تذن المصاعد لنقل الحمو ص الثقيلة وال ائ ولذل د م عد

قوي رف عالية ومتينة وقدري علا التخل م ا را اص الحر ة. -

توقف دقي علا ال وا لرف و,نزال الحمو ص. -

تصمي خا لأل وا ل ستفادي ال املة م امل ح ال ر ة. -

( ويت استخدا مصاعد ر م دو لرفة لآللة 5000kgت و است اعة تذا النو م المصاعد عالية )

0.5ل ستفادي ال املة م المساحة وت و سرعة تذن المصاعد منخف ة حيث حا ة للسرعة ال الية )

m/s – 0.75 m/s.)

: نموذج لمص د لل ائ 11.1 الو ل


16

حددص الدراساص األخيري ,م انية استخدا ل نو م األنوا السا قة الذ ر فن األ نية مختلفة ا رتفا حيث

( ا يسم استخدا المصاعد العيدرولي ية ول م مراعاي 18 – 3فن األ نية المنخف ة ا رتفا )

ا رتفا التن ستر عندن ومراعاي نو المص د العيدرولي ن المستخد ون حل مؤخرا ن ص استخدا

مصاعد ال ر دو عل ة سرعة ودو لرفة لآللة م ل األ نية منخف ة ومتوس ة ا رتفا وال الية

ما مصاعد ال ر المزودي ل ة سرعة فيم استخدامعا فن األ نية ال الية ي مح تي ( ا078 – 3)

( ا و ذل مصاعد ال ر دو عل ة سرعة يم 133 – 83 فن ال وا متوس ة ا رتفا )

تستخد استخدامعا فن ال وا ال الية فن علا األ نية ال الية ما النس ة للمصاعد دو ح ال والتن

وذل س ت اليف )التن تصل داية ال رج نعايت ( المحر اص الخ ية ف تستخد دا فن المصاعد ال يري

ف م ت ور تذا النو م المحر اص لال ا يت استخدا انتا عا اتلة الثم ول يتوق ت اؤل تذن الت الي

(D)الملح ا عتماد علا األنلمة الدواريصمي النلاتذن المصاعد فن األ نية ال الية ي المح اص ويت ت

.التن يناتا فيما س

: ت ور استخدا المصاعد ال عر ائية 11.1 الو ل

مكونات المصاعد الحديثة في األبنية العالية الفصل الثاني

16

مقدمة . 2.1

ادة اختيار أبواب المصاعد بناء على عدة شروط وهي : يتم ع عدد دورات الباب في السنة حيث تعادل الدورة فتح وإغالق لباب المصعد . .2 مبنى حكومي( . –مجال التطبيق أي المكان التي سيتم وضع المصعد فيه )مشفى .1 المواد المستخدمة في األبواب . .3

وهناك نماذج كثيرة ألبواب المصعد ويتم عادة اختيار النموذج المطلوب بناء على :

يدوي( . –طريقة الفتح واإلغالق )أوتوماتيك .2 المكان المتاح . .1

: النماذج المختلفة لألبواب 2.1 الشكل

أساسين وهما الجزء من الباب الذي يتم وضعه في كل طابق من تكون أبواب المصاعد عبارة عن جزئينالمبنى والجزء الثاني الذي يركب على عربة المصعد وكذلك الوضع بالنسبة للسكة حيث يكون هناك سكة تركب في كل طابق وكذلك سكة توضع في العربة وبالتالي في حال الرغبة بتجديد األبواب ال داعي لنقوم

كامل وإنما نقوم بتبديل فقط الجزء الذي يحتاج لذلك ونحافظ على البقية وبالتالي يكون هناك بتبديل الباب بال تكاليف صيانة أقل.


17

الشروط التصميمية ألبواب المصاعد : : 2.2

مرة في السنة ، وذلك 088888يتم عادة تصميم أبواب المصاعد بحيث يتم فتح وإغالق الباب -2

ليتالئم مع أي تطبيق . بعاد :األ -1

حسب ( 800mm – 1500mmالفتح المركزي بلوحين أو أربع ألواح يتم جعل األبعاد ) -

الحاجة.( 800mm – 1500mmالفتح باتجاه واحد من أجل لوح أو اثنين أو ثالثة يتم جعل األبعاد ) -

حسب الحاجة . .(2000mm – 2200mmاالرتفاع )القياسي( ويكون اختياري ) -

األداء : -3 مواصفات األمان والراحة حسب المتطلبات األوروبيةتحدد ثانية . 1.8زمن فتح الباب أقل من

ثانية . 2.2زمن إغالق الباب أقل من

55الضجيج : أقل منdB . لمسافة متر واحد عن الباب

مبادئ العمل )المحركات المستخدمة( : -4 جهد من ) محرك ثالثي الطور متناوب تحريضي )ال تزامني( يعمل عند أي

.(BLDCأو محرك تيار مستمر ذو مغناطيس دائم ) ( )( وبتردد

.محول متكيف ألي جهد ضمن الحدود المذكورة ( 170استهالك وسطي للطاقةw( قد يصل لـ )900( واستهالك سريع )لحظيw. ) . حزام نقل مسند للعزم

(: 1.1األمان )الشكل -5

.حساس ضوئي

.)حزمة ضوئية علوية )حساس . حساس ضوئي ثالثي البعد .قفل لعربة المصعد

: حساسات األمان 1.1الشكل

تصمم أنظمة أبواب المصاعد الحديثة لتكون بالمواصفات : .تخفيض عمليات الصيانة وبالتالي التكاليف وتأمين أبواب بمواصفات عالية بدون أي استبدال -2

تباطؤ / تسارع ناعم عند الفتح واإلغالق . -1، دد بمقارنة مع الفروقات في أوزان أبواب المصاعد المستخدمةإن تنظيم السرعة يمكن أن يح -3

لتأمين عملية انتقال متينة وآمنة للباب من طابق آلخر.

عمل المحرك المغناطيسي ذي التيار المستمر ضمن حيز مغلق يساعد على امتداد عمر أبواب -4 المصعد وتخفيض الصيانة.


18

تحريضي ثالثي الطورمحرك محرك تيار مستمر ذو مغناطيس دائمحجم صغير وأداء عالي واستهالك قليل للطاقة .2

الكهربائية. أجزاء ميكانيكية قليلة. .1 معدل خطأ قليل في الفتح واإلغالق. .3

حجم كبير وأداء منخفض واستهالك كبير .2 للطاقة الكهربائية.

تجهيزات ميكانيكية معقدة. .1 معدل خطأ مرتفع في الفتح واإلغالق. .3

نظام القيادة والتحكم بمحرك األبواب : -6

في المصاعد التقليدية تتم قيادة المحركات المستخدمة في األبواب بالنظم التقليدية المعروفة التي تعتمد ثابتة ولكن استهالك الطاقة في طريقة القيادة هذه V/Fعلى تغيير التردد والتوتر للمحافظة على نسبة

مة القيادة الحديثة التي تستخدم األنظمة الذكية حيث توفر هذه األنظمة يعتبر عالي بمقارنته مع أنظالنظم التقليدية المعروفة ولذلك بدأ استخدام % من 65يقل بمعدل استهالك في الطاقة الكهربائية يمكن أن

هذه األنظمة في كافة المصاعد الحديثة.


19

يفتح ث باب مصعد حدينموذج

بشكل آلي

محرك تيار مستتمر

ذو مغنتتتاطيس دائتتتم

يتمتتتتتتتتتع بالهتتتتتتتتدوء

والمردود العالي.

كرستتتتتتتتي تحميتتتتتتتتل

مغلتتق ال تطلتتب أي

عمليات صيانة.

حستتتتاس إلكترونتتتتي

يعطتتتتتتتتتي شتتتتتتتتتعاع

ضتتتتوئي يتتتتتم فتتتتتح

الباب عند قطعه.

وصتتتتتلة للقيتتتتتادة

قابلة لالستتعمال

المتكتتترر وذلتتتك

لتتتتتوفير الوقتتتتت

.والتكاليف

داخلتتي يفصتتل مؤقتتت

المحتتترك نالطاقتتتة عتتت

لمنتتتتع االرتفتتتتاع فتتتتي

درجتتة حرارتتته وذلتتك

عندما يكون الباب إما

مغلق تمامتا أو مفتتوح

تمامتتتتتتا فتتتتتتي أوقتتتتتتات

محددة.

اللوحتتتة التتتتي تحتتتدد ستتترعة

انتقال المصعد بين الطوابتق

حيتتتث يتتتتم تزويتتتدها بليتتتدات

ضتتوئية تظهتتر المكتتان التتذي

وصتتلت العربتتة إليتته )دليتتل

ضوئي(

نظتتتتتتتتام قيتتتتتتتتادة

بحزام صامت.

مكونات المصاعد الحديثة في األبنية العالية الثاني الفصل

20

خدم أنواع خاصة من الحبال في المصاعد والبد من توفر الميزات التالية في الحبال :تست

جودة ثابتة. -

غير قابلة للتمدد. -

تكاليف صيانة ثابتة. -

استخدام موثوق. -

بنية الحبال المستخدمة في المصاعد. 2.3

: تكون نواة الحبال Rope( حبال المصاعد 1

مصنوعة من ألياف خاصة.

: تتألف من طبقة أو أكثر من Strands( الجدائل 3

األسالك , والتي تكون متراصة لولبيا حول السلك المركزي.

: األسالك المستخدمة في حبال Wires( األسالك 2

المصاعد مختلفة عند تلك التي تستخدم مع الرافعات.

. وضعت المقاييس العالمية 1570N/mm2: إن قوة الشد اإلسمية في ألمانيا تعادل درجات قوة الشد لألسالك

وأصبحت معروفة في أمريكا واليابان وأوروبا وتستخدم في المصاعد حبال ISO 4344لحبال المصاعد

مزدوجة الشد.

صاعد ويتم بالمنوعين رئيسين من األنوية التي تستخدم في الحبال الخاصة : هناك النوى )قلب الحبل( على التطبيق وهما : االختيار بينهما بناءا

النواة الليفية والتي تصنع من ليف طبيعي أو ليف صناعي. (1 النواة الفوالذية )سلك فوالذي(. (3

بسبب المرونة , فإن الحبال ذات النواة الليفية تتكيف لوحدها بحدود معينة بشكل متطابق مع بيئة العمل. النوى ( تتمتع بقوى احتكاك أفضل من المصنوعة من األلياف sisal-yarnمن األلياف الطبيعية )المصنوعة

الصناعية.

ختيار قطر الحبلا. 2.3

إن أقطار الحبال المستخدمة في المصاعد يجب أن تكون أقل من األنواع االخرى للحبال. والسبب يعود

لضمان التطابق الدقيق بين الحبال والحزم للحصول على قوة جر كافية وأيضا الحصول على أفضل


دول التالي ( يبين الجEN 12385-5 and ISO 4344تبعا للمقاييس العالمية ) .حزمةمتانة للحبال واأل

أقطار الكابالت المستخدمة في المصاعد.

Construction of Strandبنية الجدائل . 2.3

( 1-9-9البنية األكثر انتشارا لحبال المصاعد هي )

المبينة بالشكل. ويعود ذلك ألن الحبال في المصاعد

تتعرض لالحتكاك كثيرا أثناء االستخدام وبفضل

األسالك الخارجية الكبيرة لهذه الجدائل والتي لها

كبير فلن تتعرض الحبال للقطع إال في سطح معدني

اسوأ الحاالت.

seale


إن عمر هذا النوع من الحبال أطول من النوع

( , وهذا بسبب وجود %40 - %20السابق بنسبة )

عدد أكبر من األسالك وبحجم أقل لكل جديلة. والبد

المستخدمة في من األخذ بعين االعتبار أن الحبال

المصاعد ال تتعرض فقط لالحتكاك وإنما تتعرض

أيضا لعزوم االنحناء. وخصوصا في المصاعد

الهيدروليكية التي تستخدم الحبال.

Warrington

ولذلك تم اعتماد هاتين البنيتين في الواليات المتحدة وألمانيا الستخدامهم في مسار المصعد.

إن البنية المركبة من النوعين السابقين

(Warrington-Seale ال تكون مناسبة بالوضع )

الطبيعي لالستخدام للتعليق ولحواكم الحماية. ولكن

وألسالك 24mmمكافئ هذه الحبال األكبر من

ال تكون مرنة بالشكل 22mmالتعليق األكبر من

ام هذا النوع من الكافي. وهذا السبب كافي الستخد

سلك.32الحبال وببنية تحوي أكثر من

Seale-Warrington

نماذج لحبال جر .2.3

: حبال بنواة من الليف الطبيعي األولالنموذج .1.2.3

هذا النوع من الحبال يستخدم الليف الطبيعي

كنواة , ويتمتع هذا النوع بالمواصفات :

جدائل محيطة. 2أكثر من (1

األسالك بأقطار صغيرة جدا بمقارنتها مع (3

األنواع األخرى.

الشكل( هي بال شك أكثر األشكال استخداما كحبال تعليق. ولكن )كما يوضح 8x19 sealeإن بنية الحبل

لها سوق كبير في ألمانيا بسبب خصائص إجهاد االنحناء التي تتمتع 8x19 Warringtonأيضا البنية

بها. وعلى أي حال فإن استخدام ثمان جدائل مع الليف الطبيعي هو أفضل حل الستخدام هذه الحبال في

مصاعد الجر.

مكونات المصاعد الحديثة في األبنية العالية ثانيالفصل ال

23

: حبال بنواة من الليف االصطناعي )الفوالذي(الثاني النموذج .3.2.3

هذا النوع من الحبال يستخدم الليف الفوالذي كنواة ,

ويتمتع هذا النوع بالمواصفات :

جدائل محيطة. 2أكثر من (1

المرونة مما يعطيه خصائص انحناء جيدة. (3

قوة كبح عالية بالمقارنة مع القطر. (2

ب , ويتطلب أعمال صيانة قليلة.هذا النوع من الحبال مثاال للمصاعد متوسطة الطل

من الليف الطبيعي والليف الفوالذيمركبة : حبال بنواة النموذج الثالث .2.2.3

جدائل و 8الحبال ذات النواة الفوالذية المحاطة

الجمع بين النواة الفوالذية والطبيعية , شكل

حبل جر ذو مواصفات مميزة توفر المرونة

الحصول عليها بفضل الدمج المطلوبة التي تم

بين النواتين.

ويتمتع هذا النوع بالمواصفات :

قوة كبح عالية بالمقارنة مع القطر. (1

مرونة عالية وبالتالي خصائص انحناء جيدة. (3

يستخدم هذا النوع الخاص من الحبال في أغلب المصاعد المعروفة. (2

نماذج لحبال الحماية .2.2.3الحبال سابقة الذكر هي حبال تعليق , ويستخدم في المصاعد أيضا نوع ثاني من الحبال هي حبال إن جميع

ن ولها دور هام في الحماية واألمان في نظام الجر. بما االحماية من زيادة السرعة وتكون مترافقة مع ترس األمية كان البد من استخدام حبال أقطار أن ترس األمان يتعرض لقوة كبح أكبر من تلك المتولدة في الحاالت الطبيع

أكبر وبتوفير درجات حماية أعلى أو استخدام الحبال الفوالذية بالكامل.

مكونات المصاعد الحديثة في األبنية العالية الثانيالفصل

24

تستخدم في المصاعد األنواع التالية من الحساسات :

الحساسات الكهرضوئية. -1

المرمزات الدوارة. -2

الحساسات ذات الشق. -3

مرمزات تحديد الموضع. -4

الحساسات الكهرضوئية . 2.2

تؤمن هذه الحساسات االستخدام اآلمن والموثوق لألبواب , وتكون هذه الحساسات بالتشكيالت التالية :

مين إغالق حواف األبواب في المصاعد مع حساسات ذات أنواع مختلفة.تأ

متحكمات ضوئية في المصاعد من أجل التأكد من انطباق حواف أبواب المصعد , وذلك الستعمال

آمن ألبواب المصاعد.

.ماسحات ضوئية للكشف عن وجود أشخاص والتحذير من إغالق األبواب

لك لمراقبة مجال االقتراب من العربة عند الدخول أو الخروج ماسحات ضوئية من أجل المراقبة وذ

من عربة المصعد ومراقبة المجاالت المحيطة باألبواب.

حساس ذو مشير راداري : وهو أحدث الحساسات من هذا النوع ويكون مزود بكاشف لالتجاه

وكذلك بنظام اخماد العبور المزدحم.

مشدود ودقيق وذلك للمنازل وهنالك أسوار للمنشآت أسوار ضوئية مع زيادة المدى وإطار خارجي

للحماية من الحريق ذات وثوقية وأمان من أجل نظام اإلغالق والتطويق للحماية من النار.

: نماذج مختلفة للحساسات الضوئية 3.2ل الشك


25

نماذج لحساسات ضوئية حديثة . 2.7.1

ماسح المنطقة النشط .1.1.2.2

تكون هذه الحساسات لها المواصفات التالية :

تأمين اإلغالق الكامل ومراقبة العبور عبر الباب. -1

حساسية عالية. -2

قابلية البرمجة بعشرين طريقة مختلفة وذلك للمراقبة. -3

.VDC – 31 VDC 12توتر التشغيل : -4

.100mAأقل من VDC 30تيار الالحمل عند توتر -5

الحمراء الفعالة تحت ماسح ضوئي باألشعة .2.1.2.2


قابلية البرمجة لوضعي اإلخماد والتخمين. -1

مقطع من األلمنيوم يؤمن : -2

.330mmحزمة ضوئية للمدى -

.257mmحزمة ضوئية للمدى 2 -

.900mmحزم ضوئية للمدى 3 -

نظام مراقبة انطباق الحواف. -3

مما أدى إلى سرعة في آلية القفل. سرعة تبديل أجزاء النظام -4

توتر تشغيل : -5

لكل حزمة ضوئية. 100mA, وتيار 18VAC – 28VACمتناوب : -

لكل حزمة ضوئية. 100mA, وتيار 17VDC – 30VDCمستمر : -


26

الحساسات الضوئية في المصاعد .3.1.2.2


التركيب في األماكن الضيقة.حجم صغير جدا إلمكانية -1

.5mمجال كشف حتى -2

.11VDC – 30VDCتوتر التشغيل : -3

.150mAأقل من 30VDCتيار ال حمل عند توتر تشغيل -4

.950nmنمط إضاءة بأشعة تحت حمراء وبطول حزمة -5

الماسح الضوئي السطحي .4.1.2.2


مع إمكانية التخمين.ماسح ضوئي سحطي -1

.5mمدى الكشف حتى -2

.48VDC/VACتوتر التشغيل حتى -3

.100mAتيار ال حمل أقل من -4

ساتر ضوئي . 5.1.2.2

.240mنقل المعلومات في مسار المصعد حتى ارتفاع -1


27

وصلة صمامية من أجل الحركة السريعة. -2

.1500kbit/sسرعة تبادل معطيات حتى -3

.12VDC – 30VDC توتر التشغيل : -4

قياس المسافة. 2.1.2.2

ضبط موقع عربة المصعد بشكل دقيق. -1

تيار حراري صغير جدا. -2

وثوقية عالية في ضبط الموقع. -3

.0.5m – 150mالمدى : -4

.24VDCتوتر التشغيل -5

: المرمزات الدوارة 2.2

يمكن باستخدام هذه الحساسات تحديد موضع عربة المصعد مباشرة بواسطة ازدياد القيمة المطلقة للمرمز

الدائر. ولهذا الغرض فإن استخدام الحبال الفائقة واألحزمة التي تشد عربة المصعد أمر هام كشرط الستخدام

سلسة مع استمرارية المراقبة في زات الكبح السلس والقيادة الملنوع من المرمزات. تؤمن هذه المرهذا ا

تحديد موضع عربة المصعد باالعتماد على الحمل.ا يتيح هذا النوع من المرمزات حاالت التسارع. كم

لمرمزات دوارةنماذج .2.8.1

األولالنموذج . 1.1.2.2


28

دوران متزايد للمرمز. -1

خط. 1724أكثر من -2

تحمله لألحمال الكبيرة بفضل شكله القرصي المعدني. -3

نبضة وأكثر.1724النبضات عداد -4

.4.75VDC – 30VDCتوتر التشغيل -5

أعظمي. 100kHzتردد الخرج -2

. 6000r.p.mسرعة دوران أعظمية -2

.20Nحمل المحور -2

الثانيالنموذج .2.1.2.2

دوران متزايد للمرمز. -1

خط. 17777أكثر من -2

نبضة وأكثر. 1777عداد نبضات -3

.10VDC – 30VDCتوتر التشغيل : -4

.40mAتيار أعظمي -5

.160kHzتردد الخرج األعظمي -2

. 12000r.p.mسرعة دوران أعظمية -2

.40Nحمل المحور -2


29

الحساسات ذات الشق .2.2

عالية جدا وأهمية في المصعد وتكون لها القدرة على اكتشاف األخطاء في تعتبر هذه الحساسات ذات وثوقية

األبواب والمصاعد وتستخدم بشكل خاص من أجل تحديد الموضع النهائي للمصعد.

: مكان توضع الحساس ذي الشق في المصعد 4.2الشكل

WCSنظام تحديد الموضع في المصاعد الحديثة .17.2

نستطيع الحصول على نظام آمن ومستقر , حيث هذا النظام يؤمن دقة عالية WCSمع نظام تحديد الموضع

و الرمز readhead تحديد الموضعجدا في تحديد الموضع ويتألف النظام من جزئين أساسين هما حاكم

وتستخدم في اكتشاف الموضع لكامل المسار. coderailالفاصل

readhead تحديد الموضعحاكم -

وهو يمسح بشكل دقيق )مسح كهرضوئي( ولسرعات عالية جدا ويحدد uيكون على شكل حرف

.1mmالموضع بدقة أقل من


30

coderailالرمز الفاصل -

تحمل المعلومات عن الموضع الواحد مما يمكننا من تتبع كل نقطة من المسار ولذلك وفي حال حدث

في حاكم تحديد الموضعالمرتفعة تسمح بسرعة بتجميع عطل على وحدة التغذية للتوتر فإن الدعامات

مسار المصعد.

لتحديد الموضع بالنقاط : WCSوبالتالي يمكن تلخيص ميزات نظام

اس القيمة المطلقة للموضع.نظام قي -1

بدون وصالت وبالتالي ال يوجد ضجيج بسبب االستغناء عن أسالك كاشف الموضع. -2

.12m/sسرعة أعلى من -3

±.0.4mmدقة بحدود -4

WCSنظام : 5.2الشكل


31

إن النظام الفعلي هو النظام الذي يحكم االستجابة االوتوماتيكية لعربة أو مجموعة عربات لنداء الخدمة بصورة

بين النداءات في الطوابق وكبسات أزرار تحديد الطوابق في العربة وحركة دقيقة تعطي أفضل النتائج وتوافق

العربة واتجاهها باإلضافة إلى توقعات االزدحام نزوال وصعودا. والنظام الفعلي هو الذي يأخذ جميع هذه

ستكون المعطيات بعين االعتبار ويوجه العربة المناسبة باالتجاه الصحيح , وبدون هذا النظام فإن المصاعد

ذات خدمة سيئة للغاية.

Single Automotion , Push Button Controlالتشغيل األوتوماتيكي بزر مفرد .11..

هذا النظام هو األكثر بساطة بين األنظمة األوتوماتيكية , حيث أنه يعالج طلبا واحدا على العربة كل مرة ويؤمن

ون توقف , ويوجد عادة زر مفرد في كل طابق لطلب العربة يمكنه انتقاال مباشرا للعربة وفقا لهذا الطلب وبد

تسجيل الطلب وسحب العربة عندما تكون وافقة فقط. ولتبيان فيما إذا كانت العربة مشغولة أو ال , توضع لمبة

إشارة فوق المصعد أو فوق زر النداء تشير إلى انشغال العربة إذا كانت منارة وإلى توقف العربة إذا كانت

مطفأة ويطبق نظام التشغيل هذا عادة في األبنية المنخفضة االرتفاع وذات االزدحام القليل بحيث ال تقوم العربة

بأكثر من خمس جوالت في الساعة.

Collective Controlنظام التشغيل التجميعي .111.

م يعد مالئما بسبب عدم عند زيادة االزدحام عن الحد األدنى المذكور في الفقرة السابقة فإن النظام بزر مفرد ل

وجود إمكانية تخزين للطلبات , مما يجعل فترات االنتظار طويلة جدا وخاصة في األبنية ذات االرتفاعات

العالية. وهنا يلجأ إلى نظام تشغيل يعمل بزر وحيد عند كل طابق ويؤمن توقف العربة عند كل طابق سجل طلبا

ومن هنا جاءت التسمية النظام التجميعي , ولكن العربة هنا ال على العربة ليجمع األشخاص المنتظرين ,

تستطيع أن تميز بين طلبات النزول والصعود بسبب وجود زر وحيد للنداء مما يرتب عليه على األشخاص

المنتظرين إما أن يدخلوا العربة ويقطعوا مسافة طويلة باتجاه معاكس أو االنتظار في الصالة وتسجيل طلب

ألن الطلب األول يلغى عند وقوف العربة. إن معظم المنتظرين يفضلون عدم الصعود واالنتقال آخر وذلك

باالتجاه المعاكس ولذلك يضاف عادة لمبة إشارة مجاورة لزر النداء في الطابق تشير إلى اتجاه العربة وهنا

لمتوسطة.النظام يمكن أن يكون مقبوال في األبنية ذات االزدحام الخفيف واالرتفاعات ا

Selective Collective Controlنظام التشغيل التجميعي االنتقائي .11..

