电梯电机发展及永磁同步电机优势分析

电梯电机发展及永磁同步电机优势分析

摘要：随着城市高楼建设逐渐增加，电梯作为垂直运输工具,其地位愈发重要，

俨然成为现代文明的标志。无论是高层建筑，还是大型商场等公共场合，电梯作

为运货、载人的运输设备,极大地方便了公众日常生活。其中电机作为电梯运行的

驱动部件，其发展壮大不仅是生产力提高的有力表现，更是人类生活水平提高的

重要指标。本文经过调查研究，并结合工作实践，对电梯电机的发展历程展开探讨，并就主流电机的优缺点展开讨论，对应用最广泛的永磁同步电机进行简要论述。

引言

电梯的作用在新时期体现得更加明显。作为高层建筑的关键工具，在人们的

日常生活中扮演了重要的角色。所以，对于电梯的设计、安装质量和日常检修保

养工作都需要高度重视，确保其安全运行。

1现阶段电梯运行故障与原因

电梯在运行的过程中可能会出现各种各样的问题，造成电梯故障产生的原因

也是多种多样，电梯在运行过程中会产生较多的安全隐患，商场管理人员并未及

时的进行处理，没有安排专业人员进行检修，长时间运行下去也会导致电梯出现

故障。通常情况下，电梯出现故障主要表现在以下方面。第一，电梯控制系统故障。电梯控制系统故障主要表现在电路短路和断路。首先电梯短路是指电流没有

经过电气元件直接接通，导致电气系统不能正常运行，产生的原因有内部线路绝

缘老化、电路安装不规范、维护保养不及时等;其次电梯线路断路会导致电梯无法正常运行，产生的原因有线路连接部位不牢固、开关触头部位接触不良等。第二，电梯安全管理问题。电梯管理人员和检验人员安全意识淡薄，认为只要电梯能够

正常运行就不需要进行安全管理，当电梯出现故障时，不能提供有效的解决措施。电梯作为我国的特种设备，政府明确要求对电梯进行定期检测和维护，然而，在

实际执行的过程中，工作人员仅仅是做表面上的功夫，没有抓住问题的本质并做

充足的预防措施，导致电梯的使用寿命降低，提高了电梯出现故障的几率。于此

同时，电梯检测人员没有认识到自身工作的重要性，责任心不强，为电梯故障的

发生埋下隐患。

2电梯电机控制技术发展历程

乘坐电梯是为了节省时间，同时保证安全舒适，因此对于频繁启动、制动的

电梯而言，越短的制动、启动时间以及越平稳快速的运行，越能增强用户的体验

感受。由于电力拖动控制比较简单，耗损小，调节性能好，经济节能，可以实现

远程自动控制，当前大多数电机都采用了电力拖动来控制电机运行，使其驱动电

梯实现可靠性高、精准度高和响应快速的运行目标。随着电机设计水平、测量技术、控制技术、半导体材料、磁性材料以及加工制造技术的发展，电机不断向小

型化、轻量化、智能化、程序化、低噪音、高效率、环保节能、经济实用的方向

发展，特别是近几年电梯事故频发，能确保电梯运行安全、可靠、抗震的电机成

为发展主流。

3异步电机优缺点及应用现状

3.1解析异步电机原理

在异步电机中，定子旋转磁场切割转子导体而产生的感应电流产生了转子磁场，转子则由定转子磁场的相互作用而转动。转子和旋转磁场的速度差越大，转

子电流就越大，定转子磁场的作用就越强烈。随着转速提高，转子电流越来越小，

但绝不能没有。这就造成了转子转速必须和同步转速有一定的差值，来维持旋转

磁场切割转子导体，从而保证转子的持续转动。这个转速差与同步转速的比值就

是转差率。因此，异步电机转速永远达不到同步转速。

3.2异步电机缺陷

目前电梯对变频调速的要求是恒频恒压的普通异步电机所无法完全适应，其

主要原因是：a.在变频器输出的非正弦电源条件下，普通异步电机会产生很大的

转子损耗和附加铜耗，使得温升有10%-20%的增加，从而输出功率减小，效率降低。b.采用PWM的控制方式时，定子绕组要承受极高电压冲击，对电机匝间绝

缘和对地绝缘构成威胁，加速老化。c.采用变频器供电时，机械、电磁以及通风

等因素会而引发更加复杂的振动噪声。d.采用变频器供电时，电机机械系统和电

磁系统处于循环交变力作用，出现加速疲劳和老化。e.异步电机功率因数低，要

从电网中吸收大量无功电流，加重了电网及相关设备负荷，造成电网效率降低，

影响电能有效利用。

4永磁同步电机工作原理与应用现状

4.1永磁同步电机的工作原理和优势

由于早些年受技术限制，永磁体的磁性偏低，使得永磁电机体积过大，因此

很少将其应用在电梯的升降运行中。随着近几年电机技术的不断进步,高性能、价

格适宜的永磁材料为提高电机伺服性能和实用化提供了条件，使永磁同步电机在

电梯运行中得到大面积推广应用,从而传统电梯升降速度调控低的缺陷得以弥补,

也满足了当下和未来电梯主要应用结构的需求。

4.2工作原理

永磁同步电机由转子和定子两大部分组成：a.转子上装有由铁氧体或稀土永

磁材料制成的特定形状的永磁体以产生恒定磁场，这也是与普通异步电机的区别

所在。b.定子电枢绕组缠绕在定子齿上，通过可控变频电源进行供电，其结构和

工作原理与异步电机相同。电梯驱动用永磁同步电机伺服系统总体上来说是一个

闭环位置伺服控制系统。

4.3优势

目前，相比于普通异步电机，永磁同步电机的体积小、出力大、耗电少、结

构简单、可靠性高,是同步伺服电机中最主要的种类，具有更加突出的优势：a.效

率高：由于永磁体产生磁场，所以转子上没有励磁绕组，电机内部发热减少，提

高电机效率，并节约能源。b.启动转矩：永磁同步电机一般也采用异步起动方式，但正常工作时转子绕组不起作用，在设计时可使转子绕组完全满足高起动转矩的

要求。c.体积小重量轻：由于采用高性能的永磁材料提供磁场，使得电机气隙磁

场较异步电机增强了