هذا النظام التجميعي يكون إنتقائي من حيث أنه يصمم ليسجل كافة طلبات الصعود خالل صعوده , وكافة

طلبات الهبوط خالل هبوطه ويقوم نظام التحكم بتخزين كافة الطلبات واالستجابة لها , حيث يقوم بعدها

أوتوماتيكيا بعكس اتجاه الحركة عند الطلب األخير األعلى أو االدنى. وعند االستجابة لكافة الطلبات وإلغائها

من ذاكرة النظام تتوقف العربة بانتظار الطلب التالي لتعود فتبدأ بالعمل عند أول إشارة طلب نداء تتلقاها العربة

وابق عندما تكون العربة بحمولتها الكاملة حيث تتابع من الطوابق. هناك إمكانية لتجاوز بعض طلبات الط


32

سريعة أو الرحلة رحلتها دون توقف عند طلب ما وذلك لمنع حدوث تحميل زائد وتسمى الرحلة بالرحلة ال

وعند وجود ازدحام شديد وطلب متزايد وفترات ذروة يستخدم نظام المصعدين أي عربتين لكل منهما المباشرة.

حة تحكم خاصة فيها ولكن النظام التجميعي االنتقائي يقوم أوتوماتيكيا بتحويل كل طلب محرك خاص فيها ولو

طابقي إلى العربة األكثر مالئمة لالستجابة إليه على أال تستجيب أكثر من عربة لهذا الطلب . ويقوم النظام

بإيقاف العربات أوتوماتيكيا في الطابق األرضي إلى أن تتلقى طلب ما.

م هذه بالرغم من أن هذا النظام يعتبر مالئما لكن خصائصه تتسبب في فترات انتظار طويلة نسبيا وأه

:الخصائص

تعدد حاالت عكس االتجاه. -.

الطلبات.توقف كامل العربات بعد االستجابة لكافة -1

حركة العربات بنفس االتجاه في معظم األحيان , وهذه الخاصية مزعجة كثيرا حيث يجد السكان غالبا -.

عند دخولهم إلى طابق بغية استخدام المصعد أن العربات قد مرت لتوها في اتجاه واحد , بحيث عليهم

م.االنتظار إلى أنت تتوقف أحد العربات ومن ثم تعكس حركتها عائدة إليه

نظام المراقبة التجميعي ذي التنسيق اإللكتروني .11..

إن النظام السابق ال يأخذ بعين االعتبار توزع االزدحام بين الطوابق لذلك فقد توصل المهندسون والمصممون

إلى نظام تشغيل ومراقبة يتبع لطبيعة االزدحام في المبنى. ففي مشفى كبير على سبيل المثال يبرمج نظام عمل

ة وانتهائها للفترتين الصباحية والمسائية , أما باقي رالمصعد بحيث يواجه ازدحاما كبيرا خالل ساعات بدء الزيا

ساعات العمل فيكون االزدحام خفيف.

أما في المؤسسات والشركات يبرمج نظام عمل المصعد وفق نظام ساعات دوام الموظفين وانصرافهم.

يقوم المهندسون والمصممون ببرمجة النظام وفق ساعات العمل وكمثال على ذلك :

ازدحام أعظمي صعودا )بدء الدوام الصباحي(. -

ازدحام متوازن )ساعات العمل(. -

.ازدحام كبير نزوال -

زدحام كبير صعودا.ا -

ازدحام أعظمي نزوال. -

مرحلة العمل المتقطع. -

في الحالة األولى تقاد العربات من الصالة األرضية عندما تكون محملة وعند وصول العربات إلى الطابق

أما في الحالة الثانية الستجابة طلبات الصالة األرضية. األعلى الموافق ألبعد طلب , تعكس حركتها وتعود

فتتوزع العربات بين طوابق البناء , بحيث يمكن إجابة الطلبات المختلفة بأسرع وقت ممكن مع ابقاء واحدة في

الطابق األرضي. في الحالة الثالثة والرابعة تتوزع العربات بين الطوابق وتتحرك نحو الطابق السفلي مباشرة

لصعود , ثم تعود لالستجابة لطلبات النزول. بعد تحميلها وبعض العربات ال تستجيب لطلبات الطوابق بقصد ا

في الحالة الخامسة تتوقف العربات في الصالة األرضية أو تكون موزعة بين الطوابق.


33

ات دخل عن موقع العربة داخل المسار, الطابق عند إضاءة زر المصعد )عند الطلب( فإن المتحكم يتلقى إشارالمراد الوصول إليه )الوجهة( , الحمل فينتج عنها إشارات خرج لتشغيل األبواب , وقيادة المحرك. يمكن أن تزود المصاعد بعربتين عندما ال تكون العربة الواحدة قادرة على تلبية احتياجات المستخدمين بحيث

ن لنفس المتحكم فتضاف إليه إشارة دخل جديدة وهي تحديد العربة المطلوبة. تربط العربتيوفيما يلي مخطط يبين اختالف طلبات المستخدمين خالل أوقات الصباح والظهيرة والمساء وذلك للعاملين في

فيزداد للنزول لألسفل مع طلبات مكتب حيث يزداد الطلب نحو الصعود لألعلى في وقت الصباح أما عند المساءمتفرقة قليلة للصعود والهبوط أثناء فترة الظهيرة. نالحظ أن التغيرات هي تغيرات لوغاريتمية لذلك نستخدم

بحيث تحدد على سبيل المثال : , 211, الشكل متحكمات لوغاريتمية

أقصر مدة زمنية ينتظرها المسافر. -. أقصر مدة رحلة للمسافر. -1 لجة األعظمية للعملية.قدرة المعا -. الطاقة المستهلكة األصغرية. -.

: المنحنيات اللوغاريتمية 211 الشكل

لذلك فإن البرامج المستخدمة هي برامج لوغاريتمية لتعيين الوجهة المطلوبة وقد تم في اآلونة األخيرة استبدال األزرار التي توضع بجانب الباب للمصعد بأنظمة استدعاء القاعة والتي توضع في مدخل البناء على شكل

ته فيرسل مباشرة إلى المصعد المطلوب لهذه طاولة يرسم عليها مخطط البناء وما على الراكب إال أن يدخل وجهالغاية. إن مجموعة المصاعد تصمم لكي تستجيب للطلبات الثقيلة )طلبات الصعود والهبوط للقمم( ولكن خالل

اليوم فإن مجموعة المصاعد لن تعمل عند الطلب األعظمي وفي حاالت الطلب المنخفض لن تعمل جميع (.C)الملحق تزيد من الطاقة الفعالة للنظام طاقة موفرة سوف المصاعد وبالتالي سوف يكون لدينا

لتقليل من عدد مرات اإلقالع والتوقف للمصاعد في األبنية ذات الطوابق العالية وللحفاظ على الطاقة ومنعها من على اختيار المصعدالضياع فقد زودت المصاعد بما يعرف بمدير المنطقة المالئمة حيث يساعد المستخدمين

.األقرب للوجهة المطلوبة واألقل تحميال مما يساعد في رفع مستوى الخدمة والتسريع في المعالجة


34

أنظمة التجميع واالنتقاء المستخدمة مع مجموعات المصاعد الحديثة في األبنية العالية . 11..

, حيث يمكن أن تستخدم في األبنية العالية , تؤمن هذه األنظمة األداء العالي للنظام والراحة للركاب واألمان

الفنادق , وفي األبنية السكنية المعقدة , والهدف من استخدام هذا النظام :

الستفادة مالكي المبنى وذلك برفع أداء النظام. -.

الستفادة الركاب بحيث يؤمن لهم الراحة وكذلك يخفض زمن الرحلة. -1

ن والراحة.الستفادة الركاب بحيث يؤمن النظام األما -.

الميزات التي يؤمنها النظام للركاب .11..1.

يؤمن هذا النظام راحة أكبر للركاب وذلك ألن الراكب يحدد وجهته قبل الدخول إلى المصعد , وبالتالي تم

التخلص من صعوبة ضغط زر الوجهة أثناء وقت الذروة في داخل عربة المصعد. كما تم تزويد النظام بمعرفة

( إلى المصعد المناسب وبالتالي لم يعد هناك Hall Callلراكب من لوحة تحديد الوجهة )الزمن الذي يحتاجه ا

.(C)الملحق من تحرك المصعد قبل وصول الراكب خوف

لركاب من كما يتم تزويد هذا النظام بخاصية عرض وجهة المصعد من داخل العربة وبالتالي إمكانية تأكد ا

يؤمن هذا النظام الراحة للركاب بحيث ال يسمح إال لعدد محدد من الركاب بدخول دخولهم المصعد الصحيح.

نفس المصعد وذلك ألن كل عربة مصعد تكون محددة لتخدم طابق محدد وبالتالي زمن الرحلة أقصر.

:وبالتالي تتلخص خطوات الوصول للوجهة المطلوبة بثالث خطوات موضحة بالشكل


35

الذكاء االصطناعي لتعليم والتنبؤ باالزدحام في المبنى. حيث في وقت الكثافة يقيس نظام التحكم تستخدم تقنيات

وبالتالي يكون زمن انتظار الركاب للمصعد أقل , ولها ليعطي األداء األمثل للنظامعينات لتغير االزدحام ويح

وكذلك استهالك الطاقة أمثل.

المجموعة , سعة عربة المصعد الواحد , وعدد طوابق المبنى فإن هذا النظام باالعتماد على عدد المصاعد في

( في أوقات الذروة بمقارنته مع األنظمة %100 - %20يؤمن إمكانية زيادة سعة مجموعة المصاعد بنسبة بين )

صول إحداها عد وفور وافإن الركاب ينتظرون جميع المص , a.211, الشكل التقليدية. في أنظمة التجميع التقليدية

فإن جميعهم سوف يحاول الدخول , وبعد ذلك كل منهم سيحدد من داخل عربة المصعد الوجهة التي يريدها

وغالبا في هذه الحالة فإن المصعد سيتوقف عند كل طابق في المبنى وبالتالي يكون هناك تأخير لبعض الركاب

فإن الركاب يحددون وجهتهم ليقوم النظام , b...2, الشكل في أنظمة التجميع الحديثة واستهالك طاقة أكبر.

بتوجيههم نحو المصعد التي تم تخصيصه لنقلهم , ويكون عدد الركاب محدد من قبل النظام وكذلك الطوابق التي

سيتوقف عندها المصعد.

(b )( األنظمة الحديثةa األنظمة التقليدية )

7.2الشكل


36

األنماط المختلفة ألنظمة التحكم الحديثة .11..11

تكون هذه األنظمة عادة بنمطين أساسين هما :

ر في الطابق األرضي النمط الهجين : حيث توضع لوحة تحديد الوجهة خارج المصعد في بهو االنتظا -.

وقات ألتحديد الوجهة أيضا , تكون هذه األنظمة مناسبة في األبنية ذات د المصاعد بازرارفقط , كما تزو

.b.211طوابق المتوسطة والعليا , الشكل اعم في الالذروة الكثيرة وكذلك األبنية التي فيها مط

النمط الكامل : حيث توضع لوحة تحديد الوجهة في كل طابق وال يحوي المصعد سوى أزرار )اإلنذار -1

ب( , هذا النمط يستقبل كافة معلومات الركاب من كافة الطوابق ولذلك تكون لديه القدرة إغالق البا –

ينصح باستخدام هذا .a.112, الشكل أوقات الراحة( –لتأمين أفضل خدمة لكافة األوقات )أوقات الذروة

في األبنية المعقدة وللحاالت : طالنم

وابق.حيث ال تكون المصاعد في المجموعة تخدم نفس الط

.في الساحات التي تحوي عدد من المصاعد يتجاوز الخمسة مصاعد

(a) ( النمط الكاملb النمط الهجين )

2.8الشكل

النظريات الرياضية المستخدمة في التحكم بمجموعات المصاعد .11..1.

إن أغلب أنظمة التحكم بمجموعات المصاعد تستخدم تقنيات الذكاء الصنعي واألنظمة الخبيرة, وقامت مؤخرا

شركات المصاعد اليابانية بتطوير متحكمات عائمة بمجموعات المصاعد باستخدام الشبكات العصبونية.

( تعتمد على األلغوريتم الشامل إلعطاء األداء األمثل للنظام , .100إن أحدث األنظمة والتي طورت عام )

genericحيث يعتبر هذا التطبيق هو إحدى التطبيقات األولى التي تستخدم نظريات األلغوريتم الشامل )

algorithm.)


37

% أو 05استهالك في الطاقة الكهربائية بنسبة فوائد هذا النظام :

يقتصر هذا النظام على توفير الطاقة الكهربائية أكثر من ذلك. وال

عند الحركة إذ أنه أيضا يوفر في الطاقة المستهلكة عندما يكون

. وعلى طول عمر لمصعد في حالة النظام البديل )االحتياطي(ا

عمل المصعد المقدر له يمكن توفير طاقة تعادل التكلفة األساسية

لتصميم هذا المصعد.

محرك تزامني ذي مغناطيس دائم :-. 20الكهربائية أقل استهالك بالطاقة %

% من قيادة 0.من القيادة الهيدروليكية و

نظام الجر بسرعتين.

نظام قيادة بتغيير التردد وبتيار إقالع

%( 0. -% 0.أعظمي أقل بنسبة )

من مكافئه الناتج عن أنظمة الجر

التقليدية واألنظمة الهيدروليكية.

.حجم صغير ووزن خفيف

: استهالك للطاقة

-7500 – 12000 kW/Hrs

-2000 kWh/year بمقارنته مع

نظام الجر بسرعتين.

نظام إعادة القدرة للشبكة :-1 حقن قدرة في الشبكة عند عمل المحرك

التزامني كمولد. وهذا يحدث بشكل خاص عند صعود

عربة المصعد نحو األعلى وهي فارغة

أو هبوطها نحو األسفل وهي ممتلئة

تماما.نة وال تسبب ينتج عنه طاقة نظيفة وآم

أي خلل في الشبكة.

كابالت خالية تماما من الهالوجين :-. كابالت من مواد بالستيكية وال تحوي

أبدا هالوجين.

في حاالت الحريق ال تتولد عن هذه

الكابالت أي غازات سامة.

مكونات هذا النظام

.

.

1


38

انتقال تلقائي للوضع البديل -دقيقة من آخر 15بعد

طلب.تخفيض في الطاقة -

%.30المستهلكة بنسبة توفير طاقة : -

20kWh/year.

إنارة بالليدات تتحمل -عشر أضعاف ماتتحمله

الهالوجين.توفير بالطاقة -

المستهلكة بنسبة 80.%

560توفير طاقة : -kWh/year

إنارة بالطاقة الشمسية حيث أن الطاقة المستهلكة في إنارة عربة المصعد بواسطة الليدات يمكن الحصول عليها دون اللجوء

للشبكة الكهربائية وباستعانة بالطاقة الشمسية –, حيث يؤمن النظام المكون من )منظم شحن

بطاريات( الطاقة الالزمة –ألواح خاليا شمسية

إلنارة عربة المصعد.

نظام إنارة تلقائي للطابق

الذي يتوقف عنده المصعد

توفير وهذا يساعد على

الطاقة المستهلكة في

المبنى

التحكم بالوجهة : نظام التحكم بالوجهة

يوفر في الطاقة المستهلكة كما يساعد

في تنظيم السير )حركة المسافرين(

حيث تستطيع المصاعد تلبية عدد

أكبر من الركاب وكذلك تخديم طوابق

أكثر.

نمط –إنارة العربة

التوفير للمراوح : يوفر

النظام إطفاء آلي للمراوح

واإلنارة بعد آخر طلب

للمصعد وكذلك بعد زمن

يقدره النظام.

وعند طلب المصعد فإن

اإلنارة تعمل تلقائيا. هذا

طاقة يساعد في توفير

.350kWh/year حتى


استهالك الطاقة الكهربائية في المصاعد في حالتي الصعود والهبوط ولكن هناك استهالك للطاقة ال يقتصر.... إلخ( ويقدر هذا االستهالك -التهوية –الكهربائية ناتج عن التجهيزات اإلضافية في المصعد )اإلنارة

ل بشكل دائم مثل أنظمة التحكم % من الطاقة الكهربائية اإلجمالية وذلك بسبب التجهيزات التي تعم09بحوالي

, اإلنارة , التهوية .... إلخ. ولتوفير الطاقة يتم استخدام تجهيزات توفر الطاقة وذلك بإطفاء التجهيزات عندما يكون المصعد متوقف.

.standby mode أو بوضعها في وضع حفظ الطاقة

اإلنارة .2.61

إن عربة المصعد تنار بواسطة مصباح

يستخدم بسبب الفلوريسنت المتوهج والذي لم يعد

15انخفاض مردود اإلضاءة له بحوالي )

lm/w وبعدها تم استخدام مصباح الفلوريسنت )

( وعمره lm/w 50( ومردوده )CFLSالمتكامل )

ساعة , وبعدها 999.أطول من السابق بحوالي

تم استخدام مصباح الفلوريسنت الخطي ومردوده

(100 ml/w ولكن تم إبعاد جميع مصابيح )

الفلوريسنت بسبب احتوائها على الزئبق

ومخاطره البيئية , وفي األونة األخيرة تم

( وعمره lm/w 150استخدام الليد ومردوده )

ساعة وال تتأثر هذه المدة بتغييرات 09999

التردد وال بحلقة اإلطفاء واإلشعال.

التهوية .2.61

Electronically CommutatedEC :

( : وهو محرك ذو مغناطيس دائم ومتحكمات إلكترونية ويستخدم في التطبيقات متغيرة السرعة ECمحرك )

, تستخدم هذه المحركات الستبدال الملفات باالعتماد على تحديد موقع الدائر , فعندما يدور المحرك فإن

دام منظم قدرة , موقع الدائر يتم تحديده بواسطة مرمز تحديد موضع يتم تثبيته ملفات الثابت تنظم باستخ

على الدائر ولكن اآلن تم استخدام تصميمات من دون حساسات. يتم استخدام المراوح المتكاملة لوحدة

والذي يكون ثابته في الداخل ECولكن محرك AC motorأو EC motorالمحرك ويتم استخدام إما

في الخارج يتيح لشفرات المروحة أن توجه حيث حل هذا المحرك بدال من نظام التدفق الهوائي ودائره

بحيث خفف الضجيج واالهتزازات.


بعض المصاعد تتطلب أن تحوي مساراتها منافذ )فتحات( لكي يتبدد من خاللها الدخان في حاالت الحريق

الضجيج الناتج عن تدفق الهواء في العربة وإزالة التغيرات وكذلك أيضا في المصاعد السريعة من أجل تخفيض

السريعة في الضغط الناتجة عن حركة العربة. وكذلك تساعد في تبديد الحرارة الزائدة الناتجة عن المحرك.

باإلضافة لذلك هناك العديد من التجهيزات في المصعد التي ماتزال فعالة وتستهلك طاقة كهربائية والبد من توفير

هذه الطاقة بإطفاء جميع هذه التجهيزات ووضعها في وضع توفير الطاقة في حال عدم استخدامها حيث في فترة

انخفاض الطلب فإن اإلطفاء الكامل لمصعد أو أكثر من مجموعة المصاعد في البناء هو أحد الحلول المقترحة

ر على جودة الخدمة في تلبية الطلبات.لتوفير االستهالك في الطاقة الكهربائية المستهلكة ومن دون التأثي

إحدى هذه الحلول هو تجهيز وضعين بديلين يعمالن على التوالي , األول ال يؤثر على زمن انتظار الركاب

للمصعد حيث يتم إطفاء فقط التجهيزات التي يمكن أن تشغل بشكل لحظي وكمثال على هذه التجهيزات اإلنارة ,

الداخلية وكذلك الخارجية. التهوية , لوحة تحديد الموضع

أما الوضع الثاني فيتضمن إطفاء تجهيزات أكثر ولكن هذا النظام قد يؤدي إلى زيادة زمن انتظار الركاب عند

اإلقالع للنظام وكمثال على هذه التجهيزات وحدة القيادة , استدعاء المصعد وذلك بسبب الزمن الالزم إلعادة

وحدة التحكم باألبواب. وهذا الوضع يكون فقط مناسب في فترات الطلب األصغرية )القليلة جدا(.

تجهيزات األمان في المصاعد الحديثة .2.61

ترس األمان .262.61

تقوم عندماواألمان على إطار عربة المصعد يثبت ترس شد الحاكمة يتم شد حبال الحاكمة , وقضيب رفع بالحبال

ترس األمان سيشد لألعلى , مثبتا وتد ترس األمان على طول السكة ومع زيادة الضغط بين الوتد وسطح السكة

تتباطئ عربة المصعد وتتوقف عند نقطة محددة.


الحاكمة .162.61

لضغط المركزي والتي عادة تستخدم الحاكمة التي تعمل باتكفل أداء موثوق وتوفير في المساحة حيث عند قدح

القاطع الكهربائي وعمل ترس األمان يقوم النظام بتوفير حماية مزدوجة للخطوط العلوية والسفلية وهكذا نكفل

الوثوقية واألمان في المصعد.

العازل .262.61

تضمن عوازل البولي ريثين امتصاص الطاقة عندما

العربة أو الثقل المعاكس يخرج عن السيطرة , حيث تؤمن

هذه العوازل عزل للعربة أو الثقل المعاكس وبالتالي أمان

وحفاظ على سالمة الركاب داخل عربة المصعد.

السرعة ومكوناتها ةعلب. 2061

في هذا 2.5m/sإن أنظمة وحدات التروس المعشقة تستخدم لسرعات الجر المتوسطة والمنخفضة أصغر من

النوع من المصاعد تقوم علبة السرعة بإنقاص السرعة على محور المحرك مما ينتج عنه العزم المطلوب لكي تبدأ العربة بالحركة حيث أن التروس اقتصادية لكن مساوئها تكمن في الضياعات الحرارية نتيجة االحتكاك بين

تدعى بضياعات حركة الزيت. أسنان الترس وهناك ضياعات حرارية ناتجة عن حركة الزيت إن التروس الدودية هي األكثر استخداما حيث تؤمن عملية تشغيل هادئة, مقاومة عالية لعكس جهة دوران

( ويقل 9.-9.محور المحرك وتؤمن استيعاب جيد للصدمة األولى عند بدء اإلقالع. ولكن مردودها من %)

المردود بشكل ملحوظ عند الدورة العكسية بالمقارنة مع الدورة األمامية للترس الدودي.


معدل التقليل بالترس يعطى بتقسيم عدد األسنان في العجلة إلى بدايات الدورة وفي بعض الحاالت يتم استبدال التروس الدودية بتروس لولبية. ولكن في اآلونة األخيرة تم استخدام التروس الحلقية حيث أن مردودها يبلغ

ث أن ضياعات االحتكاك واالنزالق بين لكل شوط من أشواط الحركة بالمقارنة مع التروس الدودية حي 98%

جا و لها تكاليف أولية أسنان التروس قد قلت بشكل كبير عما كانت عليه في التروس الدودية ولكنها أكثر ضجيالسرعة , ,معدل الحمل , لتجهيزات المستخدمة )موقع اآللةإن اختالف أنظمة الحبال يتبع لمتطلبات ا .كبيرة

المساحة المتوفرة..(

شهر األنظمة المستخدمة : أ

يستخدم في المصاعد ذات السرعات المنخفضة إلى المتوسطة

1:1وحيد اللفة a

b 2:2مضاعف اللفة المصاعد ذات سرعات عالية

1:2مضاعف اللفة المصاعد ذات سرعات عالية c

مصاعد الشحن –المصاعد بدون غرفة لآللة 1:2وحيد اللفة d

بدون غرفة لآللةالمصاعد 1:2وحيد اللفة e

. أما النموذج عندما تدور العجلة دورة واحدة فإن العربة تنقتل متر واحد تعني أنه 2:2( فإن a,bفي النموذج )

(c,d,e فإن )أي أن العجلة يجب أن تدور دورتين مقابل انتقال العربة نفس المسافة التي تنتقلها وفق النظام 1:2

وبالتالي نستطيع أن نهمل علبة 2:2يحتاج إلى نصف العزم الذي يحتاجه وفق النظام أي أن المحرك 2:2

ويجب أن نأخذ بعين االعتبار ضياعات االحتكاك الداخلي ضمن الحبل 1:2السرعة إذا استخدمنا هذا النظام

ل , كما أن هذه والتي تزداد بازدياد سماكته أي أنه كلما أصبح الحبل أقل سماكة فإن هذه الضياعات سوف تق

الضياعات تقل بازدياد قطر العجلة ويجب األخذ بعين االعتبار التزييت المستمر للحبال. ومؤخرا تم استبدال

% من الحبال. إن الحبال المستخدمة في األبنية ذات 19الحبال بأحزمة ال تتطلب التزييت كما أنها اقوى بمعدل

وليرتين بحيث تستخدم عجلة أصغر وعزم مطلوب أقل ومحرك الطوابق العالية هي حبال أرميد وأحزمة الب

أصغر وبالتالي ال وجود لعلبة السرعة وال ضياعات إضافية للطاقة.


43

Trump Tower , Chicago

انتهاء العمل : 2009

عدد الطوابق : 97

المصاعد المستخدمة : 27 مصعد

.)8m/s( سريع

تستخدم المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم بدون علبة سرعة

وبغرفة لآللة في هذه المصاعد.

Taipei 101, Taipei



المصاعد المستخدمة : تستخدم المصاعد ثنائية الطابق في هذا البرج وكذلك مصاعد البضائع في الطوابق العالية , تستخدم المحركات التزامنية

ذات المغناطيس الدائم بدون علبة ودون غرفة لآللة في هذه سرعة

المصاعد , ويحوي هذا البرج أسرع مصعد مسجل بكتاب غينس.

.

Al Fattan, Dubai




تستخدم المحركات التزامنية ذات 12المغناطيس الدائم , باإلضافة

مصعد تمثيلية )خارجية( تعرض المناظر الطبيعية في دبي.


44

Shard London Bridge , London



المصاعد المستخدمة : 36مصعد

مصعد ثنائي الطابق 14متضمنة

ونظام تحكم الوجهة , تستخدم المبنى المحركات المصاعد في هذا

التزامنية ذات المغناطيس الدائم.

International Finance Center, Shanghai



المصاعد المستخدمة :99 مصعد

مصاعد 4الجنوبي يحوي البرج

ثنائية الطابق مخصصة لنقل الركاب وللخدمات , وتستخدم المحركات

التزامنية ذات المغناطيس الدائم دون غرفة لآللة في هذه المصاعد.

Galileo Tower, Frankfurt




تستخدم المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم , ونظام تحكم

بالوجهة.


45

101أنظمة المصاعد في برج تايبي

101حاليا من أكثر األبنية ارتفاعا في العالم ويبلغ ارتفاعه ) يعتبر برج تايبيمتر(. ويحوي هذا البرج خمسين مصعد حيث أربعة 509طابق( أي حوالي )

. وقد بلغت تكاليف تصميم Double Deckوثالثون منها تعمل ثنائية الطابق رج مليون دوالر. يحوي هذا الب 8,5أنظمة المصاعد في هذا المبنى حوالي

( وقد تم 89مصعدين لألغراض العامة تتحرك جيئة وذهابا لتصل إلى الطابق )بصورة رسمية دخول هذه المصاعد في كتاب غينس باعتبارها األسرع في العالم

( أي ما يعادل 16,8m/s. تبلغ سرعة صعود المصعد عند الحمل الكامل )(60km/h( أما سرعة هبوط المصعد تبلغ )10m/sأي ما يعا ) دل(37km/h يتم )(. إن عربات المصاعد التي تتحرك بشكل مستمر )جيئة وذهابا

تجهيزها بحيث تكون مغلقة تماما منعا لدخول الهواء فهي مجهزة بحجرة للضغط وجهزت بنظام تنظيم للضغط مشابه لذلك المستخدم في الطائرات . وهذا يسمح

األلم التي قد يصيب الركاب بالتغير التدريجي للضغط مع ارتفاع المصعد ليخفففي أذانهم. وتكيف الضغط أيضا هو أحد أسباب سرعة هبوط المصعد األقل من

سرعة الصعود حيث أن تكييف الضغط مع المسافرين هو أكثر ألم من عدم التكيف مع الضغط الذي تم أن يصيب المسافرين أثناء الصعود . وقد تم تجهيز

سفل بتجهيزات لها شكل الكبسوالت والتي تؤمن عربات المصعد من األعلى واألدخول انسيابي للهواء بشكل مستمر وهذا يضمن تدفق الهواء بسالسة حول

المصاعد التي تنتقل باستمرار موفرة طاقة ومخفضة للضجيج التي قد يحدث نتيجة دخول الهواء للمصعد في النظم التقليدية األخرى .وقد تم التخلص وهميا

من االهتزاز في عربة المصعد وذلك باالستعانة بنظام حركة ثالثي وبشكل كاملالمحاور, ونظام تحكم فعال بالعجالت لتعليق العربة في مسارها وتم تجهيز

المصعد أيضا بكتلة فعالة تقوم بامتصاص االنتقاالت الجانبية لعربة المصعد ألقل جعل إحدى عربات ما يمكن. وقد تم اختبار انتقال عربات المصعد بحيث تم

المصعد تعبر باتجاه معاكس لعربة مصعد ثاني وبالسرعة الكاملة ولم يظهر أي اهتزاز حيث قام النظام المزود بالمصاعد بامتصاص كامل االهتزازات الجانبية. ولكن هناك بعض الطوابق االستثنائية التي يجب على المصاعد أن تسير عندها

ح اآلمن يعمل تلقائيا عند تجاوز سرعة العربة بسرعات استثنائية حيث نظام الكب% ألي سبب كان )انقطاع كبل أو خطأ جر( وتم 10للسرعة االسمية بأكثر من

تزويد المصاعد بوسائد رقيقة كابحة مصنوعة من السيراميك النتريتي السلكوني مجمعة مع بعضها والتي تعطي العربة إمكانية التوقف التام بأمان وبسرعة.إن

( يتم الوصول إليها وكانها في ثالث أبنية منفصلة 9 - 84اتب في الطوابق )المك( متراكبة فوق بعضها البعض , حيث يؤمن االنتقال 112mوكل منها بارتفاع )

( عبر 35و 58من وإلى مراكز االنتظار )محطات المصاعد( في الطابقين )منها لسبعة تزن يتسع كل Double Deckعشرة مصاعد سريعة ثنائية الطابق

وعشرين راكب في العربة والتي تنقل الركاب جيئة وذهابا دون أي توقف. وتم تزويد كل من األجزاء الفرعية الثالثة في البرج بنظام مصاعد ثنائية الطابق تتسع لثمانية عشرة راكب في العربة. حيث أربعة من هذه المصاعد مخصصة للطوابق

عة. إن استخدام نظام المصاعد ثنائية الطابق المنخفضة وأربعة للطوابق المرتفضاعف سعة النقل العمودية وخصوصا من وإلى مراكز االنتظار , أما

المصعدين المتبقيين قيبقيان في متوقفان في االعلى وذلك للسماح لالنتقاالت في الطوابق المتوسطة والتي تصلح للطوابق مختلفة االرتفاع.باإلضافة لنظام

م في البرج وسطح المراقبة في الطابق التاسع والثمانين , ونظام المصاعد العاالمصاعد مزدوجة الطابق لساحات البرج فقد تم تزويد البرج بأربع مصاعد

خاصة للوصول إلى المطاعم والنوادي في أعلى البرج ومصاعد من أجل الحريق أيضأ


46

تستخدم في هذا البرج مصاعد حديثة بدون غرفة لآللة تم

تطويرها من شركة توشيبا , تستخدم المحركات التزامنية

ذات المغناطيس الدائم في هذه المصاعد.

باالنتقال والحركة وتتميز هذه المصاعد بالمرونة العالية

في استهالك الطاقة الكهربائية. وتوفير بتوفير المساحة

تستخدم محركات تزامنية ذات جودة عالية

وأداء عالي , صغيرة الحجم , بنظام تحكم

دقيق. يؤمن استخدام هذه المحركات توفير في

استهالك الطاقة الكهربائية وتوفير في الحجم

بسبب االستغناء عن غرفة اآللة.

توفير في استهالك الطاقة وكذلك المساحة


47

المصاعد السريعة المستخدمة في هذا البرج

قامت شركة توشيبا بتركيب مصعدين بسرعة

متر بالدقيقة تؤمن االنتقال من الطابق 1010

األول حتى الطابق التاسع والثمانين في هذا

البرج. وقد دخلت هذه المصاعد كتاب غينس

باعتبارها األسرع في العالم. وقد قدمت توشيبا

سرع المصاعد في العالم في هذا تحدي بتقديم أ

البرج مع توفير األمان والراحة للركاب في

المصعد.

0011kg الحمل

متر بالدقيقة 1010 السرعة

متر 600صعود ,

بالدقيقة هبوط.

3.282m المسافة

السرعة ونظام القيادة :

متر( 3.282ثانية ) 39يمكن االنتقال من الطابق األول حتى الطابق التاسع والثمانون خالل في برج تايبي

( ونظام تحكم متين 1186kw, حيث طورت توشيبا نظام قيادة قوي يحوي آالت جر باستطاعة عالية )

العالم كانت في يمكن االعتماد عليه. قبل تقديم المصاعد السريعة في برج تايبي , فإن المصاعد األسرع في (. ومن أجل تسجيل مصاعد حديثة جديدة بسرعات أكبر 750m/minبرج يوكوهاما بسرعة )

(1010m/min .كان البد من تصميم نظام تحكم قوي , )

– 168kw( باستطاعة خرج )PMSMائم ثنائية الملفات )تم تطوير محركات تزامنية ذات مغناطيس د1168kw .ألربعة وعشرين راكب )

حيث تتألف آلة الجر من مجاالت خاصة إلزالة االهتزازات الكهرومغناطيسية والتي تساعد بشكل كبير (. وزودت هذه المحركات ببنية خاصة لعوازل 1010m/minحركة المصعد بسرعة ) لالستقرار أثناء

اهتزاز مضاعفة ومتعددة الطبقات وذلك لزيادة القدرة على إخماد االهتزازات.


48

نظام العربة :

نالحظ في المصاعد الحديثة أن الضجيج واالهتزاز يزداد. ومن أجل تأمين الراحة للركاب البد من التخلص هاتين الظاهرتين. يؤخذ كل من تصميم العربة والتحكم بالضغط باالعتبار لنتمكن من التخلص من هذه من

هاتين الظاهرتين.

Atmospheric Control Systemنظام التحكم بالضغط

إن المسافة من الطابق األول حتى الطابق التاسع

متر والفرق بالضغط يكون 3.282والثمانين هي

48hPa=4.8Pa إن التغير المفاجئ للضغط .

يكون مزعج للركاب في المصاعد. ولذلك قامت

توشيبا ألول مرة بتركيب نظام تحكم بالضغط في

المصعد ليدخل الهواء داخل العربة وكذلك يبعث

لخارج عربة المصعد وبالتالي المحافظة الهواء

على كمية ثابتة للهواء داخل العربة.


49

Aerodynamic Capsule -Noiseالغالف الهوائي الديناميكي المخفض للضجيج

عند حركة المصعد في مسار ضيق وبسرعة

عالية , ستنشأ ريح عمودية. وبعد تحليل تدفق

اء في مسار العربة وكذلك الضغط على سطح الهو

العربة, تم توظيف أغلفة هوائية ديناميكية لتخفض

الريح العمودية. وبفضل استخدام مواد خاصة

لضمان اإلغالق التام ألبواب المصعد وجعل

شكله كاألسفين فإن أغلب الهواء المتولد يتدفق إلى

جانبي وخلف العربة أثناء حركة العربة.

Roller Guide -Reducing Vibrationبكرة تخفيض االهتزاز

عند حركة المصد بالسرعة العالية ستنشأ قوة

اهتزاز على طول المسار. تم استخدام نوع جديد

من البكرات في هذا المصعد وتستخدم لعزل

وامتصاص قوة االهتزاز مما يساعد بالحصول

ة أكثر راحة في أثناء حركة المصعد على قياد

بالسرعة العالية.


50

Active Mass Damperكتلة تخميد االهتزاز

عند حركة المصعد بالسرعة العالية أو عند حركة المصعدين بحالتين مختلفتين ستنشأ اهتزازات في المصعد ه المشكلة , طورت توشيبا نظام مانع اهتزاز يدعى )كتلة إزالة غير مرغوب بها. ومن أجل التخلص من هذ

االهتزازات( وهي عبارة عن حساس يتحسس لجهة االهتزاز ومن ثم يتحرك الثقل المعاكس باالتجاه % وأكثر من االهتزازات التي تحدث في 20المعاكس لتخفيض االهتزاز. وقد نجح هذا النظام بالتخلص من

عربة المصعد.

أنظمة الحماية بالمصعد :

أخذت توشيبا بعين االعتبار أهمية تأمين الحماية للركاب وكذلك ألجزاء المصعد المختلفة من الهزات األرضية والرياح القوية أثناء حركة المصعد بالسرعة العالية.


51

Governorالحاكمة

تم استبدال الحاكمات التقليدية بنوع جديد له بنية

أبسط وكذلك يؤمن زيادة في االستقرار.

Safety Deviceأداة االمان

في حالة كشف أي تسارع غير طبيعي , فإن أداة األمان ستمسك السكة وتوقف المصعد مباشرة. إن إيقاف سيحدث درجة حرارة عالية. ولذلك يتم استخدام 1300m/minطن والذي ينتقل بسرعة 23مصعد يزن

ية مرتفعة.أحذية من مواد خاصة من السيراميك النتريدي السيليكوني , والتي تكون مقاومتها الحرار

Oil Bufferمصدات الزيت

تم تثبيت مصدات زيتية في أسفل العربة طولها

متر. ومن أجل االستفادة التامة من المساحة 10

المتوفرة , تم جعل هذه المصدات على ثالث

مستويات ضغط زيتية هيدروليكية )كالمنظار(

11توى تم تصميمه ليتحمل صدمة تعادل وكل مس

طن.


52

نظام الحماية من الزالزل

لحماية أجزاء المصعد من اهتزازات الحبال فإن النظام سيوقف المصعد عند أقرب طابق عند الكشف عن ( P-waveوجود زلزال. يتم استخدام حساسات للزالزل حيث يتم وضعها في حفرة تتحسس ألمواج )

(. S-waveوأخرى يتم وضعها في غرفة األلة تتحسس ألمواج )

نظام الحماية من رياح القوية

لحماية أجزاء المصعد من اهتزازات الحبال فإن النظام سيوقف المصعد عند أقرب طابق عند الكشف عن وجود رياح قوية. حساسات إزاحة يتم وضعها في غرفة اآللة.

المحركات المستخدمة في المصاعد الحديثة الثالثالفصل

53

(DCمستمر)لاتيار ال اتمحرك. 3.1

التحكم بمحركات التيار المستمر أرخص وأسهل ولكنه يتطلب صيانة دورية بسبب وجود المسفرات وتكاليف أمان للراكب أكبر , ولذلك ال يستخدم هذا النوع من المحركات في أنظمة المصاعد الحديثة ولن

نتطرق في بحثنا عن هذا النوع من المحركات.

وب التحريضيةات التيار المتنامحرك. 3.1 لمحركات التحريضية بسرعتينا .3.3.1

ذات األقطاب ACتتحدد سرعة المحرك بعدد أزواج األقطاب والتردد للتيار المغذي , إن محركات الـ

بسرعتين( تزود بعجلة هوائية كبيرة من أجل أن تجعل التغييرات المفاجئة للعزم سلسة ACالمتغيرة )محرك

أي بمعنى أن تخفض إحساس الهز المطبق على المسافرين أثناء الرحلة حيث تخزن هذه العجلة الهوائية الطاقة وبالتالي تقوم بتخفيض المردود للنظام.

فهي تعتمد على مبدأ أن السرعة ترتبط بتردد المنبع المغذي لملفات الثابت وبتغيير التردد (VVVF)طريقة

.ةبقى ثابتثابتة فإن قدرة التحميل سوف ت V/Fوالتوتر والحفاظ على النسبة

المحركات التحريضية الخطية .3.3.1

ولكن بدل من إنتاج (NIM) الخطية تشابه المحركات التحريضية الطبيعية (LIM)إن المحركات التحريضية

العزم الدوراني فإنه يتولد بدال منه قوة خطية كما أن االبتدائي للمحرك الخطي يشابه تماما الثابت والثانوي يشابه الدائر.

خدام المغناطيس الدائم في الدائر فإنه سوف يصبح محرك خطي تزامني. وفي حال استتستخدم المحركات الخطية بكثرة في نظام النقل وخصوصا في القطارات وال يستخدم أبدا في المصاعد

الكبيرة في أوروبا. بشكل أنبوبي حيث ترفع ملفات الدائر إطار الثقل المعاكس والثابت هو لخطي افيكون المحرك التحريضي

عبارة عن دعامة عمودية على طول مسار العربة أما الحبال فإنها متدلية عبر بكرة في أعلى المسار. إن أحد الخصائص الهامة للمحرك الخطي هو استقاللية الثابت ودورانه بشكل بطئ وفق الدورة المفروضة

مما يؤدي إلى زيادة تدريجية في كفاءة الطاقة للمحرك المتناوب مما يجعله مناسب للمنشآت التي تتطلب . (10m/s)سرعة أكبر من

سوف يلغى الثقل المعاكس ويصبح النظام نظام من دون حبال مما (car)إذا تم تركيب المحرك على العربة

ى نفس المسار وبالتالي يسمح بانتقال أفقي بين مماسات مسار النقل وبالتالي استخدام أكثر من عربة نقل عل يتطلب عمليات تحكمية النهائية.

ولكن من مساوئه أن تكاليف انتاجه باهظة ولكن يتوقع تضاؤلها مع النمو والتطور لهذا النوع من المحركات.


54

التيار المتناوب التزامنية اتمحرك .1.1

PMSMالمحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم .3.1.1

إن هذا النوع من المحركات هو األكثر استخداما في المصاعد في أوروبا حيث يمتلك العديد من اإليجابيات كبساطة النظام الميكانيكي , يوفر الراحة , يقلل من معدل الضجيج واالهتزاز ويحافظ على الطاقة... الخ.

وبما أنه ال يحتوي على ملفات في الدائر حيث تم استبدالها بمغناطيس مسؤول عن توليد الحقل المغناطيسي وبالتالي الفيض وبالنتيجة فإن الضياعات المغناطيسية والضياعات بفعل جول قد قلت عما كانت عليه في

المحرك التحريضي. تصنع المواد التي تولد الحقل المغناطيسي من مزيج من المعادن النادرة التي تستخرج من األرض تدعى

برة من القدرة والعزم بالمواد الفيرومغناطيسية والتي تمتلك كثافة طاقية مغناطيسية عالية تولد معدالت معتوهناك أيضا مواد أخرى تستخدم في المحركات عالية الجودة وهي مواد مستخرجة من األرض مثل

(SmCo) ساميريم كوبالت(NdFe8) 3.1ميوم الفيريت والبورن , الشكل نادي.

3.1 الشكل

اطيس الدائم يؤدي إلى زيادة المردود والعزم إن استخدام النظام متعدد األقطاب في المحركات ذات المغنبالمحرك PMSMوسرعة مثالية منخفضة وذلك من أجل المصاعد بدون علبة السرعة وبمقارنة المحرك

التحريضي فإنه عند زيادة عدد األقطاب في المحرك التحريضي فإن المردود وعامل االستطاعة سينخفضان تغيرات التهييج وبالتالي سوف تستجيب بشكل أفضل تستجيب بسرعة ل PMSM, كما أن محركات

لتغيرات السرعة وبالتالي سوف يكون المردود أعلى كما أنه يحافظ على المردود العالي بغض النظر عن ( فإن معامل االستطاعة سوف يقترب من الواحد. PWM VVVFعدد األقطاب , وعندما يغذى من مبدل )

والتعشيق والقيادة المباشرة سمح لنا بإهمال غرفة اآللة حيث أن المحرك PMSMإن التكامل في المحرك

ونظام التحكم يركبان داخل مسار العربة نفسه بدال من أن يوضعان في غرفة مستقلة وبالتالي فإن انعدام ن تكاليف اإلنشاء ويوفر مساحة أكبر لحجم العربة. وقد تم وضع المحرك في غرفة اآللة سوف يخفض م

الذي يتحرك ضمنه المصعد وذلك لسهولة الصيانة والوصول. (shaft)قمة المسار

, خفيفة الوزن , متراصة لتأخذ شكل انسيابي محوري PMSM بتطوير محركات KONEقامت شركة

التقليدي( قليلة السماكة بحيث يمكن أن تركب على الحائط فتقلل بشكل كبير من PMSM)بالمقارنة مع

على الدائر الذي يأخذ شكل مسار العربة. كما أن المغناطيس الدائم يتوضع المساحة التي تستخلص ضمن


55

( دمجت مع الدائر القرصي sheaveالقرص بينما يمتلك الثابت ثالث ملفات مجدولة كما أن الـعجلة )

الشكل.

كما أن الدائر توسع ليصبح لدينا ما يعرف بمفهوم الدائر المضاعف الذي كانت له نتائج كبيرة حيث أن قسما الدائر يقومان بالموازنة بين القوى المغناطيسية المتولدة فيه.

ت الذي كبر قطره بما يتالئم مع الدائر بقي يدور بسرعة متغيرة حيث بقى الدائر يدور بالسرعة التزامنية والثابمولدا الفيض المغناطيسي الدوار. هذا ما يدعى بالتصميم الشعاعي الذي يجعل المحرك انسيابي ومتراص وقليل

السماكة بالمقارنة مع التصميم متعدد األقطاب. وبدال من التوضع الخطي لعناصر اآللة )عجلة, فرامل, محرك, مرمز( بشكل مستقيم تم تطويرها لتتوضع

بشكل شعاعي من قبل شركة ميتسوبيشي بحيث توفر في المساحة وفي السماكة. تمتلك المحركات التزامنية ذات وكتصميم ميكانيكي فقد تم دمج العجلة مع الدائر مما % .31المغناطيس الدائم مضاعفة الدائر مردود يزيد عن

فقد وضع شكل فتحة اسطوانية الشكل وضع على السطح الداخلي لهذه االسطوانة فرامل مضاعفة أما المرمز .3.1الفراغ بين الفرامل , الشكل في

3.1 الشكل


56

يبين تطور المحركات المستخدمة في مصاعد الجر الكهربائية .... 1.1والشكل

: تطور المحركات المستخدمة في مصاعد الجر الكهربائية 1.1 الشكل

المحركات التزامنية الخطية .3.1.1

تستخدم أنواع خاصة من المحركات التزامنية الخطية في المصاعد متعددة العربات حيث القسم الداخلي هو

يتحرك ويتمتع هذا المحرك بكثافة استطاعة عالية ووزن خفيف بمقارنته مع المحرك التزامني الخطي الذي

( وذلك من أجل الحصول على أعلى قوة دفع. حيث PM-LSMالتقليدي الذي يحوي المغناطيس الدائم )

ث أن مسار العربة تعتبر أنظمة المصاعد متعددة العربات هي إحدى الحلول المستخدمة في األبنية العالية حي

لهذا النوع من يحوي أيضا غرفة اآللة وكذلك الحبال المقيدة بالطول. وكما ذكرنا فإن التصميم الناجح

وزن العربة و حجم يعتمد على معاملين أساسين هما نسبة الرفع إلى المصاعد وبدون معاكس للثقل

ي من أجل المصاعد متعددة العربات ولكن تم بناء المغناطيس الدائم في المحرك التزامني الخطالمحرك.

النسبة بين قوة الرفع والوزن المتحرك )العربة + الركاب( في هذه الحالة تكون غير كافية للمصاعد بدون

حبال. لذلك تمت تعديل بناء هذه اآللة مما أدى لزيادة كثافة الطاقة واألداء.

خطية: نموذج لمصاعد حديثة تستخدم محركات 3.1الشكل

المحركات المستخدمة في المصاعد الحديثة لث الثاالفصل

57

. تمهيد3.4

تستخدم اآلالت التزامنية حاليا في مجال واسع حيث تستخدم لالستطاعات الصغيرة وكذلك تستخدم كات التزامنية ذات المغناطيس الدائم والتي تتمتع بكثير من لالستطاعات العالية , وبرزت مؤخرا المحر

الميزات والفوائد التي جعلتها تمثل تحدي واضح لألنواع األخرى للمحركات. إن أهم ميزات هذا النوع من المحركات هي األداء العالي ومعامل االستطاعة المرتفع وإمكانية التحكم بها في مجال واسع من السرعات ,

لمواد المغناطيسية القليلة الوزن وكذلك حجمها صغير وبالنتيجة تكون االستجابة الديناميكية لآللة كما أن احققت المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم نمو كبير في مجال واسع في التطبيقات جيدة جدا.

الفترة األخيرة الصناعية عند االستطاعات المنخفضة والمتوسطة , وكثرت تطبيقات هذه اآلالت في , حيث أن المحرك التزامني ذي المغناطيس الدائم هو آلة كهربائية (100kw)وخصوصا لالستطاعات حتى

تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية حيث تحول أوال الطاقة الكهربائية إلى طاقة مغناطيسية ومن ثم م مواد الفيريت والمواد المغناطيسية األرضية النادرة تستخد تحول الطاقة المغناطيسية إلى طاقة ميكانيكية.

حيث أن الفيريت رخيص الثمن ولكنه يولد سيالة مغناطيسية ضعيفة بينما المواد المغناطيسية األرضية النادرة تعتبر باهظة الثمن ولكنها تولد سيالة مغناطيسية عالية وتعطي اآللة أداء عالي , وتكون االستطاعة

محرك :الناتجة عن ال

حيث :

استطاعة الخرج الميكانيكية الناتجة عن المحرك.

السرعة الميكانيكية على محور اآللة.

العزم المتولد.

.مفي اآللة ذات المغناطيس الدائم تم استبدال ملفات الحقل المستمر )منبع التهييج الخارجي( بالمغناطيس الدائهذا التبديل له فوائد كثيرة نذكر منها :إن

التخلص من الضياعات النحاسية. - استطاعة أفضل. - عزم قصور أقل للدائر. - بنية الدائر أصبحت أقوى. - مردود اآللة أصبح أعلى . - ولكن التكلفة أصبحت عالية. -

التزامنية ذات المغناطيس الدائم األصناف المختلفة للمحركات .3.4

SPMالسطح المغناطيسي الدائم يذالمحرك التزامني .3.3.4

في هذا النوع من اآلالت الثابت يكون عبارة عن ملفات ثالثية الطور وينشأ عنها سيالة مغناطيسية دائرة في وهذا التصميم يجعله ذو الثغرة الهوائية ويتم تثبيت المغانط الدائمة على سطح الدائر باستخدام مادة إيبوكسي.


58

عالية في البناء ويجعل األقطاب المنحرفة على الثابت تتمغنط بشكل أسهل وبهذا التركيب يصبح العزم كلفة .المقاوم أقل. الدائر يحوي نواة حديدية والتي من الممكن أن تكون إما صلبة أو مثقبة لتبسيط التصنيع

سوف يصبح كبير خالل يستخدم هذا المحرك في التطبيقات ذات السرعات المنخفضة ألن مجال التمغنط السرعات العالية , حيث أن النفاذية المغناطيسية لمغانط الدوار تساوي تقريبا النفاذية المغناطيسية للهواء مما

تقلع كمحرك (60Hz)يجعل هذه المواد المغناطيسية هي امتداد للفجوة الهوائية. عند عمل اآللة عند تردد

حرض هذا سيؤدي لتأثير أقل لرد فعل المت( و = ية )واآللة أسطوان .تحريضي ذي قفص سنجابي

.3.4مسببا حثية مغناطيسية قليلة , الشكل

3.4 الشكل

IPMب المغناطيسي الدائم ي القلذ محرك التزامنيال . 3.3.4

بشكل مختلف تماما عن النموذج السابق فإنه يتم بناء اآللة التزامنية ذات القلب المغناطيسي الدائم بحيث .3.4 , الشكل تتوضع المادة المغناطيسية داخل الدائر

الثابت فيه الملفات بالشكل المألوف واالختالف الهندسي يعطى المميزات التالية لهذا النوع:

سمح للعمل عند سرعات أكبر.اآللة أكثر قوى, مما ي -مما يجعل اآللة ذات أقطاب qeأكبر من تأثيرها على المحور deتأثير الثغرة الهوائية على المحور -

.( بارزة حيث )

الثغرة الهوائية أصبحت منخفضة وبالتالي فإن تأثير رد فعل المتحرض أصبح هو المسيطر. -

اآلالت مع الدارة المكافئة والمخططات الشعاعية يبقى مشابها لآللة دراسة الحالة المستقرة لهذا النوع من وبالتالي التزامنية ذات ملفات الحقل ما عدا التهييج حيث أن تيار التهييج في هذه الحالة

ثابتة. السيالة التسريبية

لمحركات التزامنية ذات السطح المغناطيسي هذا النوع من المحركات غير شائع على عكس الحال بالنسبة ل وتستخدم في التطبيقات التي تتطلب سرعة دوران عالية.


59

3.4 الشكل

المغناطيس الدائم مبدأ عمل المحرك التزامني ذي. 3.4

الجزء الثابت في المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم مشابه تماما للجزء الثابت في المحرك التحريضي ولكن االختالف يكون في بنية الدائر والذي يكون في المحرك التحريضي إما قفص سنجابي أو

ون مصنوع من مواد دائر ملفوف بينما في المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم فإن الدائر يكتكون متداخلة درجة و 331مغناطيسية. تتوضع ملفات الجزء الثابت بحيث يكون بينها زاوية مقدارها

يبين توضع ملفات الثابت لمحرك تزامني ذو مغناطيس دائم ثالثي الطور بقطبين 3.4مغناطيسية والشكل

لكل طور.

3.4 الشكل

المغناطيسي بالتداخل الكهرومغناطيسي مع الحقل المغناطيسي الناتج يبين كيف يتم توليد الحقل 3.4 الشكل

عن المغناطيس الدائم , وبالنتيجة دوران المغناطيس. القطبين المغناطيسين من نفس اإلشارة سوف يتنافران

بينما القطبان المغناطيسيان من إشارتين مختلفتين سوف تتجاذبان.


60

3.4 الشكل

يعتمد مبدأ عمل المحركات ذات المغناطيس الدائم على التداخل ما بين الحقل المغناطيسي الدوار الناتج عن الجزء الثابت والحقل المغناطيسي الذي يولده الدائر المغناطيسي. إن الفائدة الهامة من المحركات ذات

ط دون الحاجة لمنبع طاقة كهربائية. المغناطيس الدائم هي توليد السيالة المغناطيسية الدوارة من المغانوبتغذية ملفات الثابت بالجهد الكهربائي سيتم توليد السيالة المغناطيسية الدوارة وسرعة دورانها )السرعة

لسرعة التزامنية بالعالقة :التزامنية( تتناسب مع تردد منبع التغذية. تعطى ا

(.rad/sالسرعة التزامنية )

تردد منبع التغذية

عدد األقطاب لكل طور.

من المعادلة األخيرة نستنتج أن السرعة التزامنية تعتمد على التردد وعدد األقطاب لكل طور , وبالتالي فإن إن الجزء الدائر للمحركات ذات المغناطيس الدائم التزامنية ستنخفض إذا ازداد عدد أقطاب اآللة. السرعة

تدور بالسرعة التزامنية ولذلك تستخدم هذه المحركات في األماكن التي يكون فيها التحكم الدقيق بالسرعة ضروري.

أنظمة القيادة في المصاعد الحديثة الرابعالفصل

61

مقدمة .4.1

لمحرك التزامني أغلى ثمنا من المحرك التحريضي ولكن مميزاته الكثيرة تغطي ذلك وأهم ميزاته أنيعتبر ا مردوده مرتفع وبالتالي يكون أدائه عالي.

في االستطاعات العالية )ميغاوات( بينما اآلالت (WFSMs)يتم استخدام اآلالت التزامنية ذات ملفات الحقل

م يتم استخدامها في التوترات المنخفضة والمتوسطة )عدة مئات من الكيلو التزامنية ذات المغناطيس الدائ الواط(.

كمحرك تحريضي ذي قفص سنجابي ولكنها تعمل عند (50Hz - 60Hz)تقلع اآلالت التزامنية عند تردد

السرعة التزامنية في الحالة المستقرة.

وهناك تطبيقات كثيرة للمحركات التزامنية نذكر منها:

لغزل الدقيقة الصانعة لأللياف الضوئية.آالت ا - آالت االسمنت. - تسيير السفن. - السيارات الكهربائية. - الطائرات. - المصاعد الكهربائية. -

وفي هذا الفصل سندرس التحكم باآلالت التزامنية ذات المغناطيس الدائم ، و ذلك بطرق مختلفة.

PM Machine Driveالتزامنية ذات المغناطيسي الدائم قيادة المحركات .4.1

تتم قيادة في اآللة التزامنية فإن سرعة اآللة تتعلق بتردد المنبع سواء كان معرج أو مبدال للتردد. أو التحكم الشعاعي، حيث سلمياآلالت التزامنية ذات المغناطيس الدائم إما باالعتماد على طرق التحكم ال

وهما : ياك بشكل أساسي نمطين للتحكم السلمهن

القيادة بحلقة مفتوحة ] الوضع الحقيقي لآللة التزامنية [ حيث سرعة المحرك يتم التحكم بها بشكل - مستقل عن التردد.

القيادة الذاتية. -

وبالمثل هناك عدة أنماط للتحكم الشعاعي نذكر منها :

.Field Oriented control (FOC)التحكم بتوجيه الحقل - .Direct Torque control (DTC)التحكم المباشر بالعزم -


62

التحكم السلمي .4.4.1

.v/f = constالتحكم بتغيير التردد والجهد .2.2.1.1

ويعتبر إحدى أبسط طرق التحكم بالمحركات الكهربائية ، حيث ذا النوع من التحكم بالتحكم السلمييعرف هتستخدم الحلقات المفتوحة من أجل منع التغيرات في السرعة في حال تغير الحمل وخروج المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم عن التزامن. ال يتم التحكم بالعزم والتيار في هذا النظام ويتم بدال من ذلك التحكم بتغييرالجهد والتردد. مبادئ هذه الطريقة في التحكم تعتمد على الحفاظ على قيمة ثابتة للسيالة )سيالة الثابت( عند

تردد /تيار مناسبة لمجال السرعة وذلك بتثبيت نسبة الجهد/قيم محددة للمحرك للحصول على نسبة عزم

v/f=const.األداء الديناميكي لأللة يكون سيء جدا في هذا النظام . .

إن ميزات استخدام هذه الطريقة في التحكم :

تكاليف منخفضة. - تحكم بسيط. -

وأيضا هناك مساوئ لهذه الطريقة في التحكم :

ال يتم التحكم بالعزم بشكل مباشر. - األداء الديناميكي لأللة سيء. -

الدائم ، بعض المحركات هذه النظرية للتحكم بالسرعة رائجة االستخدام في كثير من اآلالت ذات المغناطيس التزامنية ذات المغناطيس الدائم تملك ملفات إخماد والتي تساعد على استقرار المحرك وخصوصا عند

لتلك التي توضع في المحرك التحريضي ذي القفص ةقيادتها بهذه الطريقة. هذه الملفات تكون مشابهملفات اإلخماد بإخماد العزم النبضي الناتج عن السنجابي. في المحرك التزامني ذي المغناطيس الدائم تقوم

خروج اآللة عن التزامن مما يساعد على عودة المحرك للسرعة التزامنية. حيث عندما يكون المحرك يدور بالسرعة التزامنية فال يكون هناك أي تيار يمر عبر هذه الملفات ويكون االنزالق معدوم وال يوجد أي عزوم

نبضية.

التحكم بالمحركات التزامنية

.V/f = const التحكم الشعاعي

DTC FOC


63

(.v/f = constالتحكم الذاتي ) .1.2.1.1

يبين آلة تيار متناوب تزامني 4.1لة ذات التيار المستمر ، والشكل إن التحكم الذاتي باآللة التزامنية مشابه لآل

ذات مغناطيس دائم مع مخطط التحكم الذاتي.

يبيا ولكن في هذه إن ملفات التيار لآللة يتم تغذيتها من خرج المعرج الذي يولد تردد متغير وجهد متغير جالحالة وبدال من التحكم بالمعرج بشكل مستقل عن التردد ، فإنه سيتم التحكم بالتردد والطور لموجة الخرج باستخدام حساس موضع يوضع على عمود اآللة )ذراع اآللة( لينتج عنه التحكم الذاتي ومميزاته.وبالطبع

ر خارجية كما هو مبين بالشكل أوامأخيره باستخدام فإن قطار النبضات من حساس الموضع يمكن أن يتم ت

4.1.

إن التحكم الذاتي باآللة التزامنية لديه عدة ميزات والتي يمكن أن تلخص :

مبدالت الكترونية بدال من المبدالت الميكانيكية والمسفرات وذلك يخلصنا من مساوئ آلة التيار -4 والسرعة المحدودة... الخ. المستمر كالصيانة الدورية ومشاكل عدم االستقرار

بسبب القيادة الذاتية فإن اآللة ال تبدي أي مشاكل في االستقرار بالنسبة لآللة التزامنية التقليدية. -4 االستجابة العابرة جيدة. -3

لن تثبت على ) يمكن التحكم بها بتأخير، والسيالة والسيالة زاوية الطور بين التيار -1

)

يار المستمر.كما في آالت التعند استطاعة مغناطيسية عالية فإن عزم قصور الدائر يصبح أصغر وهذه فائدة في زيادة االستجابة -5

في نظم السيرفو )قيادة بنظم سيرفو( وبسبب مميزات االستجابة الكثيرة، فإن اآلالت التزامنية غالبا تقاد حصرا باستخدام التحكم الذاتي.

4.1 الشكل


64

(Encoderمرمز الموضع المطلق ) .4.2.1.1

في اآلالت التزامنية ذات المغناطيس الدائم يجب تحديد موضع الدائر بشكل مستمر وبدقة عالية.

وفي هذه اآلالت هناك حاجة الستخدام المرمزات أكثر من الحاجة إليها في اآلالت التزامنية ذات ملفات الحقل.

هما: وتصنف المرمزات عموما لنوعين بشكل أساسي

النوع الضوئي )البصري(. - النوع التحليلي. -

بما أن المرمزات الضوئية هي األكثر استخداما في أنظمة القيادة الحديثة فلن ندرس المرمزات التحليلية.

المرمز البصري 2.4.2.1.1

المعطيات الرقمية حول موضع الدائر يمكن الحصول عليها مباشرة من قرص ترميز ينفذ أو يقطع حزام ضوئي.

ويمكن الكشف عن هذا الحزام (LED)والحزام الضوئي يمكن توليد إما باستخدام ديود باعث للضوء

.(PHOTO-TRASISTOR)الضوئي باستخدام ترانزستور صوري

ثنائي يتألف من عدد من الحلقات متحدة المركز مع ترميز ثنائي وحزمة ضوئية لكل يبين مرمز 4.1الشكل

( حيث أن األقراص األربعة البسيطة 4حلقة، حيث أن المناطق المظللة تتلقى الضوء وتشير لقيمته رقمية )

رص في النظام العشري وذلك في الموضع المشار إليه. الق (5)، والتي تعادل (0101)تعطي خرج رقمي

والتي تعادل زاوية كهربائية (22.5=360/16)والتي تكون زاويتها الميكانيكية (16= )يعيد العد بالنظام

آللة مكونة من أربع أقطاب. (45)

4.1 الشكل

تقريبا من الدرجة الكهربائية 0.04والتي تعادل (14BIT)حلقة تحدد الموضع بـ 41األقراص العملية بـ

آللة بأربعة أقطاب.


65

في القوانين الطبيعية للنظام الثنائي فإن مواضع البث الواحد يمكن أن تتغير معا في وقت واحد مما يسبب مشاكل ولذلك تستخدم أقراص رمادية اللون حيث فقط بث واحد يتم تغييره في كل دورة.

كما يبين الشكل أيضا 3.1ها بنية شقوق وذلك كما يبين الشكل ول وهناك نوع آخر من المرمزات البصري

المرمز المبين مصمم خصيصا آللة بأربعة أقطاب، وهذا القرص يحوي عدد كبير من أمواج المرمز.

)الشقوق في المحيط الخارجي ولكن يحوي شقين فقط في القطر الداخلي من أجل زاوية

. هناك أربع (

متوضع في المحيط الخارجي و ( )حيث كما يبين الشكل الحساس ( )حساسات بصرية ثابتة

)في الداخل وبينها زاوية

ويتم (Phototrans + LED). الحساس هنا هو عبارة عن زوج(

تولد أمواج مربعة بزاوية إزاحة منطقي عند كل توضع للحساس داخل الشق، الحساسات 1توليد

(

ولد قطار نبضات عالية التردد. هذا النوع من الحساسات يستخدم لتوليد زوايا القدم ي ( )والحساس (

الثالثية الطور في الموجات المغذية بالتيار.

3.1 الشكل

( )جاهزة حيث ( )من أجل تحديد موضع الدائر في آلة بأربع أقطاب، لنفرض أن الحساسات بمحاذاة موضع الصفر المطلق الدائر.

تعيد الضبط وتقدم عداد تصاعدي والذي يقدر النبضات المتولدة ( )نبضة على الحافة الخلفية للحساس

درجة كهربائية وتعطى ( )وبفترة 4.2وخرج العداد مبين بالشكل العلوي من الشكل ( )من الحساس

زاوية موضع الدائر المطلقة.

.1فإن الزاوية الكهربائية تكون 720ولو كان عدد الشقوق على السطح الخارج هو


66

التحكم الشعاعي .4.4.1

مبادئ التحكم الشعاعي . 2.1.1.1

اآللة ممثل بالنسبة المبين حيث موديول 1.1تحكم الشعاعي باالعتماد على الشكل يمكن شرح المبدأ العام لل

للسيالة الدائرة بالسرعة التزامنية والمعرج تم حذفه من الشكل ، لنفرض وجود مكبر للتيار والذي يولد ( والتيارات المناظرة لها ) التيارات )

( من المتحكم. التيارات الطورية على طرف اآللة

( تحول إلى ) )

. ( بتحويل

( قبل تطبيقهم ( )cos( ),sinوهذه تحول بعد ذلك لمجال السيالة التزامنية بمساعدة المركبات الشعاعية )

التحويل على مرحلتين كما يبين الشكل ( المبين. والمحتكم يقوم بهذا de,qeعلى نموذج اآللة على المحاور )

حيث تيارات التحكم )

(. باإلضافة ألن األشعة الواحدية تؤكد صحة ( تتعلق بتيارات اآللة )

عمودي عليه. و وشعاع السيالة الترابط بين التيار

معرج مثالي غير مندمج ديناميكيا لذلك فإن استجابة كل الحظ أن التحويل المباشر والتحويل العكسي يحوي ( تكون لحظية )بإهمال الحسابات والتأخيرات اللحظية(. من التيارين )

1.1 الشكل

وتعتمد نظرية التحكم الشعاعي على مبادئ عامة هي :

شعاعي المباشر.نظرية التحكم ال - غير المباشر. نظرية التحكم الشعاعي -

( من قبل المتحكم.( )cos( ),sinوتختلف النظريتان بشكل أساسي بطريقة توليد األشعة الواحدية )

م الشعاعي جميع مساوئ ، حيث يزيل التحك اء أفضل في التحكم من التحكم السلمييؤمن التحكم الشعاعي أدالتحكم بالطويلة والتردد وكذلك . حيث الفكرة األساسية في التحكم الشعاعي تعتمد على التحكم السلمي بالزاوية أيضا.


67

التحويالت ثالثية الطور .1.1.1.1

في دراسة النظم الكهربائية ، فإن التحويالت الرياضية غالبا ماتستخدم من أجل فك الترابط بين المتغيرات ،

اس مرجعي لكافة وذلك من أجل تسهيل حل المعادالت المعقدة المتغيرة مع الزمن أو االنتقال إلى أس

المتغيرات.

فلو أخذنا نظرية المركبات المتناظرة كمثال سنالحظ أن التحويل العقدي يستخدم لتفكيك الترابط بين األطوار

(a,b,c : والحصول على المركبات )

[ ] = [ ][ ]

قد تكون تيار أو توتر أو سيالة ..... إلخ حيث

ومصفوفة التحويل تعطى :

[ ] =

[

= حيث أن [

حويل كالركت . 4.4.4.4.1

.( 𝛼إن الطورين الثابتين )المستقرين( في تحويل كالرك يتغيران ويرمز لهما بالشكل بالرمزين )

: نموذج كالرك 5.1 الشكل

مع αانطباق المحور ( حيث نالحظ 𝛼) ( وعالقتها مع المحورينa,b,c) الشكل المبين يوضح المحاور

أما المركبة الثالثة فتعرف بالمركبة الصفرية 09يتأخر عنه بزاوية βالطور األول ولكن المحور

[ ] = [ ][ ]


68

[ ]

=

[

√

√

]

&[ ] =

[

√

√

]

تحويل بارك. 4.4.4.4.1

تحويل بارك معروف كثيرا في التحويل من نظام األطوار الثالثة إلى نظام الطورين في تحليل اآلالت

التزامنية ، ومعادلة التحويل تعطى بالصيغة :

[ ] = [ ( )][ ]

[ ( )] =

[ ( ) (

) (

)

( ) (

) (

)

]

[ ( )]

= [

( ) ( )

(

) (

)

(

) (

)

]

حيث يستخدم تحويل بارك من االنتقال بالكميات الثابتة لآللة التزامنية من المحاور ثالثية الطور إلى نظام

كما 09بزاوية dمتأخر عن المحور qبعض المراجع تعتبر المحور ( والثابتة نسبة للدائر.d,qالمحورين )

التحويل عويمكن التعامل م 09بزاوية dمتقدم عن المحور qوضحنا ، وهناك أخرين يعتبرون أن المحور

والشكل التالي يوضح ذلك كتابع للزاوية


69

بارك نموذج : 4.1 الشكل

[ ] = [ ( )][ ]

[ ( )] =

[ ( ) (

) (

)

( ) (

) (

)

]

[ ( )]

=

[ ( ) ( )

(

) (

)

(

) (

) ]

+ = ( كما تعرف في تحويل بارك هي : إن العالقة بين )

وبالتالي :

(

) = ( )

(

) = cos( )

هما متشابهين تماما ماعدا ترتيب المحاور [( ) ]و [( ) ]وبالتالي نالحظ أن التحويالن

(d,q.)


70

: Field Oriented Control (FOC)التحكم بتوجيه الحقل . 4.1.1.1

بينا حتى اآلن المميزات األساسية لآللة التزامنية ذات المغناطيس الدائم ذات األقطاب األسطوانية وتأثير وسيالة المتحرض المتعلقة بها ) Lsالثغرة الهوائية الكبيرة. هذا يجعل المحارضة التزامنية

وهذا وبالتالي (. ومن أجل حساسية عزم أعظمية مع تيار الثابت نستطيع جعل

للتبسيط. حيث تم إهمال مقاومة الثابت 2.1مبين بالمخطط الشعاعي المبين بالشكل

2.1 الشكل

وعند ذلك تعطى عالقة العزم بالشكل :

(

)

القيمة العظمى للسيالة. . √ حيث :

المساوي لزاوية (∅)cosومعامل االستطاعة والمعادلة االخيرة تشير أن العزم يتناسب مع التيار

الحمل.

حلقة تحكم بالسرعة ، نميتم الحصول عليه ين المخطط الشعاعي لآللة حيث تيار الثابت يب 4.1الشكل

موجبة في حال العمل كمحرك وسالبة في حال العمل كمولد ويتم االنتقال لمجال الثابت بمساعدة وقطبيته( كما هو مبين ، ويمكن إضافة حلقة تحكم بالموضع بسهولة. وهذا ( )cos( ), sin)إشارات واحدية

( لديه مميزات خاصة هي : SPMالنظام )محرك

ة تدور بالسرعة التزامنية دوما.تردد االنزالق مساوي للصفر ألن اآلل - تيار المغنطة -

ألن سيالة الدائر متولدة من األقطاب. شعاع الواحدة متولد من حساس الموضع المطلق. -

وبالتالي تصبح قيادة و التعامد بين السيالتين 2.1بالشكل نالحظ من المخطط الشعاعي المبين

ناجح 4.1المحرك التزامني مشابه لقيادة محرك التيار المستمر. إن التحكم الشعاعي المبين بالشكل

وصحيح في مجال العمل عند عزم ثابت.


71

: مخطط التحكم الشعاعي بالمحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم 4.1 الشكل

من السرعة االسمية فإن التحكم الشعاعي يفشل عندها وعند ذلك نلجأ عند دوران اآللة بالتزامنية بسرعة أقل للتحكم الشعاعي باالستعانة بتخفيض الحقل. وفي هذه الحالة تصبح قيمة التيار :

√

يبين مخطط القيادة الشعاعية المبسط ألجل عزم ثابت وبحال إضعاف الحقل. اعتبرنا وجود 0.1الشكل

لتحديد الموضع وحلقة عزم ثابت اختيارية تم إضافتها في الحلقة الداخلية. في هذا المخطط فإن حلقة مرمز

حيث بالمتعلقة بالمحور 𝛼والتي يتم توجيهها بالزاوية التحكم بالعزم تولد طويلة التيار الثابت

𝛼 والزاوية هي زاوية الموضع المطلقة كما هو موضح ، الزاوية

في مجال العزم

الثابت وتكون أكبر من ذلك في منطقة إضعاف الحقل ، حيث يتم الحصول على قيمة هذه الزاوية باستخدام

. يتم بعد ذلك مولد إشارة والذي يعطي قيمتها وتزداد قيمة هذه الزاوية مع زيادة السرعة حتى قيمة ثابتة ادالت : تحويل الصيغ القطبية للدائر بالمع

| | (𝛼)

| | (𝛼)

√


72

√

، إذا التغذية العكسية يمكن أن تحسب βوالتي تحدد قطبية الزاوية قطبية العزم تعتمد على إشارة التيار كما يلي :

√

𝛼 (

)

(

) | | ( )

: المخطط الشعاعي للتحكم بالمحرك التزامني مع إمكانية إضعاف الحقل 0.1الشكل


73

إن الهدف األساسي من استخدام طريقة التحكم بتوجيه الحقل في قيادة المحرك التزامني ذي المغناطيس بما يشبه محرك التيار المستمر أي التحكم بالعزم والسيالة بشكل منفصل. تيارات الثابت الدائم هي قيادته

( منسوبا للدائر باستخدام dqاللحظية تحول من نظام المحاور الثالثية لنظام المحورين المتعامدين )

ركبة التيار على المعادالت الرياضية وأخذ بعين االعتبار موضع الدائر. يتم التحكم بالسيالة بالتحكم بم

(. q-axis( بينما يتم التحكم بالعزم بالتحكم بمركبة التيار على المحور العمودي )d-axisالمحور المباشر )

( فقط لفك الترابط بين السيالة والعزم ومنذ أن كان dqمن غير الكافي إجراء التحويل للمحاور المتعامدة )

( المتعامدين. dqنه بطرحه من الجهود على المحورين )هناك ترابط بين المحورين والذي يمكن التخلص م

للقيام بتوجيه الحقل البد من معرفة موضع السيالة أي تحديد سيالة الدائر ويتم معرفة حالة الدائر باالستفادة من معرفة موضع الدائر وسرعته بواسطة حلقتي تغذية عكسية بالسرعة والموضع باالستعانة بالمرمز

(Incoder .)

هناك نمطين أساسين لهذا النوع من التحكم وهما :

.rotor oriented FOC (RFOC)التحكم بتوجيه الحقل للدائر - .Stator oriented FOC (SFOC)التحكم بتوجيه الحقل للثابت -

.torque control modeيبين المخطط العام لنظام التحكم بتوجيه الحقل بالتحكم بالعزم 49.1والشكل

هذا النوع من التحكم له الميزات التالية :

تموجات منخفضة جدا للعزم والتيار )استجابة جيدة للعزم(. - تردد تقطيع ثابت. - ضجيج منخفض. -

FOCخصائص التحكم بتوجيه الحقل . 2.4.1.1.1

( له دخل هو العزم المرجعيControl Propertyفإن العنصر ) 10.4 موضح بالشكلكما هو

( ، هناك العديد من خصائص التحكم بالمحرك التزامني ذي المغناطيس وتيارات الخرج )

الدائم وسنناقش االكثر أهمية.

معامل االستطاعة الواحدي

( بالطريقة التي تكون فيها dqهو التحكم بالتيارات على المحورين المتعامدين ) إن الهدف من التحكم

تيارات الثابت اللحظية متساوية بالطور مع الجهود اللحظية وبالنتيجة نحصل على معامل استطاعة مساوي وبالتالي فإن االستطاعة الردية تكون مساوية للصفر cos( )=1للواحد. وبناءا على أن معامل االستطاعة

كل االستطاعة الداخلة للمحرك تكون حقيقية.

سيالة الثابت الثابتة

هنا تكون سيالة الثابت محدودة ولذلك يكون تحديد قيمة الجهد على الجزء الثابت للمحرك مطلوب. عندما تكون سيالة الثابت محدودة فستكون أيضا قدرة العزم المتولد للمحرك محدودة. عادة في هذه الحالة يتم

لمحافظة عليها بحيث تبقى ثابتة التحكم بسيالة الثابت للمحرك التزامني بالتحكم بطويلة سيالة الثابت واومساوية للسيالة التسريبية للمغناطيس الدائم. هذه الطريقة تتطلب أن يبقى الجهد المطبق على الجزء الثابت

للمحرك منخفض وقدرة العزم المتولد عن األلة ال تكون منخفضة.


74

نسبة العزم للتيار األعظمية

عزم المتولدة عن األلة أعظمية بينما طويلة تيار الثابت األصغرية تطبق على في هذه الحالة تكون قدرة ال األلة من أجل العزم الكهروميكانيكي المطلوب.

النحاسية صغيرة جدا فإننا هذه الطريقة تجعل الضياعات النحاسية أصغرية ، فلو كانت قيمة الضياعات سنحصل على األداء األفضل للمحرك التزامني باستخدام هذه الخاصية للتحكم.

في حالة المحرك التزامني ذو السطح المغناطيسي الدائم فإن نسبة العزم للتيار األعظمية تكون نفسها في ه ال يوجد أي اختالف بين المحارضات على المحورين المتعامدين حال العمل بزاوية عزم ثابتة وذلك ألن

وبالتالي ال وجود للعزم المقاوم.

العمل عند زاوية عزم ثابتة

( معدومة d-axis) هذه الخاصية هي األسهل في التطبيق وذلك ألن مركبة التيار على المحور المباشر

والتي تسمى أيضا βأو 09األساسي هو الحفاظ على زاوية عزم ثابتة عند .إن الهدف ⁄

درجة كهربائية بين شعاع التيار الفراغي ومحور السيالة المغناطيسية. وبهذه الطريقة فإن جميع التيارات بالمحركات التزامنية ذات ستخدام هذه الطريقة في التحكم(، باq-axisسوف تسقط على المحور العمودي )

ئم فإن العزم المقاوم يتم التخلص منه تماما.السطح المغناطيسي الدا

:RFOCالتحكم بتوجيه الحقل وبتوجيه الدائر. 1.4.1.1.1

موضع بين مخطط التحكم بتوجيه الحقل لمحرك تزامني ذي مغناطيس دائم وباستخدام مرمزي 49.1 الشكل

لتحديد موضع الدائر. إن مخطط التحكم المبين يسمح بالتحكم بالعزم للمحرك التزامني ذي المغناطيس الدائم.إن التيارات اللحظية عبر ملفات الثابت للمحرك التزامني تقاس ومن ثم تحول من نظام المحاور ثالثية

. abcdqباستخدام التحويل ( وفق حسابات رياضيةdqالطور إلى نظام المحورين المتعامدين )

تولد التيارات المرجعية على المحورين المتعامدين. وفي هذه الحالة فإن التيار أما أوامر العزم

المرجعي على المحور المباشر يعير بحيث يكون معدوم وذلك عند استخدام األلة التزامنية ذات السطح والتي تعطي في PIالثابتة . وتدخل التيارات إلى متحكمات تناسبية تكاملية المغناطيسي الدائم وزاوية العزم

( إلى نظام المحورين dqخرجها قيم مرجعية للجهد والتي تحول بعد ذلك من نظام المحورين المتعامدين )

( والذي تغذي نظام تعديل عرض النبضة بالشعاع الفراغي. يقوم نظام تعديل عرض النبضة ( 𝛼المرجعين

( والتي تطبق Duty Cycleبالشعاع الفراغي بحساب نسبة فترة التشغيل لكل عنصر من عناصر المعرج )

( ويؤخذ بعين االعتبار القيمة الحقيقية لمنبع التغذية المستمر. إن فك الترابط VSIعلى معرج مقاد بالجهد )

ر المباشر أما لفك الترابط على على المحور المباشر يتم بإضافة الجهد المسؤول عن فك الترابط على المحو المحور العمودي فتتم بطرح الجهد المسؤول عن فك الترابط على المحور العمودي.


75

مخطط التحكم بتوجيه الحقل بتوجيه الدائر بوجود حساسات )التحكم بالعزم( : 49.1 الشكل

يحوي حلقة تحكم بالسرعة إضافية خارجية والتي تسمح بالتحكم بسرعة المحرك ذي 44.1الشكل

هي الدخل الذي يحدد المستخدم قيمته حسب المغناطيس الدائم ، القيمة المرجعية للسرعة

السرعة المطلوبة. يتم الحصول على خطأ السرعة بطرح السرعة الميكانيكية المقاسة من السرعة

واأللة والذي يعطي في خرج العزم المرجعي PIوالتي تدخل لمتحكم تناسبي تكاملي المرجعية

44.1الشكل ستولد العزم الكهرومغناطيسي الكافي للحفاظ على السرعة قريبة من السرعة المرجعية.

غناطيس يحوي حلقة تحكم بالموضع إضافية والتي تسمح بالتحكم بالموضع الميكانيكي للمحرك ذي المهي الدخل الذي تحدد قيمته من قبل المستخدم ومن الممكن أن تكون الدائم. الموضع المرجعي

درجة ميكانيكية. القيمة المقاسة لزاوية الموضع تطرح من المرجعية للحصول 349قيمته أكبر من

عند إعطاء أمر . على قيمة الخطأ الذي يغذي المتحكم التناسبي الذي يولد السرعة المرجعية

الموضع فإن السرعة الميكانيكية ستزداد وتحافظ على القيمة المطلوبة وذلك لتوصل الدائر للموضع المطلوب.


76

بالسرعة( مخطط التحكم بتوجيه الحقل بتوجيه الدائر بوجود حساسات )التحكم : 44.1 الشكل

الدائر بوجود حساسات )التحكم بالموضع(مخطط التحكم بتوجيه الحقل بتوجيه : 44.1الشكل


77

Direct Torque Control (DTC)التحكم المباشر بالعزم .1.4.4.1

( وتستخدم تقنيات DTCظهرت مؤخرا تكنولوجيا حديثة للتحكم تعرف باسم التحكم المباشر بالعزم والسيالة )

بتقنيات تعديل عرض النبضة. واستطاعت ( وهي ما يعرف inverterلكترونية )اإلالتغذية بالجهد للمبدالت

هذه التقنية أن تعطى دقة عالية في القيادة لتواجه تقنيات التحكم الشعاعي المعروفة.... ها بمخططات تعتمد على تقنيات التحكم المباشر بالعزم والسيالة مؤخرا بدأت أغلب الشركات تقدم منتجات

والتي تعتمد على تقنية حديثة لتعديل عرض النبضة لتغذية المبدل اإللكتروني تعرف باسم تعديل عرض

(. SVPWMالنبضة بالشعاع الفراغي )

تتيح لنا هذه الطريقة التحكم بالمحرك بحلقة مفتوحة حيث يمكن تحديد موضع الحقل بدون حلقة تغذية خلفية وذلك باالستفادة من نظريات المحرك الحديثة لحساب عزم المحرك مباشرة. حيث في هذه الحالة تكون

لعزم استجابة أسرع للعزم من التغيرات في السيالة المغناطيسية وعزم المحرك ، ويؤمن التحكم المباشر باطرق القيادة األخرى ويمكن أيضا من الوصول للسرعة المطلوبة بفترة زمنية اقل بحوالي ثمان مرات من

الطرق التقليدية االخرى التي تستخدم الحلقة المفتوحة. سنتعرض قبل شرح مبادئ التحكم بالعزم لمناقشة مختصرة للمعادالت الواصفة للعزم كتابع لسيالة الثابت

والدائر.

عالقة العزم كتابع لسياالت الثابت والدائر. 4.1.4.4.1

( يعطى بالعالقات:d,qمنسوبا للثابت ) PMSMحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم النموذج الرياضي للم

مركبات شعاع السيالة المغناطيسية :

التفاضلية التالية : ةلتفاعل بين المحرك والحمل يوصف بالمعادلة الكهرو ميكانيكيا

=

( )

( ( ) )

أداء نظام القيادة بطريقة التحكم المباشر بالعزم. 4.1.4.4.1

ن القيمة إن مبادئ التحكم المباشر بالعزم تعتمد على االختيار المناسب لشعاع جهد الثابت وذلك تبعا للفرق بيالمرجعية والحقيقية لسيالة الثابت وتبعا للعزم الكهرومغناطيسي المطلوب ، في حال اختيار القيمة المناسبة

للجهد المطلوب فإن سيالة الثابت ستؤدي للدوران وتوليد العزم المطلوب. هناك عدة فوائد لهذه الطريقة للتحكم ونذكر منها :


78

االستجابة للعزم -

نظام التحكم المباشر بالعزم فإن االستجابة لتغيرات الحمولة والتي ستتطلب تغير في العزم ستكون باستخدام ( وبمقارنتها مع التحكم الشعاعي فهي أفضل بكثير حيث Hz 40( عند تردد أقل من )ms 2-1سريعة جدا )

تقنية التحكم بتثبيت نسبة ( أما في نظام الحلقة المفتوحة بms 20-10تكون في نظام التحكم الشعاعي بحدود )

الجهد للتردد فتكون االستجابة سيئة جدا بمقارنتها مع الحالية . في الحقيقة استطاعت هذه الطريقة الوصول إلى الحدود الطبيعية للعزم وزمن االستجابة هذا ال يمكن أن يصبح أقل من ذلك أبدا حتى في طرق القيادة

ة للعزم ال تكون كما هي في هذه الطريقة.الحديثة )بدون حساسات( فإن االستجاب

إمكانية التحكم بالعزم عند الترددات المنخفضة -

أي عند 0.5Hzفي الواقع تؤمن هذه الطريقة إمكانية تأمين العزم الكامل عند ترددات منخفضة وأقل من

ن طرق التحكم سرعات منخفضة جدا وتعتبر هذه إحدى أهم الميزات التي تميز التحكم المباشر بالعزم عالحديثة التي ال تستخدم حساسات والتي ال تؤمن إمكانية للتحكم بالعزم عند السرعات المنخفضة حيث تفشل

عند إعطاء أمر الموضع فإن السرعة الميكانيكية ستزداد وتحافظ على القيمة المطلوبة وذلك لتوصل عندها. الدائر للموضع المطلوب.

: المخطط العام للتحكم المباشر بالعزم للمحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم 43.1الشكل

MATLAB\simulink محاكاة نظام التحكم الخامسالفصل

79

تم في الفصول السابقة دراسة أنظمة التحكم المختلفة المستخدمة في مجموعات المصاعد الكهربائية الحديثة ودراسة أنظمة القيادة بالمحركات التزامنية وجدنا أنه البد من محاكاة هذه المسائل للحصول على نتائج

ما :قريبة من الواقع العملي. سنناقش في هذا الفصل موضوعين أساسين ه

(.PMSMمحاكاة المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم ) -

برمجة و محاكاة نظام الطلب في مصعد كهربائي مستخدم في برج عالي ومراقبة أداء النظام. -

بعد دراسة النموذج الرياضي للمحرك MATLABحيث سنقوم في هذا الفصل بوضع نموذج المحاكاة في

ثم سنناقش النتائج التي حصلنا عليها. التزامني ذو المغناطيس الدائم ومنسنقوم أيضا بمحاكاة نظام الطلب )المذكور في الفصل األول( , وقد استخدمنا البرمجة المقادة بالحدث من

يمكن للواقع , يكمن الشبه في البرمجة المقادة بالحدث بمقارنتها مع نظام أجل الحصول على نتائج أقرب ماالمصعد الحقيقي بأنه في المبنى يتوجه المصعد إلى مكان الطلب عند الضغط على زر طلب المصعد من

مكان الطلب وبالمثل في البرمجة المقادة بالحدث فإن النظام يبقى في حالة سكون حتى يتم طلبه من إحدى ابق المبنى.طو


80

جدول الرموز المستخدمة . 5.1

: مقاومة ملفات الثابت.

: مقاومة ملفات الدائر.

: مقاومة ملفات الحقل على المحور المباشر.

: مقاومة ملفات الحقل على المحور العمودي.

: مقاومة ملفات اإلخماد على المحور المباشر.

: مقاومة ملفات اإلخماد على المحور العمودي.

: المفاعلة التحريضية الذاتية.

: المفاعلة التحريضية المتبادلة.

: المحارضة التسربية لملفات الثابت.

: المحارضة التسربية للملفات على المحور المباشر.

: المحارضة التسربية للملفات على المحور العمودي.

: المحارضة التسربية لملفات اإلخماد على المحور المباشر.

: المحارضة التسربية لملفات اإلخماد على المحور العمودي.

: المحارضة المغناطيسية للثابت على المحور المباشر.

: المحارضة المغناطيسية للثابت على المحور العمودي.

: المحارضة المغناطيسية لملفات الحقل على المحور المباشر.

رضة المغناطيسية لملفات الحقل على المحور العمودي.: المحا

: المحارضة المغناطيسية لملفات اإلخماد على المحور المباشر.

: المحارضة المغناطيسية لملفات اإلخماد على المحور العمودي.

: المفاعلة التحريضية الثابت.

: المفاعلة التحريضية الدائر.


81

: المفاعلة التحريضية المتبادلة بين الثابت والدائر.

: القوة المحركة المغناطيسية.

𝜆 .السيالة التسريبية لكل لفة :

𝜆 .السيالة المغناطيسية :

𝜑 .السيالة التسريبية الكلية :

𝜑 𝜑 .مركبات السيالة على المحورين المتعامدين :

(.a( ومحور الطور األول )q: الزاوية بين المحور العمودي )

: مركبات التوتر على المحورين المتعامدين.

: مركبات توتر ملفات اإلخماد على المحاور المتعامدة.

: العزم الكهرطيسي )الكهرومغناطيسي(.

الموديل الرياضي .5.1

الشكل التالي يبين الدارة الممثلة لموديول آلة تزامنية مثالية :

5.1 الشكل

قبل اشتقاق المعادالت الرياضية للدارة السابقة , سنأخذ نظرة موجزة لتغير المحارضات مع موضع الدائر.

لمغناطيسية ( ال تكون متماثلة. حيث يتم توجيه القوة المحركة اdqبشكل عام فإن المركبات على المحورين )

لملفات الدائر دوما على المحور العمودي أو المباشر , وبالنتيجة فإن جهة القوة المحركة المغناطيسية لملفات الثابت تكون متغيرة مع معامل االستطاعة. لنأخذ مثال مبسط إليجاد مركبات القوة المحركة

تولد مركبات السيالة محركة المغناطيسية على المحورين المتعامدين. القوة ال aالمغناطيسية للطور األول

. 𝜑 ,𝜑على المحورين


82

5.1الشكل

تكتب : aمركبات السيالة التسريبية للطور األول

𝜆 (𝜑 𝜑 )

( )

(

)

درجة 551تكون فقط مزاحة عن السابقة بزاوية bبية للطور الثاني يوبشكل مشابه فإن مركبة السيالة التسر

وتكتب :

𝜆 (

)

(

(

))

يمكن أن نستنتج المحارضات الذاتية للثابت للطور األول كما لزاوية الدائر 𝜆باالعتماد على تبعية يلي :

واإلزاحة وبتبديل 𝜆مشابهة لـ والثالث وبالمثل فإن المحارضات الذاتية للطور الثاني

)الطور كما يلي

)

. وبالمثل يمكن ان نستنتج المحارضات التبادلية بين

األطوار للثابت بالصيغة :

(

)


83

واإلزاحة الطور كما يلي يمكن أن نحصل عليها بتبديل وبالمثل فإن المحارضات التبادلية

(

) (

) .

وبشكل متوازن مع هبوط 5.1ل من الملفات المبينة بالشكل عند العمل كمحرك يتم تطبيق الجهد على ك

على المقاومة وكذلك الجهد

. وبالتالي نكتب معادالت الجهد على كل من الثابت والدائر بالصيغة التالية :

[

] [

] [

]

[

]

حيث :

[ ]

𝜆 𝜆 𝜆

𝜆 𝜆 𝜆 𝜆

معادالت السيالة للثابت والدائر يعبر عنها بالمعادلتين :

dqمعادالت اآللة التزامنية على المحاور المتعامدة . 1.1

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆


84

حيث تعطى السياالت التسربية بالعالقات التالية :

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

بين الجهد والسيالة. على العالقات منية باالعتماد يبين الدارة المكافئة لآللة التزا 5.3الشكل

العزم الكهرطيسي. 5.1

يتم الحصول على العزم الكهرطيسي في اآللة التزامنية من مركبة استطاعة الدخل بعد أن تعبر الثغرة الهوائية. حيث تعطى استطاعة دخل اآللة بالعالقة :

نكتب : ⁄ وبالتعبير عن استطاعة الدخل على المحاور المتعامدة باعتبار أن

( )


85

( (

)

𝜆

𝜆

(𝜆 𝜆 ))

𝜆

𝜆

𝜆

بإزالة الضياعات األومية و التغير في الطاقة المغناطيسية من المعادلة األخيرة نحصل على العالقة التي تعبر عن االستطاعة الكهرطيسية الناتجة :

(𝜆 𝜆 )

تصبح العالقة كما يلي : Pمن أجل آلة بعدد أقطاب

(𝜆 𝜆 )

وبتقسيم العالقة األخيرة على السرعة الميكانيكية نحصل على العزم الكهرطيسي المطلوب من أجل آلة وذلك كما توضح العالقة : Pتزامنية بعدد أقطاب

(𝜆 𝜆 )

1.1الشكل


86

تيارات كتابع للسياالت التبادليةال .1.1

غالبا تتم محاكاة اآلالت التزامنية بجعل السياالت التبادلية بين الملفات هي المتغيرة. نكتب معادالت السيالة التبادلية على المحاور المتعامدة كما يلي :

𝜆 (

)

𝜆

ويمكن كتابة عالقات التيار بصيغة مبسطة كما يلي :

(𝜆 𝜆 )

𝜆 𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

بتعويض قيمة التيارات على المحور المباشر بالسيالة التبادلية نحصل على قيمة السيالة التبادلية كتابع للتيار

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

حيث :

العمل في الحالة المستقرة .5.1

(

)

(

)

𝜑

( 𝜑

)


87

( 𝜑

)

تكون موجبة عندما يكون معامل من الواضح من معادالت الجهد والتيارات أن زاوية معامل االستطاعة االستطاعة متقدم و تكون سالبة عندما يكون معامل االستطاعة متأخر.

مع محور السيالة التي تدور بالسرعة التزامنية في هذه المرحلة , ال نستطيع معرفة جهة محور الدائر ( فإننا نعلم الزاوية بين المحورين ). وبما أن الدائر يدور بالسرعة التزامنية في الحالة المستقرة ,

, نقوم بنسب كل جل تحديد موضع محور الدائر أوالتي ستكون قيمتها ثابتة وال تتغير مع الزمن. ومن بالسرعة التزامنية )التي بيناها بالفصل السابق( سيالة الدائرةمن الجهد والتيار من المحاور ثالثية الطور لل

بالسرعة التزامنية سيالة الدائرةمنسوبا لل dqكال من الجهد والتيار على المحاور المتعامدة وتكون مركبات

كما يلي :

𝜑 𝜑

ات قيمة ثابتة بينما تكون قيمة تكون ذ dqنالحظ مركبات الجهد والتيار على كل من المحاور المتعامدة

المركبة الصفرية معدومة عن توازن االطوار الثالثة.

معادالت الحالة المستقرة للثابت .5.5.1

عادة فقط ملفات الحقل تتم تغذيتها من منبع خارجي , أما باقي ملفات الدائر فال يوجد فيها أي دخل من منبع خارجي وبالتالي

. في الحالة المستقرة فإن الدائر يدور بالسرعة التزامنية

. والسرعة النسبية للدائر منسوبا للدائر التزامني )السيالة( ينتج ⁄ وبالتالي عنها حقل معدوم في الثغرة الهوائية. ولن يكون هناك أي توترات ناتجة عن السرعة في ملفات الدائر ولذلك

يكون

⁄ , وتيارات الدائر األخرى

. وبما أن كل من تيارات الثابت والدائر

ستكون أيضا ثابتة وتغييرات السيالة مع الزمن ستكون معدومة. ولذلك 𝜆 𝜆ثابتة, فإن السياالت التسربية

dqلملفات الثابت منسوبا للدائر dqمتعامدين في حالة العمل المستقرة فإن الجهود على المحورين ال

ستختصر لتصبح :

تشير لمنبع التهييج في الحالة المستقرة لحانب الثابت : حيث

(

)


88

تحديد موضع الدائر .5.5.1

: بين المحورين سنعرف الزاوية

∫

حيث :

.aوالطور األول : الزاوية بين المحور

.aوالطور األول : الزاوية بين المحور

ستكون ثابتة. فإن الزاوية في الحالة المستقرة عند الدوران بالسرعة التزامنية

(Space Vectors( واألشعة الفراغية )Time Phasorsطويلة الزمن ) .1.5.1

يعبر عنه بالعالقة : dqتيار الثابت بالصيغة الفراغية على المحورين المتعامدين

, بإجراء التعديل : dqتشير إلى المتغيرات على المحاور sحيث

𝜑 ( )

و

والتبديل بالمعادلة السابقة نجد :

لطور األول تيار اوالقيمة اللحظية لطويلة

√

وللتعبير عن ذلك كطويلة وزاوية نكتب :

√

العالقة بين التيار اللحظي للطور األول و طويلة التيار كما يلي :

[√ ]

المحورين المتعامدين :ونفس العالقات تكتب بالنسبة للتوتر , وتكون القيم اللحظية للتوتر على


89

العزم .5.5.1

(

)

(

) ( )

(

)

المخطط الشعاعي لحاالت عمل المحرك التزامني .1.5.1

يبين المخطط الشعاعي للمحرك التزامني عند معامل استطاعة متقدم ومتأخر وذلك باالعتماد 5.1الشكل

على العالقات التالية :

في المحركات التزامنية ذات المغناطيس الدائم يمكن تعويض منبع التهييج الخارجي المستمر بالمغناطيس إن هذا التبديل سوف يؤدي لبنية أبسط وكذلك . )ملفات الحقل(الدائم الذي تم وضعه بدال من ملفات الدائر

وزن أخف وحجم أصغر معطية نفس األداء , مع تخفيض الضياعات. وتتمثل مساوئ هذا النوع من المحركات بالسعر المرتفع للمواد المغناطيسية المستخدمة , وأيضا إحدى أهم المساوئ أن خواص المواد

ن. إن اختيار المواد المغناطيسية المستخدمة تنعكس مباشرة على المغناطيسية المستخدمة قد تتغير مع الزميتم أداء المحرك, وزنه, حجمه, أدائه, والتكلفة االقتصادية للمواد المستخدمة , وبالتالي تكلفة المحرك.

دائر سنجابي إقالع هذا النوع من المحركات بوصلها على الشبكة مباشرة لتقلع كمحرك تزامني ذو قفص منبع التردد الثابت. إن مركبة العزم التحريضي الناتجة عن اإلقالع أصبحت عزوم نبضية تنشأ بمساعدة

عن الدائر المغناطيسي أثناء اإلقالع. عند تغذية المحرك من مبدلة إلكترونية فمن الممكن أن تقلع كمحرك ائر للسرعة أو ال حيث أن تردد المبدلة يعمل على وصول سرعة الددائر تزامني ذو قفص سنجابي

التزامنية.


90

متأخر( –: المخطط الشعاعي للمحرك التزامني عند معامل استطاعة )متقدم 5.1 الشكل

ذو المغناطيس الدائم معادالت المحرك التزامني .5.1

معادالت الجهد :

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆


91

السيالة التسربية :

𝜆 Wb.turn

𝜆

𝜆

𝜆

𝜆

العزم الكهرومغناطيسي :

(𝜆 𝜆 ) N.m

( )

(

)

المعادلة األخيرة تبين أن العزم الكهرومغناطيسي ينفصل لثالث مركبات أساسية كما هو مبين.

ت : يعبر عن السيالة التبادلية على المحورين المتعامدين بالمعادال

𝜆 ( ) Wb.turn

𝜆

يعبر عن التيارات المارة بالملفات بالمعادالت :

𝜆 𝜆

𝜆 𝜆

𝜆 𝜆

عزم تحريضي عزم مقاوم عزم تهييج


92

𝜆 𝜆

وتبسيط العالقة نجد : السياالتمعادالت في التيارات بتعويض معادالت

𝜆

Wb.turn

حيث :

على المحور العمودي. 𝜆 وبالمثل معادالت

كتابع للقيمة اللحظية للجهد على طرف اآللة يعبر عنه إن قيمة عزم المحرك الناتج عن المغناطيس الدائم

بالعالقة التالية :

(

)

إن المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم يكون ذو أداء عالي عند إقالعه المباشر وتغذيته من منبع جهد ذي

س الدائم الموجود في الجزء الدائر للمحرك يؤمن التهييج المتزامن والقفص الدائر تردد ثابت. إن المغناطي

يؤمن العزم التحريضي للعزم عند اإلقالع. إن االختالف في النفاذية المغناطيسية بين المغناطيس ونواة

منبع التهييج الذي الدائر ينشأ عنه عزم مقاوم عند السرعة التزامنية. عند الدوران بالسرعة الالتزامنية , فإن

هو في حالتنا المدروسة المغناطيس الدائم سيسبب عزوم نبضية. عندما يكون الحقل المغناطيس الناتج عن

المغناطيس الدائم قوي جدا , فإن المحرك قد يفشل في الدوران بالسرعة التزامنية وذلك بسبب العزوم

. إن الهدف من محاكاة المحرك التزامني ذو المغناطيس النبضية الزائدة الناتجة من تهييج المغناطيس الدوار

الدائم هو دراسة المحرك عند إقالعه من السكون واالستفادة من نموذج المحاكاة من أجل دراسة سلوك

مركبات العزم أثناء اإلقالع. تتم تغذية المحرك من منبع جهد ذو تردد ثابت. والجدول التالي يبين المعادالت

اة.الالزمة للمحاك


93

: الدارة المكافئة للمحرك التزامني على المحاور المتعامدة 1.1الشكل

MATLAB\simulink محاكاة نظام التحكم الفصل الخامس

94

النموذج الرياضي الالزم للمحاكاة .8.5

( يتم وفق المعادالت التالية : dq( إلى المحورين المتعامدين )abcاالنتقال من نموذج المحاور الثالثية )

=

=

√

=

= cos

sin

=

∫ = حيث :

electrical.radian.

التالية :أو يمكن إجراء التحويل بشكل آخر بخطوة واحدة وفق المعادالت

=

cos cos(

cos(

=

(

(

=

التسربية للملفات , فإن المعادالت ( كتكامل للسيالة dqوللتعبير عن معادالت الجهد على المحاور المتعامدة )

السابقة والتي تصف جهد الثابت يمكن أن تحول لكي تحل معادالت السيالة التسربية للملفات. وفي حالة اآللة

بملف حقل واحد فقط على المحور المباشر وزوج من ملفات اإلخماد على المحورين المتعامدين , فإن

دة تصبح : معادالت السيالة على المحاور المتعام

∫

∫

∫


95

∫(

)

∫

حيث :

ة كتابع للسيالة الكلية التسربية في الملفات بحيث تكون المعادالت: بادليسنعبر عن السيالة الت

حيث :

وبعد الحصول على قيم السيالة التسربية للملفات والسيالة التشابكية التسربية على المحورين المتعامدين يمكن

تحديد تيارات الملفات حسب المعادالت التالية :


96

التيارات على المحاور المتعامدة يمكن الحصول على القيم المكافئة لها على نموذج المحاور الثالثية وفق

المعادالت التالية :

√

√

العزم الكهروميكانيكي )حركة الدائر( الناتج عن ألة تحوي عدد من األقطاب محدد في حال العمل كمحرك

تعطي بالعالقة :

( ) pu

( ) (

)

⁄

زاوية الدائر تعرف كما يلي :

∫

زاوية الدائر بالنسبة للمحور العمودي أي في المجال المرجعي للدائر :

زاوية السيالة بالنسبة للمحور العمودي أي في المجال المرجعي للسيالة التزامنية :


97

التعبير بالقيم الواحدية لمعادلة العزم ومعادلة حركة الدائر :

عند دراسة نظم القدرة حيث يكون هناك العديد من المحوالت وكذلك تجهيزات متعددة في الشبكة فالبد من

والعمل بالقيم الواحدية عندها )النسب لألساس(.أخذ نقطة أساس

دراستنا تتضمن فقط ألة تزامنية واحدة ولذلك لن نستفيد من جميع نواحي استخدام النسب.

ممانعة األساس

عزم األساس


98

MATLAB/simulink: النموذج العام لمحاكاة المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم في 5.6 الشكل


99

...1محتويات الصندوق ...

dq: نموذج االنتقال من المحاور ثالثية الطور للمحرك لنموذج المحاور المتعامدة 5.6 الشكل


100



101

...aمحتويات الصندوق ...

(q-axisنموذج أداء المحرك على المحور العمودي ) : 5.6 الشكل


102

...bمحتويات الصندوق ...

(d-axis)نموذج أداء المحرك على المحور المباشر : 5.6 الشكل


103

...cمحتويات الصندوق ...

: نموذج السرعة 6..1 الشكل


104


: نموذج االستطاعة والعزم .11.6 الشكل


105


: نموذج تحديد موضع الدائر 12.6 الشكل


106


: نموذج العودة من المحاور المتعامدة لنظام المحاور ثالثية الطور 6..1 الشكل


107

التالية : بارمتراتك تزامني ذو مغناطيس دائم له القمنا بمحاكاة لمحر

F = 32 Hz

العزم الميكانيكي :

Tmech = -0.75أي المحرك محمل بثالث أرباع الحمل االسمي له

النتائج :

التهييج( –التحريضي –المقاوم –العزم )الكهرطيسي


108

التيار -السرعة

الردية( , زاوية االستطاعة –)الحقيقية خلداستطاعة ال


109

مقدمة .5.9

يحدد بثالث عوامل أساسية هي البناء المستخدم فيه المصعد , نظام المصاعد إن أداء المصاعد الكهربائية المستخدم والركاب. وهناك نقاط أخرى تم إضافتها لتؤخذ بعين االعتبار في المصاعد الحديثة وهي :

عدد الطوابق. .1 المسافة الداخلية بين طابقين. .2 القفزة )إقالع المصعد(. .3 زمن االنتقال من مسار آلخر. .4 الزمن الالزم لالنتقال من الحركة األفقية للعمودية وبالعكس. .9

"القفزة )إقالع المصعد(" يعبر عن المسافة التي يكون فيها المصعد بحالة تسارع وعادة تكون 3إن البند

المسافة قصيرة )عدة أمتار( من الطابق الرئيسي الذي انطلق منه المصعد.

إن معطيات المصعد تتضمن :

ات.عدد العرب .1


110

عدد الركاب المسموح في العربة )سعة العربة(. .2 سرعة االنتقال. .3 زمن الرحلة بين الطوابق. .4 زمن فتح األبواب. .9 زمن إغالق األبواب. .6 نظام التحكم بالحركة. .7 زمن األمان. .8

"زمن األمان" تكمن أهميته في توفير األمان في نظام المصاعد لمنع حدوث أي تصادم بين عربتين. 8البند

إن معطيات الركاب تتضمن :

عدد الركاب المنطلقين من طابق ما. .1 عدد الركاب الموجودين في طابق ما. .2 نظام حركة المصعد )باتجاه واحد أو عدة اتجاهات ....إلخ( .3 زمن انتقال الركاب من لحظة دخول العربة حتى لحظة الخروج منها. .4

الذكر وبالطبع بما أن العمل يقتصر على المحاكاة إن مدخالت نظام المحاكاة المنفذ تتضمن النقاط سابقة فالبد من تجاهل بعض معطيات الدخل كعدد الركاب مثال.

إن محاكاة نظام عمل المصعد يمكن أن يكون بإحدى الطرق التالية :

هي محاكاة مصعد أوتوماتيكي بزر مفرد. .1

المفرد المتواجد في كل طابق , وهذه الصيغة في هذه الحالة يكون هناك طلب واحد فقط عبر الزر من التحكم هي غير تجميعية. حيث يتم تشغيل المصعد بطلبه من إحدى أزرار الطلب الخارجية

الموجودة في كل طابق.

محاكاة مصعد بنظام تجميعي وهذه الحالة المنفذة برمجيا. .2

محاكاة مصعد بنظام تجميعي انتقائي. .3

الراكب للوجهة المطلوبة بدءا من اللحظة التي تم فيها طلب ولصهو الزمن الالزم لو ttransإن زمن االنتقال

المصعد , وتقسم هذه الفترة لألزمنة التالية :

.twزمن وصول عربة المصعد للطابق الذي طلب منه -

.tvزمن انتقال العربة أفقيا - .ttravellingزمن الرحلة -

ttrans = tw + tw + ttravelling

هناك أيضا أزمنة أخرى مثل زمن فتح وإغالق األبواب وزمن انتقال الراكب لداخل عربة المصعد قمنا بتجاهلها.


111

البرنامج .9..1

لمحة عامة .0.01.1

إن فكرة البرنامج هي مقارنة النظام مع الواقع الحقيقي , مع األخذ بعين االعتبار لبعض األمور التي تم مقارنة برنامج المحاكاة هذا مع نظام التاكسي , حيث ال يسمح في البرنامج لدخول تجاهلها فمثال يمكن

أكثر من راكب في المصعد.

المحاكاة. 5.01.1

إن برنامج المحاكاة تمت برمجته ليتالئم مع تغير عدد الطوابق , عدد العربات , عدد المسارات , تؤمن بيئة برمجية تسمح بإمكانية التغيير MATLABالب وكذلك عدد الركاب. إن لغة البرمجة في المات

في األصناف مثل عدد المسارات. في المحاكاة في برنامجنا المدروس قمنا بمراعاة النقاط التالية :

من المستخدم. عدد الطوابق متغير يحدد - عدد العربات ثابت ومساوي للواحد ويمكن للعربة التحرك باالتجاهين. - ابت ومساوي للواحد.عدد المسارات ث - عدد الركاب ثابت ومساوي للواحد. -

( التي تؤمنها البيئة البرمجية Event-Driven Programmingسمحت لنا البرمجة المقادة بالحدث )

في الماتالب بالحصول على نتائج قريبة جدا من النتائج الحقيقية حيث يكون برنامج المحاكاة في كل برنامجنا بكبسة الزر التي تمثل البرمجة المقادة بالحدث أي بمجرد لحظة بانتظار أي طلب يمثل في

الضغط على زر ما يتم تنفيذ خوارزمية انتقال المصعد.

في المحاكاة قمنا بافتراض أن :

حركة المرور مثالية. - عدد الركاب نفسه في كل الطوابق عند طلب المصعد. - الركاب للمصعد.إهمال األزمنة المتعددة القيمة مثل زمن دخول -


112

النتائج .11.9

معلومات تقنية .0.00.1

وكما ذكرنا سابقا استفدنا من MATLABمن أجل برمجة المحاكاة قمنا باستخدام لغة البرمجة الماتالب

واجهات المستخدم الرسومية ومن البرمجة المقادة بالحدث من أجل المحاكاة.


113

لمحة عن خوارزمية عمل البرنامج .5.00.1

إن الكائن إن الشكل المبين يبين الكائنات األكثر أهمية في البرنامج والتي تكون مترابطة فيما بينها.الرئيسي هو نظام التحكم الذي يكون بجاهزية تامة طيلة فترة العمل وبنفس الوقت يكون باتصال

الركاب )تحديد الوجهة من داخل المصعد((. –دائم مع الكائنات المبينة )الركاب )خارج المصعد( يقوم عمل البرنامج وفق المراحل األساسية التالية :

مصفوفة الركاب وبمجرد الطلب يسجل وجود راكب.اتصال نظام التحكم مع .1 نظام التحكم يسجل الطلب في مصفوفة االنتقال محددا موضع العربة وموضع الطلب )الراكب(. .2 يقوم نظام التحكم باستجابة ألقدم طلب ويقوم بإرسال عربة المصعد إليه. .3تمت تلبية الطلب ويتم بمجرد وصول العربة للوجهة المطلوبة ترسل رسالة لنظام التحكم بأنه .4

حذف الطلب من النظام. واجهة المستخدم الرسومية .5.00.1

الشكل العام لواجهة المستخدم الرسومية

نظام التحكم جاهز

وبانتظار الطلب من :

الركاب )مصفوفة(

خارج المصعد –

الركاب )مصفوفة(

تحديد الوجهة من –

داخل المصعد

Compact design, high efficiency and extreme reliability have confirmed the Imperial Electric Gearless AC Machines to be a favorite in the industry. Models available: Frame 400 Series, 500 Series, LS Series and 800 Series.

Unlike traditional induction motors that lose efficiency at lower speeds, Imperial Electric gearless

AC machines provide unusually capable low speed, high torque operation — and consume up to 40%

less power than traditional asynchronous motors. Imperial Electric gearless AC machines are also

noticeably quieter than the competition and are nearly maintenance-free.

Imperial Electric machines are known for durability and reliability. Imperial Electric gearless AC

machines use rugged cast iron frames protecting a totally enclosed, self-cooling motor. Machine brake

and sheave assemblies are removable and replaceable — features that will provide cost savings over

long years of service.

Imperial Electric provides gearless AC machines in three frame sizes — serving car capacity ranges

from 1,250 to 8,000 lbs. at speeds from 100 to 1,400 fpm (feet per minute). The 470 series has the

capacity to lift 1,375 to 4,000 lbs. at speeds up to 500 fpm with 2:1 roping. The 520 series has the

capacity to lift 2,000 to 3,000 lbs. up to 700 fpm with 1:1 roping or 2,200 to 6,500 lbs. up to 700 fpm

with 2:1 roping. The 800 series has the capacity to lift 2,000 to 4,500 lbs. up to 1,400 fpm with 1:1

roping or 3,000 to 8,000 lbs. up to 700 fpm with 2:1 roping.

With the introduction of gearless AC machines to complement industry-leading, gearless DC machines,

Imperial Electric boasts the most comprehensive gearless machine line in the elevator industry.

BENEFITS

• High efficiency

• Reduced power consumption

• Quieter operation

• Less cogging

• Smoother start up

• Compact design

• Reduced low speed vibration

• Improved electrical precision at very

low speed

• Nearly maintenance-free

FEATURES

• AC synchronous permanent magnet design

• Machine, traction sheave, brake and encoder provided

• Totally enclosed, self-cooling motor — no fan needed

• Electronically activated double-action brake solenoid

• Brushless — no brushes to maintain

• Heavy duty components and construction

• Sub base with secondary sheave options

• CUS certified

• Re-greasable bearings

• Press fit hardened drive sheave

Gearless AC MachinesFrame 400, 500, 800 Series

GearlessElevator MachinesGearless AC Machines

Imperial Electric

04

Compact design, high efficiency and

extreme reliability have confirmed the

Imperial Electric Gearless AC Machines

to be a favorite in the industry. Models

available: Frame 400 Series, 500 Series,

LS Series and 800 Series.

Efficiency in Motion05

ADDITIONAL FEATURES

MODEL 472

• 902 lbs.

• 682 ft.-lbs. brake torque per shoe

• 6,600 lbs. maximum sheave shaft load

• 5–10mm undercut U grooves for single wrap

MODEL 475

• 1,012 lbs.

• 734 ft.-lbs. brake torque per shoe


• 6–10mm undercut U grooves single wrap

MODEL 478

• 1,367 lbs.

• 1,400 ft.-lbs. brake torque

per shoe

• 11,025 lbs. maximum sheave

shaft load

• 8–10mm undercut U grooves

single wrap

Frame 400 Series: 472, 475, 478

Frame 470 has the capacity to lift

1,375 to 4,000 lbs. at 100 to 500 fpm

with 2:1 roping. Frame 400 Series 2:1 duty table

FPM 125 200 300 400 500

Freq. (Hz) 10.1 16.2 24.3 32.3 40.4

RPM 61 97 146 194 243

Capacity (lbs.) HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps

2000 4.5 10.0 7.1 10.0 10.7 17.0 14.3 22.0 17.8 22.0

2200 4.9 11.0 7.8 11.0 11.8 18.7 15.7 24.2 19.6 24.2

2500 5.6 11.1 8.9 11.1 13.4 17.8 17.8 27.5 22.3 27.5

2750 6.1 12.2 9.8 12.2 14.7 19.6 19.6 30.2 24.5 30.2

3000 6.7 13.4 10.7 13.4 16.0 21.4 21.4 33.0 26.7 33.0

3500 7.8 17.3 12.5 17.3 18.7 28.0 25.0 41.2 31.2 41.2

4000 8.9 19.8 14.3 19.8 21.4 32.0 28.5 47.0 35.7 47.0

Model 472 Model 475 Model 478

All specifications at 50% counterweight. Consult Imperial Electric for other ratings.

Frame 400 Series dimensional diagrams: Page 20

20

Gearless AC MachinesFrame 400 series dimensional diagrams 20

Model 472 Model 475

Model 478 Model 478

Note: Contact Imperial Electric for actual dimensions.

GearlessElevator MachinesGearless AC Machines

Imperial Electric

06

Frame 500 Series: 522, 525

Frame 520 has the capacity to lift 2,000

to 3,500 lbs. at speeds to 700 fpm with

1:1 roping or 2,200 to 6,500 lbs. at

speeds to 700 fpm with 2:1 roping.


ADDITIONAL FEATURES

MODEL 522

• 2,596 lbs.

• 1,105 ft.-lbs. brake torque per shoe


• 20 inch sheave

• 7-1/2 inch V grooves single wrap

MODEL 525

• 3,630 lbs.



• 20 inch or 25 inch sheave

• 7-1/2 inch or 6-5/8 inch V grooves single wrap

Frame 500 Series 1:1 duty tableFPM 300 350 400 500 600 700

Freq. (Hz) 7.6 8.9 10.2 10.2 15.3 17.8

RPM 46 53 61 61 92 107

Capacity (lbs.) HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps

2000 10.1 20.0 11.8 20.0 13.5 20.0 16.8 31.0 20.2 31.0 23.6 31.0

2500 12.6 25.0 14.7 25.0 16.8 25.0 21.0 39.0 25.3 39.0 29.5 39.0

3000 15.2 30.0 17.7 30.0 20.2 30.0 25.3 47.0 30.3 47.0 35.4 47.0

3500 17.7 35.0 20.6 35.0 23.6 35.0 29.5 55.0 35.4 55.0 41.2 55.0

Model 525 All specifications at 50% counterweight and 25 inch sheave. Consult Imperial Electric for other ratings

FPM 300 350 400 500 600 700

Freq. (Hz) 19.1 22.3 25.5 31.8 38.2 44.6

RPM 115 134 153 191 229 267

Capacity (lbs.) HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps

2000 10.7 19.0 12.5 19.0 14.3 19.0 17.8 23.7 21.4 32.3 25.0 32.3

2500 13.4 23.7 15.6 23.7 17.8 23.7 22.3 29.7 26.7 40.3 31.2 40.3

3000 16.0 28.5 18.7 28.5 21.4 28.5 26.7 35.6 32.1 48.4 37.4 48.4

3500 18.7 33.2 21.8 33.2 25.0 33.2 31.2 41.5 37.4 56.4 43.7 56.4

4500 24.1 40.1 28.1 40.1 32.1 40.1 40.1 51.5 48.1 70.5 56.1 70.5

5000 26.7 46.8 31.2 46.8 35.7 46.8 44.6 57.1 53.5 80.2 62.4 80.2

5500 29.4 51.5 34.3 51.5 39.2 51.5 49.0 62.8 58.8 88.3 68.6 88.3

6500 34.8 60.8 40.6 60.8 46.3 60.8 57.9 74.2 69.5 104.3 81.1 104.3

Model 522 Model 525 All specifications at 50% counterweight and 20 inch sheave. Consult Imperial Electric for other ratings.

Frame 500 Series 2:1 duty table

21

Gearless AC MachinesFrame 500 series dimensional diagrams 21

Model 522

Model 525 Model 525 available in 20 inch and 25 inch sheaves.


Model 525

07

Efficiency in Motion

Frame LS Series: 478-LS, 522-LS, 525-LS

Frame LS Series has the capacity to

lift 1,000 to 3,500 lbs. at traditional

geared speeds from 100 to 450 fpm

with 1:1 roping.

ADDITIONAL FEATURES

MODEL 478-LS

• 1,536 lbs.



• 20 inch sheave


MODEL 522-LS

• 3,275 lbs.

• 1,868 ft lbs. brake torque per shoe


• 20 inch sheave


MODEL 525-LS

• 3,830 lbs.



• 25 inch sheave

• 7–1/2 inch or 6-5/8 inch V grooves

single wrap

Frame LS Series 1:1 duty tableFPM 100 200 300 400 450

Capacity HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps

1000 1.7 12.2 3.4 12.2 5.9 12.2 6.7 12.2 17.8 22.0

1500 2.5 18.3 5.1 18.3 8.8 18.3 10.1 18.3 17.0 17.0

1800 3.0 20.0 6.1 20.0 10.6 20.0 12.1 20.0 22.3 20.0

2200 3.7 22.0 7.4 22.0 13.0 22.0 14.8 22.0 24.5 22.0

2500 4.2 25.0 8.4 25.0 14.7 25.0 16.8 25.0 18.9 25.0

3000 5.1 30.0 10.1 30.0 17.7 30.0 20.2 30.0 22.7 30.0

3500 5.9 35.0 11.8 35.0 20.6 35.0 23.6 35.0 26.5 35.0

Model 478-LS Model 522-LS Model 525-LS

All specifications at 50% counterweight Consult Imperial Electric for other ratings

Frame LS Series dimensional diagrams: Pages 22 - 23

22

22Gearless AC MachinesFrame LS series dimensional diagrams

30.99[787.2]

23.74[603.0]

54.73[1390.2]

20.39[517.9]

8.00[203.2]

9.00[228.6]

19.08[484.6]

5.41 [137.3]

8.95[227.4]

1.00[25.4]

36.73[933.0]

27.80[706.0]

36.00[914.4]

33.44[849.4] 522 LS MACHINE BASE

(IMPERIAL SUPPLIED)

MACHINE BLOCKING BEAMS(IMPERIAL SUPPLIED)

ISOLATION PADS(IMPERIAL SUPPLIED)

4-12 " ROPES

14.17 [360.0]

17.72 [450.0]

20.16 [512.0]

DRIVE SHEAVE

35.46 [900.7]

29.53[750.0]

34.65 [880.0]

169°wrap angle

4.00 [101.6]SLAB

10.00 [254.0]

MACHINE BEAMS

6.25 [158.8]

20.00 [508.0]

deflector sheaveMOUNTING TBD BY

CUSTOMER 30.00[762.0]

ROPE DROP

9.92 [252.0]

49.24 [1250.7]

12.25[311.1]

RL2RL1

3.25 [82.6]

3.00[76.2]

Model 522-LS

4.00 [101.6]SLAB

8.00 [203.2]

MACHINE BEAMS

8.25 [209.6]

20.00 [508.0]

deflector sheaveMOUNTING TBD BY

CUSTOMER24.37[619.1]

12.25[311.1]

3.25 [82.6]

5.00 [127.0]

WARNING PLATE

NAME PLATE

478 LS MACHINE BASE(IMPERIAL SUPPLIED)

ISOLATION PADS(IMPERIAL SUPPLIED)

RL1 RL2

8.94 [227.0]

15.07 [382.7]

1.00 [25.4]

ISOLATION PADPLATES

1.00 [25.4]

ISOLATION PADS

8.00[203.2]

23.60[599.5]

22.75 [577.9]

2.73 [69.4]

12.75[323.7]

34.53[877.1]

174°WRAP ANGLE

31.77[807.0]

34.15[867.5]

12.60[320.0]

22.48[571.0]

20.00 [508.0]

DRIVE SHEAVE

46.35[1177.4]

4-12 " ROPES

12.11 [307.6]

14.27 [362.5]

4.37[111.1]

30.59[777.1]

Model 478-LS

23

Gearless AC MachinesFrame LS series dimensional diagrams 23

8.25 [209.4]

7.00[177.8]

1.00 [25.4]

ISOLATION PADPLATE

1.00 [25.4]

AIRLOC ISOALTION(IMPERIAL SUPPLIED)

42.54[1080.5]

43.01[1092.5]

25.00[635.0]

8.00[203.2]

1.00[25.4]

13.99[355.4]

26.03[661.0]

9.23[234.5]

33.78[858.0]

75.02[1905.4]

25.00[635.0]

DEFLECTOR SHEAVE

40.25[1022.5]

C BRAKE

L

SPRING COMPRESSION AND BRAKE TORQUE

MEASURED LENGTHTORQUE ON SINGLE SIDE(lb.ft.) L (INCH) L

S 12X 31.8 MACHINE BEAMS

40.50 [1028.6]

ROPE DROP

10.00 [254.0]

3.00 [76.2]

4.00 [101.5]

6.00[152.4]

8.00 [203.2]

59.91 [1521.8]

44.06[1119.1]

8.00[203.2]

DIRECTION

RELEASE POSITIONRESET

BE USED BY QUALIFIED PERSONNELMANUAL BRAKE RELEASE MUST ONLY

!

POSITION LINE ON DECAL.!

REMOVE AND STORE HANDLE FOR EASY ACCESS.

RELEASE MUST ALIGN WITH THE RESET RELEASE. A MARK ON THE BRAKE

AFTER RELEASING THE MANUAL BRAKE

W 6 X 25 blocking beams(customer supplied)

525 LS MACHINE BASEWITH DEFLECTOR SHEAVE

155°

Ø25.00DEFLECTOR

SHEAVE(IMPERIAL SUPPLIED)

76.04[1931.4]

8.00 [203.2]

MC 8 X20 C CHANNEL

6-5/8" ROPES

Model 525-LS with base and deflector sheave

39.03 (991.3)

157° wrap angle

26.54 (674.0)

25.0 (635)

30.8 (782.2)

4.0 (101.2) SlabW 8 x 24 Blocking Beams

7.87 (200) 1.0 (25.4)Isolation Pads

12.0 (304.8)Machine Beams

19.25 (489)

3.25 (82.6)

46.0 (1168.3)Rope Drop

25.0 (635)

48.0 (1219.2)

16.0(406.5)Typical

10.0 (254.1)Typical

Model 525-LS

GearlessElevator MachinesGearless AC Machines | Gearless DC Machines

Imperial Electric

08

ADDITIONAL FEATURES

Frame 800 Series: 805, 808, 808-HD

Frame 800 has the capacity to lift 2,000

to 4,500 lbs. at speeds to 1,400 fpm

with 1:1 roping or 3,000 to 8,000 lbs. at

speeds to 700 fpm with 2:1 roping.

MODEL 805

• 4,880 lbs.


• 40,000 lbs maximum sheave shaft load

• 12–5/8 inch on 26 inch sheave or 14–9/16 inch on 22.5 inch U grooves double wrap. V grooves available consult Imperial Electric.

MODEL 808

• 6,305 lbs.



• 12–5/8 inch on 26 inch sheave or 14 - 9/16 inch on 22.5 inch U grooves double wrap. V groove available consult Imperial Electric.

MODEL 808-HD

• 6,305 lbs.



• 12–5/8 inch on 26 inch sheave or 14–9/16 inch 22.5 inch U grooves double wrap. V groove available consult Imperial Electric.

Frame 800 Series 2:1 duty tableFPM 400 500 600 700

Freq. (Hz) 43.1 53.9 64.6 75.4

RPM 117.5 146.9 176.3 205.7

Capacity (lbs.) HP Amps HP Amps HP Amps HP Amps

3000 21.4 58.0 26.7 58.0 32.1 58.0 37.4 73.0

3500 25.0 68.0 31.2 68.0 37.4 68.0 43.7 85.0

4000 28.5 77.0 35.7 77.0 42.8 77.0 49.9 97.0

4500 32.1 87.0 40.1 87.0 48.1 87.0 56.1 109.0

5000 35.7 97.0 44.6 97.0 53.5 97.0 62.4 121.0

5500 39.2 107.0 49.0 107.0 58.8 107.0 68.6 133.0

6000 42.8 116.0 53.5 116.0 64.2 116.0 74.9 145.0

6500 46.3 117.0 57.9 117.0 69.5 144.0 81.1 144.0

7000 49.9 126.0 62.4 126.0 74.9 155.0 87.3 155.0

7500 53.5 136.0 66.8 136.0 80.2 166.0 93.6 166.0

8000 57.0 145.0 71.3 145.0 85.6 177.0 99.8 177.0

Model 805 Model 808 50% counterweight. Consult Imperial Electric for other ratings.Frame 800 Series 1:1 duty tableFPM 500 600 700 800 900 1000 1200 1400

Capacity HP RPM Amps HP RPM Amps HP RPM Amps HP RPM Amps HP RPM Amps HP RPM Amps HP RPM Amps HP RPM Amps

2000 16.8 73.5 41.0 20.2 88.1 41.0 23.6 102.8 41.0 26.9 117.5 73.0 30.3 132.2 73.0 33.7 146.9 73.0 40.4 176.3 73.0 47.1 205.7 91.0

2500 21.0 73.5 51.0 25.3 88.1 51.0 29.5 102.8 51.0 33.7 117.5 91.0 37.9 132.2 91.0 42.1 146.9 91.0 50.5 176.3 91.0 58.9 205.7 114.0

3000 25.3 73.5 61.0 30.3 88.1 61.0 35.4 102.8 61.0 40.4 117.5 110.0 45.5 132.2 110.0 50.5 146.9 110.0 60.6 176.3 110.0 70.7 205.7 137.0

3500 29.5 73.5 71.0 35.4 88.1 71.0 41.2 102.8 71.0 47.1 117.5 119.0 53.0 132.2 119.0 58.9 146.9 119.0 70.7 176.3 146.0 82.5 205.7 146.0

4000 33.7 73.5 82.0 40.4 88.1 82.0 47.1 102.8 82.0 53.9 117.5 137.0 60.6 132.2 137.0 67.3 146.9 137.0 80.8 176.3 167.0 94.3 205.7 167.0

4500 37.9 84.9 79.0 45.5 101.9 79.0 53.0 118.8 133.0 60.6 135.8 133.0 68.2 152.8 133.0 75.8 169.8 133.0 90.9 203.7 163.0

Model 805 Model 808 Model 808-HD All specifications at 50% counterweight. Consult Imperial Electric for other ratings.


24

24Gearless AC MachinesFrame 800 series dimensional diagrams

Model 805Model 805 available in 22.5 inch and 26 inch sheaves.

Model 808Model 805 available in 22.5 inch and 26 inch sheaves.

Model 808


Research on Low-speed Gearless Permanent Magnet Synchronous Motor for Elevator Drive

J. H. Wang, F. W. Tan, R. L. Jin

Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China

Abstract—Some key problems in designing low-speed gearless permanent magnet synchronous motor (PMSM) is discussed in this paper. Firstly, measures to reduce har-monic torque are proposed. Secondly, magnetic circuit structure of PMSM is surveyed to make corresponding se-lection. At last, finite element analysis of a low-speed gear-less PMSM for elevator drive is proposed. A real PMSM product verified the design.

I. INTRODUCTION

Owing to requirement of modern society, high fre-quency, efficiency and comfort of work and living, mod-ern elevators require more and more sophisticated drive requirement, such as permissible load, travel velocity, landing precision, passenger comfort, low energy con-sumption and linear toque control etc. All traditional con-trol systems, such as DC motor drive, variable-poles AC motor drive, variable-voltage AC motor drive and VVVF AC motor drive cannot satisfy the requirement of modern elevator. The low-speed gearless permanent magnet syn-chronous motor (PMSM) is a hot topic in techniques for modern elevator drive in recent years in the world [1], [2].

Variable-poles two-speed AC motor, VVVF con-trolled DC motor and disc-type PMSM drive system has presented tradition-breaking improvement compare with hydraulic system [3], [4]. Nonetheless, in electric drive system, the perfect performance of lower-speed gearless PMSM is incomparable. Its performance is showed in details as follows: high efficiency, saving of energy con-sumption; compact structure, less dimensions, less weight; protection for environment and reduction of noise; solid-ity, reliability, and long-life; excellent control perform-ance which provides safety and comfort.

Some key problems in designing lower-speed gearless PMSM is discussed here.

Firstly, measures to reduce harmonic torque are pro-posed. The motor is design for modern high-performance elevator, so the precision of orientation, the smooth ride and the noise of motor should be under consideration. Especially the stability of operation at low speed is very important. Thus, torque fluctuation should be as small as possible. The constant torque is derived from sinusoidal induced electromotive force and current. In fact, excita-tion magnetic field excited by rotor or stator windings is not ideal sinusoidal. Furthermore, inverter will add high order harmonic to current is called ripple torque. And existing of the slot and tooth also can lead to torque fluc-tuation which is called alveolus torque.

Secondly, Magnetic circuit structure of PMSM is sur-veyed to make corresponding selection. Considering the electromagnetic torque and characteristics of torque-angle in PMSM, possibility of the use of magnetic reluctance

toque is discussed. Compared with outer-rotor structure, it is obvious that inner-rotor structure is bigger and heavier than outer-rotor structure. If taking account of heat dissi-pation, the inner-rotor structure is better because the cop-per loss is the most important part of total loss can emit from the surface of motor. 3 kinds of magnetic circuit structures were analyzed. They are structure with magnet on the surface, structure with magnet embedded into rotor, and structure with magnet under surface. Then some con-clusions are made.

It is important to get correct parameters, such as arma-ture reactance in d-axis and q-axis for electrical design of PMSM and its control. So, finite-element analysis of a low-speed gearless permanent magnet synchronous motor for elevator drive is proposed here. The computation model of electromagnetic field of PMSM which is applied field-oriented control method is constructed. After the boundary condition and exciting sources are deduced from design data, a simplified two-dimensional static magnetic field problem is computed. From the results of FEM computation, we proposed a method to get the arma-ture reactance in d-axis and q-axis under saturation [5], [6].

II. MEASURES TO REDUCE HARMONIC WAVE TORQUE

The PMSM is designed for modern high-performance elevator, so the precision of orientation, the smooth ride and the noise of motor should be under consideration. Especially the stability of operation at low-speed is very important. Thus, torque fluctuation should be as small as possible.

The constant torque is derived from sinusoidal in-duced electromotive force and current. In fact, excitation magnetic field arose by rotor or stator winding is not ideal sinusoidal. Furthermore, inverter of electromotive force and stator current is called ripple torque. And the existing of the slots and teeth also can lead to torque fluctuation, which is called alveolus torque. Reasons of the harmonic torque and the corresponding methods of resolution are discussed as follows.

Quantitative analysis of ripple torque is present as fol-lows under magnetic field-oriented control. We assume,

1) Magnetic circuit is not saturated; armature reac-tance of quaternion axis can be ignored.

2) No damping effect of magnet and iron in rotor. 3) Windings in stator are symmetric in three phases

and connect type is Y type. Current and electromotive force in phase A is shown

as follows: ( ) ( ) (

( )1 1 5 1

7 1

sin sin 5

sin 7A m m

m

i t I t I t

I t)ω ω

ω

= +

+ + (1)

454

( ) ( ) ( )( ) ( )

1 1 3 1

5 1 7 1

sin sin 3

sin 5 sin 7A m m

m m

e t E t E t

E t E t

ω ω

ω ω

= +

+ + + (2) In (1) and (2), 1ω is angular frequency of fundamental

wave, which is rotor electrical angular frequency in steady state.

Then, electromagnetic power in phase A is ( ) ( ) ( )

( ) ( )0 2 1

4 1 6 1

cos 2

cos 4 cos 6A Ae t i t P P t

P t P t

ω

ω ω

= +

+ + +. (3)

By the same token, electromagnetic power of phase B and C is

( ) ( ) 0 2 1

4 1

6 1

2cos 23

2cos 43

2cos 63

B Be t i t P P t

P t

P t

ω π

ω π

ω π

⎛ ⎞⎛ ⎞= + −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

⎛ ⎛ ⎞+ −⎜ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

⎛ ⎞⎛ ⎞+ −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

⎞⎟

+

, (4)

( ) ( ) 0 2 1

4 1

6 1

4cos 23

4cos 43

4cos 63

C Ce t i t P P t

P t

P t

ω π

ω π

ω π

⎛ ⎞⎛ ⎞= + −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

⎛ ⎛ ⎞+ −⎜ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

⎛ ⎞⎛ ⎞+ −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

⎞⎟

+

. (5)

Electromagnetic torque is

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1em A A B B C CT t e t i t e t i t e t i t

Ω= + +⎡⎣ ⎤⎦

+

. (6)

Ω is mechanical angular velocity of rotor. Substituting (2)-(5) for (6), we got

( ) ( )( ) ( )

0 6 1

12 1 18 1

cos 6

cos 12 cos 18emT t T T t

T t T t

ω

ω ω

= +

+ + (7)

and 0 1 5 7 11

6 7 5 11 1 13 1 17 5

12 13 11 17 7 19 5 23 1 7

18 19 17 23 13 25 11 29 7 11

32

m m m m

m m m m m m m m m

m m m m m m m m m

m m m m m m m m m

T E E E ET E E E E E E E E IT E E E E E E E E IT E E E E E E E E I

Ω

⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥− − + +⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥=⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥− − − −⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥

− − − −⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦

1

5

mI. (8)

As analysis above, interaction of harmonic wave be-tween induced electromotive force and current with the same order leads to average torque, and the interaction of harmonic wave with different order produces the ripple torque of 6th order. The amplitude of ripple torque is in reference to the aberrance of induced electromotive force and current.

While the system is running in high-speed zone or the outer-rotor structure is adopted, the ripple torque can be absorbed by inertia of rotor. But in low-speed zone, the fluctuation of rotor affects the stability of speed and pre-cision of orientation. We should consider this to reduce ripple torque during the design.

Alveolus effect comprises tangential component of in-teraction between magnet and tooth in stator. Especially under low-speed drive, alveolus torque affects the preci-sion of orientation, brings vibration and noise. When the rotor is running, permeance between the magnet and the stator tooth on the center of magnet keeps the same. So

the magnetic field around stator tooth is almost keep same too. But, in the close area which consists of one or two stator tooth on the side or magnet, permance changes largely, which induces stored energy changes in the mag-netic field and produces alveolus torque. Alveolus torque mainly occurs in the corner one both sides of magnet, not in the whole magnet. After the rotor rotates from one tooth to another, pulsant torque on both sides form alveo-lus torque. This torque is a periodic function, whose wavelength of fundamental wave equals to pitch of the stator teeth.

To reduce ripple torque, we should diminish harmonic wave in induced electromotive force and current. Follow-ing measures are used in the design.

1) Increase the number of slots per pole per phase, which is named q, to weaken high order harmonic wave in induced electromotive force. In designing low-speed motor, it is difficult to increase the number of slots. Then, fractional slot is adopted. For example, in one design scheme: 1 45Z = , 10p = , , . In another design scheme:

3 / 4q = 3q′ =

1 45Z = , , , 6p = 5 / 4q = 5q′ = . 1Z is the number of stator slots, is the pole pairs, and qp ′ is the equivalent integral slots per pole per phase. It is obvi-ous that q′ increased greatly. This is in favor of reducing the high order harmonic. On the other hand, orientation toque can also be diminished for the fractional slot struc-ture. Orientation torque occurs in PMSM without power supply, which forces rotor in a certain position.

2) Short pitch factor ( β ) in stator windings should be selected to weaken harmonic wave in induced electromo-tive force and current. Design of sinusoidal windings can be adopted if necessary.

3) Current in stator should approach the ideal sinusoi-dal wave. In modern frequency transformer, for the usage of new technology, higher order harmonic wave compo-nent replaces the lower one. Because the amplitude of harmonic wave decreases with the increase of order, they can be easily filtrated by rotor.

4) Make the best of shape and dimension of magnet pole to make excitation field close to ideal sinusoidal wave.

To reduce alveolus toque, following measures are adopted in design.

1) Choose smaller width of notch or use magnetic slot wedge to lessen changing of magnetic permeance.

2) The size of gap is designed as large as possible if it affect the availability of magnet little.

3) Skewed slot in stator is adopted. If skew slot of one-tooth pitch is applied, all alveolus toque harmonic waves can be diminished and electromotive force har-monic waves (5th and 7th order) are reduced to 20% while fundamental wave keeps the same. But skewed slot in stator will affect the applied area of slot and increase the copper loss.

4) Skewed pole in rotor is adopted. Technology of skewed pole can be directly applied in magnetic circuit structure with magnet on the surface.

455

III. MAGNETIC CIRCUIT STRUCTRURE OF PMSM AND COR-RESPONDING SELECTION

A. Electromagnetic torque and characteristics of torque-angle in PMSM

If ignore the resistance of stator, electromagnetic power can be express as follows:

(2

01

1 1sin sin 22em

d q d

mUE mUP PX X X

)θ θ⎛ ⎞

≈ ≈ + −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

(9)

1P is the input power, is the electromagnetic power, is effective phase voltage, is effective value of no-load back electromotive force per phase,

emPU 0E

dX is d-axis synchronous reactance, qX is q-axis synchro-nous reactance, and θ is the angle of torque.

Divided by mechanical angular speed ( ), electro-magnetic torque can be express by

Ω

( )2

0 1 1sin sin 22

emem

d q d

P mpUE mpUTX X X

θ θΩ ω ω

⎛ ⎞= ≈ + −⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠. (10)

ω is electric angular speed, is number of pole pairs. p

From (10), we got two parts of electromagnetic torque. One is basic electromagnetic toque which is the first item in (10), and this torque is produced by reaction of perma-nent magnet air gap magnetic field and the stator armature reaction field, which can also be called permanent magnet torque; the other occurs for asymmetry of magnetic circuit in d-axis and q-axis, which is called magnetic reluctance toque. Because the d-axis synchronous reactance of the PMSM is always less than the q-axis synchronous reac-tance (except for structure with magnet on the surface), magnetic reluctance torque is a negative sinusoidal func-tion. Differing from the excited salient synchronous motor, the torque angle at the maximum torque of the PMSM is less than 90 degrees as usual, but large than 90 degrees.

B. Magnetic circuit structure of PMSM and correspond-ing selection

1) Inner-rotor vs. Outer-rotor

We only take radial magnetic field into account. The magnetic circuit structure can be divided into outer-rotor structure and inner-rotor structure based on the position of rotor. Having the same outline, torque of outer-rotor structure is large than inner-rotor, because the former only contains the thickness of the field yoke and permanent magnet in rotor while for the latter, it must consider the thickness of the field yoke and the height of slot (in order to layout sufficient conductors) in the stator. Outer-rotor structure can increase moment of low-speed motor and to arrange the magnets.

But with the increasing capacity required by high-speed elevator, we should take heat growing and heat dissipation into consideration. If PMSM is designed in reason, the copper loss of the stator winding will become primary while iron-loss and mechanical loss change little.

So the adoption of inner-rotor structure with stator outside is easy for the dissipation of the heat. Outer-rotor struc-ture will lead to high temperature in stator winding for there exist two big air gap conductive thermal resistances (one is between the stator and rotor, the other is between the field yoke and cabinet). With the enhancement of the power, this factor should be considered.

2) Inner-rotor structure

Compared with outer-rotor structure, it is obvious that the inner-rotor is bigger and heavier. If taking account of heat dissipation, the inner-rotor structure is better because the copper loss, which is the most important part of total loss, can emit from the surface of rotor.

We choose three kinds of magnetic circuit structure to analyze.

Fig.1. Structure with magnet on the surface

Structure with magnet on the surface (shown in Fig.1) is capable of many merits, i.e. simple configuration, low manufacturing cost and low rotational inertia, etc. Fur-thermore, this type of permanent magnet is useful to real-ize optimized design so that the motor can gain air mag-netic density close to sinus waveform. Because perme-ability of permanent magnet (NdFeB) is close to that of air, this type of motor is equivalent to non-salient-pole machine with even gap. Magnetic reluctance of d-axis is equal to that of q-axis, and armature reactance is same along the circle and magnetic reluctance toque is absent.

Fig.2. Structure with magnet embedded in rotor

456

Fig.3. Structure with magnet under the surface

In structure with magnet embedded in rotor (shown in Fig.2), magnets can be embedded in rotor directly. Asymmetry characteristics of magnetic reluctance can be made good use of. Although dynamic behavior of this type is improved compared to structure with magnet on the surface, flux leakage coefficient and manufacturing cost is rising. In multi-pole motor, structure with magnet under the surface (shown in Fig.3) is adopted to enlarge magnetic density in gap.

With structure shown in Fig.3, higher magnetic den-sity can be obtained for magnetizing in cross direction and the polarity of adjacent pole is equal. Obviously, the problem about leakage coefficient and manufacturing cost also occur. Besides, reluctance parameter can be calcu-lated refer to routine structure.

C. Measures to reduce temperature in outer-rotor struc-ture

In general, with the same armature diameter, motor with outer-rotor structure has smaller outside diameter to lessen the consumption of structural material. With the inner diameter of shell, motor with outer-rotor structure has some advantages, such as it bigger bulk of magnet and higher gap flux density. But the rotational inertia of outer-rotor structure is bigger than inner-rotor structure. And during acceleration of elevator, the bigger dynamic torque should be acted on the motor, which over tasks the motor and inverter. It is very important that with growing of running speed, capacity and loss of motor increase rap-idly. There are 2 gap thermal resistances before heat can emit from motor in the conventional structure. Especially, to ensure the safe operation of the elevator, the gap be-tween inner diameter of shell and outside diameter of outer-rotor should be appropriate. So these two thermal gap resistances increase the temperature of winding in inner-stator. Recently, an improved structure of motor is proposed. Through insulation, heat of copper loss in in-ner-stator reaches at iron core of stator, then emits into surface of inner-stator with heat of iron loss, which is propitious to decrease temperature.

IV. FINITE-ELEMENT ANALYSIS OF LOW-SPEED PMSM

It is important to get correct magnet structure and pa-rameters, such as flux density, armature reactance in d-axis and q-axis for electrical design of PMSM and its con-trol. Finite-element analysis of a low-speed gearless

PMSM can be used to get right result. An inner-rotor structure with embedded magnet is discussed here. A. Computation Model

The PMSM discussed here is used in elevator drive system. Some parameters are listed in Table I.

TABLE I

MAIN PARAMETERS OF PMSM Power (kW) 34 Current (A) 80.3 Number of stator slots 45 Pole pairs, p 6 Number of slots per pole per phase, q 5/4 Pitch factor, β 0.8 Number of Parallel circuit, a 3

Field-oriented control method is applied to this kind of

PMSM. So, the comprehensive vector of stator current lags rotor field for a right angle. The vector diagram is shown in Fig.4 and vectors are listed in Table II.

Fig.4. Vector diagram of field oriented PMSM

TABLE II

VECTORS OF PMSM U1 Stator voltage Ef Excitation electromotive force Eδ Inductive electromotive force in air gap Iq q axis current Xaq q axis armature reactance R1 Stator resistance X1δ Stator leakage reactance

The computation region is shown in Fig.5.

Fig.5. Computation region

457

There are 2 pairs of poles, 15 slots in computation re-gion. Other parts of the motor can be deduced from com-putation result in Fig.2 by symmetric characteristic.

There are 5 kinds of materials: magnet, steel, air, cop-per, and silicon steel.

The slot of stator is divided to two parts: upper coils region and under coils region.

1AJ , 1BJ , 1CJ is current density of three phase A, B, C. The number of conducts per slot ( sN ) is 48. And the number of conducts in each part of slot ( ) is 24. aN

Then,

11

A aA

I NJ

S a⋅

=⋅

(11)

11

B aB

I NJ

S a⋅

=⋅

(12)

11

C aC

I NJ

S a⋅

=⋅

(13)

Distribution of conducts and slots, star diagram of slot

electromotive force are shown in Fig.6 and Fig.7. The axis of phase A lead N pole an electric angle of 120-degree.

Fig.6. Distribution of conducts and slots

Fig.7. Partial star diagram of slot electromotive force

Then, the vector diagram of computation model is got.

It is shown in Fig.8. Eδ is inner electromotive force con-sidering armature reactance.

Then, 120α = ° 90λ ψ= °− (14) β λ α= − (15)

Fig.8. Vector diagram

2 cosAI I β= (16)

( )2 cos 120BI I β= − ° (17)

( )2 cos 120CI I β= + ° (18)

1AJ , 1BJ , 1CJ are deduced from above formula. The first kind of boundary is combined of inner cir-

cumference of rotor and outer circumference of stator. The boundary at 0-degree and 120-degree radius is even periodical boundary. Finally, we compute this problem by ANSYS software.

B. Data process and results

After field computation, 2D flux line diagram is shown in Fig.9.

Fig.9. 2D flux line diagram

The distribution of vector potential zA in air gap is

shown in Fig.10. After Fourier transform, harmony components is got. The second order harmonic wave is the fundamental

wave. Its cosine component indicate half of fundamental flux at q axis per pole per meter and its sine component indicate half of fundamental flux at d axis per pole per meter.

Then, the fundamental flux in air gap is 2 22 ta b LδΦ = + ⋅ (19)

458

A- Angle

-6.00E-02

-4.00E-02

-2.00E-02

0.00E+00

2.00E-02

4.00E-02

6.00E-02

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Angle (rad)

A (Wb/m)

Fig.10. Curve of zA along air gap (angle)

The power angle θ is deduced by following formula.

tan ab

θ = (20)

It is supposed that 0ψ = ° , then 30β = − ° Eδ is

2 2

4.44

3600

dpE f K W

a b

δ δΦ= ⋅ ⋅ ⋅

= + (21)

1tan ab

θ −= (22)

Then,

1

sincosaq

EX

Iδ θ

ψ= (23)

cos 0fE Eδ θ − = (24) In order to get reactance at d axis, it is supposed that 1ψ = ° . Another Eδ and θ is got. They are expressed as

Eδ′ and θ′。 1cos sinf adE E I Xδ θ ψ′ ′ − = (25) Then,

1

sincosaq

EX

Iδ θ

ψ

′ ′= (26)

1

cos cossinad

E EX

Iδ δθ θ

ψ

′ ′ −= (27)

For this model, the result is as follows. ( )0.9922 ΩaqX =

( )0.4773 ΩadX = Because the magnetic circuit of d axis passes bigger

air gap than q axis and is more saturated, it can be de-

duced that ad aqX X< . It is coincide with above results from computation.

V. CONCLUSION

The low-speed gearless PMSM which is developed and designed by Electric Engineering Department of Shanghai Jiao Tong University has passed all tests. The motor in testing is shown in Fig.11. The motor has such advantages as little vibration, low noise, smooth operation, little no-load losses, high efficiency and even fully loaded operation at the speed of as low as 1 rpm. All those ad-vantages demonstrate that a series of measures we have taken in the process of design for reducing the ripple of torque and vibration of motor is quite correct.

Fig.11. PMSM for elevator drive in testing

REFERENCES

[1] T. M. Jahns and W. L. Soong, “Pulsating torque minimization techniques for permanent magnet ac motor drives-A review,” IEEE Trans. Ind. Electron., Vol.43, pp. 321-330, Apr. 1996

[2] Dae-Woong Chung, Hyung-Min Ryu, Young-Min Lee, Lo-Won Kang, Seung-Ki Sui, Seok-Joo Kang, Jun-Ho Song, Joong-Seok Yoon, Kil-Haeng Lee, Jong-Ho Suh, “Drive systems for high-speed gearless elevators”, Industry Application Magazine, IEEE, Vol.7, pp.52-56, Setp.-Oct. 2001

[3] N. Mutoh, S. Kaneko, T. Miyazaki, R. Masaki, and S. Obara, “A torque controller suitable for electric vehicle,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol.44, no. 1, pp. 54-63, 1997

[4] Mutoh, N., Ohnuma, N., Omiya, A., Konya, M., “A motor driving controller suitable for elevators,” IEEE Trans. Power Electronics, vol.13, pp. 1123-1134, Nov. 1998

[5] J. F. Gieras, E. Santini, and M.Wang, “Calculation of synchronous reactance of small permanent-magnet alternating-current motors: comparison of analytical approach and finite element method with measurement,” IEEE Trans. Magn. Vol.34, pp.3712-3720, Sept. 1998

[6] G. H. Kang, J.P. Hong, G. T. Kim and J. W. Park, “Improved pa-rameter modeling of interior permanent magnet synchronous motor base on finite element analysis,” IEEE Trans. Magn. Vol.36 , pp. 1867-1870, July 2000

459

Increased efficiency for building owners

KONE Polaris™

– an effortless elevator experience Imagine smart, easy-to-use-elevators in better

organized lobbies. Imagine orderly boarding,

uncrowded cars, shorter travel times, and

fewer unnecessary stops. KONE Polaris makes

all of this a reality. Simply select a destination

floor and enjoy the perfect elevator

experience.

KONE Hybrid DCS – better usability with no compromise on performance

In traditional destination control systems the

destination floor is entered in the lobby using

a destination operating panel (DOP). People

who are not familiar with a DCS may find this

confusing due to the lack of call buttons in the

car operating panels.

The KONE Hybrid DCS solves this problem by

incorporating normal car operating panels in

addition to the destination operating panels,

so first-time or occasional users can choose the

method that makes them feel most comfortable.

KONE Polaris Hybrid DCS elevators offer the

performance advantages of a modern DCS

elevator system with the ease of use of a

conventional collective system.

Increased comfort and reduced journey times

for passengers

Increased security and peace of mind for

Unlike conventional elevator control systems,

which only register the desired travel direction,

the KONE Polaris Destination Control System

(DCS) incorporates desired destination floors

and the number of waiting passengers to

significantly improve elevator convenience and

efficiency.

This additional information leads to increased

handling capacity, shorter journey times, fewer

intermediate stops, and enhanced passenger

comfort.

The significantly improved system performance

is most evident during intense traffic periods

and rush hours, when traditional control systems

struggle to cope with the high volume of traffic.

Efficiency, comfort, and security

KONE Polaris brings benefits for all building

stakeholders in all types of buildings, from large office

buildings to hotels and residential complexes:

residents

2

3

More for passengers throughout their journey

More personalization

KONE Polaris can be personalized to further increase

passenger comfort. User-specific door times,

automatic call allocation to passengers’ home floors,

and audible passenger guidance all help make the

KONE Polaris experience a uniquely personal one.

Enhanced guidance

The optional elevator destination indicator shows

the selected destination floors. Only destinations

from a passenger’s departure floor are shown,

enabling them to quickly recheck that they are

entering the right car.

More space

Because KONE Polaris assigns the correct number of

passengers to each elevator and each car only serves

a specific range of floors, cars are much less likely to

become crowded.

More handling capacity

The handling capacity of the elevator group is

improved, especially during peak traffic periods

such as the morning up-peaks common in office

buildings.

Less waiting, fewer intermediate stops

KONE Polaris uses the information on the number

of travelers and their destination floors to group

together passengers with the same destination,

leading to shorter transit times and fewer

intermediate stops.

Improved comfort

Because passengers choose their destination floor

before entering the elevator, they don’t need to

struggle through a crowd to press a button inside

the elevator car. And because the system knows

the journey time from the operating panel to the

car, passengers can take their time walking to

their assigned elevator.

Better security

KONE Polaris enables the elevator system to be

integrated with the building’s access control

system. Occupants can use access cards and PIN

codes, restricting unauthorized use of elevators

significantly and adding to the security of the

entire building.

Easier accessibility

For people who need more time and

space, an accessibility function can

be activated with a card reader or a

special button. This gives passengers

more time to reach the car, longer

door dwell times, and, because fewer

people will be assigned to that car,

more space as well.

4

your destination to your elevator. the journey.

All it takes is three simple steps

A

5

A B

5 689

1Selectfloor

at the Destination

Operating Panel (DOP).

The display will tell you

which elevator has been

assigned to you and

where it is located.

2 Move All elevators are clearly

marked with identifiers

above their doors.

3 Enjoy Once in the car, the next-stops

indicator displays the destination

stops the car will make. The

position indicator informs you

when you have arrived at your

destination floor. 5

24 62

Increased capacity, shorter journey times

KONE Polaris continuously monitors the traffic behavior

in the building and intuitively adapts to different traffic

patterns in order to provide the optimum service at all

times.

KONE Polaris combines short waiting

times with low car load factors. In

traditional control systems waiting

times tend to increase exponentially

when traffic intensity increases over a

critical point, whereas KONE Polaris

can handle much higher traffic. Built-

in artificial intelligence allows KONE

Polaris to detect periods of light-normal

traffic intensity and adjust the operating

mode accordingly in order to optimize

Depending on the number of cars in the group, the

car capacity, and the number of floors in the building,

KONE Polaris can increase the handling capacity of an

elevator group by 20–100% during heavy up-peak traffic.

In extreme cases the selection of KONE Polaris in the

planning phase can eliminate one elevator from the group

increasing the rentable space in the building.

This increase in handling capacity is not achieved at the

expense of in-car comfort. With KONE Polaris, car load

factors, which represent how full the cars are, remain low

compared to elevator groups using a conventional control

system, even during heavy traffic periods.

Compared to typical destination control systems and

conventional elevator control systems, KONE Polaris

cuts waiting times throughout the day. The figure below

illustrates how KONE Polaris reduces waiting times for

passengers regardless of traffic flow intensity.

Incoming Interfloor Outgoing

Traffic patterns in a typical office building

% of population/5 min.

12

10

8

6

4

2

0

Intense

The KONE Polaris DCS minimizes the number of intermediate

stops by grouping passengers intelligently. This leads to shorter

journey times and better handling capacity compared to

conventional full collective elevator systems.

Average waiting times

80

70

60

50

40

30

20

10

0

88 75

37

20

33

Normal

49

33

Heavy

76

55

81

66

13

22

5

13

Light

40

72

Time (s)

Traffic

intensity

Traffic intensity (car load factors shown on curves)

KONE Polaris DCS Typical destination control Conventional control

Destination Control System Conventional full collective control

Artificial intelligence

Traffic forecasting

Fuzzy logic

Genetic algorithm

Multi-objective optimization

KONE Polaris uses artificial intelligence to learn and

forecast a building’s traffic flows. When traffic intensity

changes, the control system assesses the changing traffic

patterns and alters its optimization routines accordingly.

During lighter traffic periods, passenger waiting times

or elevator energy consumption can be optimized,

while during heavy traffic periods the elevator handling

capacity is increased.

KONE Polaris uses our industry-leading group control

technology, which features several software innovations,

including:

waiting times.

6

passengers within a specific

range of floors are assigned to

the same car. Boarding is calm

and orderly, and travel times

are minimized.

H C

A D B C

F H E G

Boost traffic in all conditions with Hybrid DCS Traffic boosting comparison of conventional group control system vs. Traditional DCS vs.Hybrid

Traffic intensity

Lunchtime Down-peak

Time of day

Up-peak

Conventional group

control system

Traditional DCS

Hybrid DCS

With conventional collective

control systems, passengers wait

in a crowd then rush into the

first car that arrives. They also

crowd around the car operating

panel to select their destination

floor. Those traveling to higher

floors are delayed by several

intermediate stops.

With KONE Polaris DCS,

passengers select their

destination before entering

the lobby area and are guided

directly to the dedicated car.

A limited number of other

7

Han

dlin

g c

ap

aci

ty (

5H

C %

)

1

5

0

1

0

5

0

0

6

KONE Modernization

Overlay in use

1 1 1 1

4 3 2 1

1 2 3 4

50

0

Under Mod

Old lift controls

New lift controls

Modernize your building for better performance KONE Modernization Overlay Tool

With Modernization Overlay

Without Modernization Overlay

Examples of group handling capacity

with and without Modernization

Overlay in a DCS modernization

The process

Each elevator is modernized in turn, gradually adding to

the number of new elevators and increasing people flow

capacity. With conventional modernization, handling

capacity will decline considerably during the first phases

of the project. The KONE Modernization Overlay Tool

maintains the people flow capacity, increasing it as

more elevators are completed (see graph below). Before

modernization of the last elevator, the overlay is removed

and the final KONE group controller takes full responsibility

for call allocation.

Compatible with old and new

The KONE Modernization Overlay can be used with the

KONE Polaris Destination Control System (DCS), with

traditional Full Collective (FC) elevator control systems, and

also with most types of existing electrification systems. It

is also compatible with both machine-room and machine-

room-less elevators.

Improved performance

If the traffic and population in an office building increases,

resulting in queuing and long waiting times, KONE Polaris

will return the service level back to normal or even boost it

further.

Increased security

KONE Polaris will also improve the safety of tenants by

providing personalized functionality and guidance for users

with special needs. Integration with access control systems

improves your building’s security.

Key benefits

Improved usability

• Common landing stations for old and new elevators

• Smooth transition from conventional control to destination control

100

Increased traffic capacity

• Improves capacity during modernization with

benefits of Destination Control System (DCS)

Better eco-efficiency

• Decreases energy consumption during modernization

Wide compatibility

• Can interface with most types of existing elevator

controls

Minimized disturbance

• Short installation time

• Minimized downtime when setting up

overlay system

Building upgrade

Whatever phase of its life cycle your building is at –

whether it is facing competition from newer neighbors,

going through major changes in usage or service

requirements, or experiencing an increase in tenants –

KONE is committed to supporting you.

KONE Polaris™ will help you optimize elevator

performance. And thanks to our smooth, staged

installation process, disturbance and building downtime

are minimized.

During elevator modernization, you might expect

people flow capacity to decrease when elevators are

out of service or when there are old and new elevator

groups operating in the same lobby area. With the

KONE Modernization Overlay Tool, you can eliminate

capacity decreases during modernization and even

increase people flow capacity during the modernization

process.

How it works

The KONE Modernization Overlay Tool is a temporary

high-level group control tool for use during

modernization. Compatible with both old and new

elevator systems, its basic function is to allocate landing

calls between the new, modernized elevators and the

old elevator system. The tool gives priority to the

new elevators, maximizing the use of elevators with

the highest people flow capacity and lowest energy

consumption. Passengers use common Destination

Operating Panels for calling both old and new elevators.

Group handling capacity with and

without Modernization Overlay in DCS modernization

%

150

8

with attractive signalization

alternatives. This combination

increases comfort and security,

and enhances architectural

freedom and the visual

appearance of your building’s

lobby.

Because KONE Polaris guides

passengers to their elevator,

the elevators no longer need

to be in a clearly visible row.

This gives architects greater

freedom when designing

lobbies and positioning the

elevators.

Innovative technology, attractive designs After the location and exterior,

the main lobby and elevators

are the most important

elements in a building’s

character.

KONE Polaris combines

innovative technology

KSP 937

KSC 955

KSP 853

KSC 863

KSJ 853

KST 860

It also makes it possible to attach

or detach additional elevators

to existing groups, for example

around a corner, and thus improve

the overall efficiency of the elevator

system. This is especially useful in

building modernization projects.

The ability to customize the

appearance of the destination

operating panels means they can

be designed to fit seamlessly with

the building’s interior design.

9

Configured to meet your needs KONE Polaris is available in two configurations,

making it easier to tailor the system to the

individual needs of your building.

Hybrid DCS configuration

With the Hybrid DCS configuration, the

Destination Operating Panels (DOPs) are located

only on the main floors, while other floors have

conventional landing signalization. Cars have a

conventional car operating panel.

This configuration is particularly beneficial for

improving traffic flow from heavily used floors

like the main entrance floor. It is very useful in

buildings with heavy up-peaks and buildings with

For modernization projects, this configuration is a

highly cost-effective way to improve traffic flow in

buildings with up-peak deficiencies.

Traditional DCS configuration

With the traditional DCS configuration, the DOPs

are on all floors and consequently there are no

destination buttons on the car operating panel.

As the DCS configuration receives complete

passenger origin and destination information from

all floors, it is able to provide the best service for

all traffic conditions – the up-peak, the lunchtime

rush, and the down-peak, as well as quieter

periods.

large mid-building restaurants.

This system is recommended for more complex

buildings, for example:

where not all elevators serve the same floors

with complex lobby arrangements (more than

5 elevators in a row, circular or L-shaped

lobbies)

with high traffic peaks.

DOPs and

elevator

identifiers on

all floors

Car operating

panel without

destination call

buttons

Standard

landing

signalization

and landing

call stations on

other floors

Standard car

operating

panels

DOPs on

main floor

10

Multi-tenant office building

• 16 floors, 4-car group

Typical features:

• Audible guidance for disabled

• DOP’s with dot matrix

Multi-tenant office building

• 44 floors, 4-6-car group

Typical features:

• Audible guidance for disabled

• DOP color display option

• Access control integration option,

group call

Multi-purpose office building

• 50 – 60 floors, uneven floor arrangement,

2x8-car groups

Recommendation:

KONE Polaris 500 Hybrid

(DOPs on main floor)

Recommendation:

KONE Polaris 800 Hybrid

(DOPs on entrance floors,

car park and main lobby)

Recommendation:

KONE Polaris 900 Traditional

(DOPs on every floor)

Typical features:

• Possibility to customization

• Audible guidance for disabled,

• Touchscreen DOP with color display

• Access control integration,

Turnstile integration, group call, PIN code

HIGH RISE ELEVATORS FOR THE 21ST CENTURY

Hans Jappsen Jappsen + Stangier Oberwesel GmbH, Germany

Introduction Within the next 20 years, I think, we will have got high performance elevators with linear drives without counter weight, with o lot of elevator cars running in the same hoistway. In this way, it could be possible to reduce the required space of elevator hoistways in tall high rise buildings, and to build and to operate tall high rise buildings more economically. Due to an existing 200 m high rise building and a planned 360 m high rise building, these new elevator systems will be described and compared with the realised and designed today usual systems. The new elevator systems should have the same capacity as the existing elevators. I will show, how many lettable area can be saved and what are the estimated costs for the new elevator system. Elevators in high rise buildings Tall high rise buildings are tremendously influenced in their core dimensions by the number and layout of the elevators. We know high rise buildings, where elevators, starting at ground floor, can serve all other floors and we know high rise buildings where the people, to reach the upper floors have to transfer from an express group to an regional elevator group. The comfort is higher at high rise buildings, where all floors are reachable from ground floor without transfer. Due to an increasing travel height the handling capacity will be reduced, in consequence that for the upper areas of high rise buildings more and more elevators are required. Limits of these elevator layout are costs and the needed large hoistway areas at the entrance level. Train elevator All elevators today are comparable with a railway, containing rails and one train, running backwards and forwards. Today, efficient train systems are containing rails for both directions and a lot of trains, running one after the other.

Transformed to elevators, this could be a paternoster or an elevator system containing two hoistways, one for up and one for down direction and a lot of independent running elevator cars. Elevator cars without counterweights and without ropes, equipped with al linear motor, as it is used at the latest train technology, the German “Transrapid” system or the Japanese counterpart. At both ends of the hoistways, each car will be transposed to ride in the other direction. I would like to call these new elevator Train elevator. Comparison of handling capacity The maximum handling capacity of a train elevator to fill a building is defined per double hoistway by the car capacity (max. possible number of passengers inside the car with good comfort) and the time between to starts at the entrance level (interval time). Handling capacity (peoples/min.) = car capacity (number of peoples) / interval time (s) Interval time results of: total loading time + door closing time + time to leave the ground floor + time for security check + time the next car enters the ground floor + door opening time Example: Car with a capacity of 20 passengers: total loading time = 20 x 0,8: 16 s + door closing time = 2 s + time to leave the ground floor = 5 s + buffer time for security check = 3 s + time the next car enters the ground floor = 10 s + door opening time = 2 s interval time 38 s Handling capacity = 20 x 60 / 38 = 31,6 peoples /min This handling capacity is independent of the travel height, respectively the building height. Handling capacity of an express elevator:

travel height 100 m car capacity 20 peoples speed 5 m/s

stop loosing time 10 s loading and unloading time 1,2 s / peoples

Round trip time (s) = travel time + loading and unloading time + number of stops x stop loosing time travel time = 2 x travel height / speed = 200/5 = 40 s + total loading and unloading time = 20 x 1,2 = 24 s + total stop loosing time = 2 x 10 = 20 s round trip time = 84 s Handling capacity = car capacity / round trip time = 20 / 84 = 0,238 peoples /s = 14,3 peoples /min Handling capacity of a distribution elevator:

travel height 140 m car capacity 20 peoples speed 5 m/s stop loosing time 10 s loading and unloading time 1,2 s number of floors above ground floor 15 expected number of stops 12,2

Round trip time(s) = 2 x travel height / speed + loading and unloading time + number of stops x stop loosing time travel time = 2 x travel height / speed = 280/5 = 56 s + total loading and unloading time = 20 x 1,2 = 24 s + total stop loosing time = 12,2 x 10 = 122 s round trip time = 202 s Handling capacity = car capacity / round trip time = 20 / 202 = 0,099 peoples /s = 5,94 peoples /min A train elevator needs a double hoistway, therefore the handling capacity of a train elevator has to be compared with two express elevators or two distribution elevators. Handling capacity per double hoistway with: train elevator 40 peoples/min express elevator 28,6 peoples/min distribution elevator 11,8 peoples/min The above calculated handling capacity is valid during up peak. Any additional interfloor or down peak traffic will reduce the handling capacity of express or distribution elevators. The handling capacity of train elevators are not affected. Due to the lot of train elevator cars in different positions of the hoistway, the total handling capacity is much more higher than 40 peoples/min. The handling capacity of a train elevator during interfloor traffic is nearly as high as the handling capacity of a paternoster.

Main Tower Office tower at Frankfurt/Main, Germany: Height 200 m Number of floors 55 Building population 2.730 Completion Autumn 1999 Owner HELICON, München Architect: Schweger + Partner, Hamburg Project manager OFB, Frankfurt/Main – Hines, Berlin Elevator consultant Jappsen + Stangier, Oberwesel

Figure 1. Main Tower, Groundfloor

Figure 2. Main Tower, Skylobby

Existing elevators. Low rise group, from ground floor 4 elevators speed 4 m/s capacity 1350 kg Mid rise group, from ground floor 4 elevators speed 5 m/s capacity 1350 kg Express group, (shuttle) between ground floor and sky lobby 4 elevators speed 7 m/s capacity 1500 kg Lower high rise group, from sky lobby, downstairs 4 elevators speed 4 m/s capacity 1350 kg Upper high rise group, from sky lobby, upstairs 4 elevators speed 4 m/s capacity 1350 kg

Figure 3. Main Tower, Groundfloor Core

Figure 4. Main Tower, Groundfloor Core Train Lifts

Figure 5. Main Tower, Scheme with Skylobby and Scheme with Train Elevators

The elevator configuration at fig. 5 shows only passenger elevators and no freight or firefighters elevators.

R R

M R RM R R

M MM M

P IIIIIIIII

IM I RM I R

P I RI II II II II II II I

I IM I IM I I

I I II I II I II I II I II I II I II I II I II I II I II I II I I

P P P R R RR R RR R RR R R

High Rise Group

14

2 2

0

Number of Hoistways 4

38 Skylobby

24

2

25

Low Rise Group

Mid Rise Group

0

Under

ExpressGroup

52Upper

High Rise Group

4 4

System

System

52

Low Rise

High Rise

Hoistway without Doors

M

R

I

P Pit

Machine Room

Hoistway with Doors

Reversal Room

To handle the traffic during up peak two double hoistway systems are required. One system ends in the middle of the building and serves the lower building part. The second system serves the upper building part and has no stops at the low rise zone. A third system is provided as reserve. During maintenance or repair at the cars, there is no influence of the operation, because it is possible to take the cars out of the system. During maintenance at one hoistway, the second hoistway can be in use, but with reduced handling capacity in a up and down modus. If a complete double hoistway system is broken down, the reserve system is able to replace the low rise or the high rise system. For train elevators destination control systems might be helpful, to inform the people about the actual departure gate (door). Comparison conventional train elevator difference elevator system system hoistway volume 13.150 m³ 11.400 m³ -1.750 m³ hoistway area 3.736 m² 3.278 m² -458 m² hoistway area at ground floor 113 m² 81 m² -32 m² number of elevator hoistways 12 8 -4 number of doors 232 214 -18 estimated costs 7.000 T€ 9.200 T€ +2.200 T€ Rent income of 500 € per year / m2 and 458 m2 more rentable area in the tower, would bring a total additional rent income per year of 229 T€, respective an additional rent income within 10 years of 2.290 T€. The costs of the conventional elevators are estimated due to the present market situation. They are different to the real elevator costs at the construction. The above mentioned costs do not include the costs of freight or firefighters elevators and parking elevators. The estimated cost of the train elevators are naturally much more inexact because of the new technologies. As we can see, the calculated costs of the train elevators are at the border to be economical. Advantageous will be the flexible core design and the reduced required area at ground floor. In addition, the train elevator system offers the possibility to reach all floors from ground floor without transfer, and also, if the reserve system is in operation, to reach all floors from all floors without transfer. This is an important improvement of elevator comfort.

Example Milleniumtower Projected office tower at Frankfurt/Main, Germany: Height 370 m Number of floors 99 Building population 6.640 Completion not yet started Architect Albert Speer & Partner, Frankfurt/Main Elevator consultant Jappsen + Stangier, Oberwesel

Figure 6. Millenium Tower Groundfloor

Figure 7. Millenium Tower Groundfloor Core

Designed elevators Under low rise group, from EG, under level 6 elevators speed 4 m/s capacity 1500 kg Under high rise group, from EG, upper level 6 elevators speed 5 m/s capacity 1500 kg Double deck express group, between ground floor and sky lobby I 4 elevators speed 6 m/s capacity 2000 kg Middle low rise group, from sky lobby I, under level, 6 elevators speed 4 m/s capacity 1500 kg Middle high rise group, from sky lobby I, upper level 6 elevators speed 5 m/s capacity 1500 kg Double deck express group, between ground floor and sky lobby II 4 elevators speed 7 m/s capacity 2000 kg Upper low rise group, from sky lobby II, under level, 5 elevators speed 4 m/s capacity 1500 kg Middle high rise group, from sky lobby II, upper level 5 elevators speed 5 m/s capacity 1500 kg

Figure 8. Millenium Tower Groundfloor Core Train Elevator Groups

The elevator configuration of the conventional elevators and the configuration of this building equipped with a train elevator system is shown at fig. 9. Not included in the scheme are the freight- and firefighters elevators.

Figure 9. Millenium Tower, Scheme with Skylobbies and Scheme with Train Elevators

R R

R R

R R

M R R

M R R

M R

M R

R

I R

I R

I R

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I M I

I M I

I I

P IP M I R I I I

M I R I I I

I R I

I R I

I R I

I R I

I I I

I I I

I I I

I I I

I I I

I I I

I I I

M I I I

M I I I

I I I

I I I I

I I R I I

I I R I I

I I R I I

I I R I I

I I R I I

I I R I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I M I I I I

I M I I I I

I I I I

P I I IP M I I I I I I I

M I I I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I R I I I

I I R I I I

I I R I I I

I I R I I I

I I R I I I

I I R I I I

I I I I I I

I I I I I I

M I I I I I I

M I I I I I I

I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I

I I I I I I

I I I I I I

I I I I I I

I I I I I I I I I I

I

I R R R R R R

P P P P R R R R R R

R R R R R R

92

6265/66

80

Upper Low Rise Group

Middel High Rise Group

Upper Low

92 Upper High Rise

System

Rise Group

33/34

Group IExpress

Middel Low Rise Group

49

ExpressGroup II

Reserve System

Under High Rise

System

System

76

22 Under

41 Upper Low Rise

System

58

0

Mide Rise

System

Skylobby II Technics

Technics Skylobby I

Under High Rise

Low Rise

30

Group

0

18 Under Low Rise Group

I

P

M

R

Machine Room

Reversal Room

Hoistway with Doors


Pit

To handle the traffic during up peak by train elevators, 5 double hoistway systems are required, each serving one of the 5 building zones. A sixth system is provided as reserve. A destination control systems should be used. Comparison conventional train elevator difference elevator system system hoistway volume 50.950 m³ 33.900 m³ -17.050 m³ hoistway area 14.024 m² 9.310 m² -4.714 m² hoistway area at ground floor 264 m² 211 m² -53 m² number of elevator hoistways 20 12 -8 number of doors 587 368 -219 estimated costs 17.500 T€ 24.400 T€ +6.900 T€ Rent income of 500 € per year / m2, and 4714 m2 additional rentable area in the tower, would bring a total additional rent income per year of 2.357 T€, respective an additional rent income within 10 years of 23.570 T€. As we can see, the calculated costs of train elevators will be economical. Advantageous is the minimised required area at ground floor additional to the flexibility of the core design. Not necessary are skylobbies and double level entrance areas. There is no need of escalators between both entrance areas, which are very difficult to arrange within the building layout. The train elevator system offers the possibility to reach all floors from ground floor without any transfer and under operation of the system in reserve to reach all floors from all other floors without any transfer. Critical could be, during a brake down of more than one system in parallel, the handling capacity of the elevator group in reserve. To be prepared for this case, an alternative solution is described, connecting all levels at three double hoistway systems. The corresponding configuration is described in fig. 10. Comparison conventional train elevator difference elevator system system alternative hoistway volume 50.950 m³ 39.450 m³ -17.050 m³ hoistway area 14.024 m² 10.854 m² -3.170 m² hoistway area at ground floor 264 m² 211 m² -53 m² number of elevator hoistways 20 12 -8 number of doors 587 534 -53 estimated costs 17.500 T€ 26.700 T€ +9.200 T€ Rent income of 500 € per year / m2, and 3170 m2 additional rentable area in the tower, would bring a total additional rent income per year of 1.585 T€, respective an additional rent income within 10 years of: 15.850 T€. We can see, that the train elevator system is economical, if it is possible to realise the estimated costs.

Figure 10. Millenium Tower, Train Elevators with two and with tree systems each floor

R R R R R

R R R R R

R R R R R

R R R R R

R R R R R

R

R

R

R

R R

R R

I RI R

I R

I R

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

I I

R I I I I I I I

R I I I I I I I

R I I

R I I

R I I

R I I

I I I

I I I

I I I

I I R I

I I R I

I I R I

I I R I

I I R I

I I R I

I I I II I I I

R I I I I

R I I I I

R I I I I

R I I I I

R I I I I

R I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I

I I I I I R I I I I I

I I I I I R I I I I I

I I I R I I

I I I R I I

R I I I R I I

R I I I R I I

R I I I I I IR I I I I I I

R I I I I I I

R I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I

I I I I I I I I I I I I

R R R R R R R R R R R R




Low Rise Low Rise System System

72

76 Under High Rise

System

26

49

41 Upper Low Rise

System

58 Mide Rise System

92 ReserveSystem

Upper High Rise

System

0

Mide Rise

System

System

76

22 Under

41 Upper Low Rise

System

58

Reserve System

Under High Rise

0

92 Upper High Rise

System

22 Under

I

R Reversalroom

Hoistway with Doors


Hoistway with Doors for 3th possibility

Open technical questions The linear drive system of the electromagnetic trains, like that of the “Transrapid”, at present under installation at Shanghai, has to be adapted to a vertical operation. The linear motor is to be placed over the whole hoistway height. The available space required for a counterweight might be also sufficient for a linear motor drive. There are to develop safety brake systems, to guaranty a safe car fixing at the floor levels, when the drive system is powerless or in case of power failing. All parts of a safety system have to be installed at the car. The distance between the cars must be monitored permanently. The elevator cars and all connected parts have to be optimised with regard to reduce the weight, specially all parts of the drive system. All electrical wires to the car for communication systems, have to be exchanged by mobile radio equipment. Power supply for lighting, door drives will be supplied by accumulators or transmitted by induction. The elevator control systems have to be adapted to the new possibilities. A critical point is the high consumption of power for each car, which is much more higher than those of conventional fast running high rise elevators. To reduce the energy consumption recovery energy during down trip is necessary. Time horizon The realisation of such a new system depends on the demands of consultants, architects and building owners and how quick elevator manufacturer are able to develop such a new system respectively how much money they would like to invest. Aim of my presentation is, to present a new and space saving elevator solution to architects and clients, pushing enquiries and to show the elevator manufacturers, that linear motor driven elevators for tall high rise building are an economically solution. Biography Since 1972 Hans M. Jappsen is working as an Independent Consulting Engineer for elevators and building logistics. He and Günther Stangier founded in 1974 the Independent Engineering Company Jappsen + Stangier. For a lot of protruding buildings and nearly 80 % of the German high rise buildings, the Jappsen + Stangier Companies have planned elevators, escalators, facade lifts, and the supply and waste disposal areas, and have supervised their realisation.

2011 - 2012

Project Prepared for obtaining Diploma Engineer in

Electrical Engineering

By

Adnan Shahin Ahmed Mohammed

Muna alwadi Hiba Ali

Supervised By

Prof. Dr. Eng. Kamal Naji

Dr. Eng. Mohammed Eid Al-Masri

Documents

دراسة ومحاكاة أنظمة المصاعد الحديثة في الأبنية العالية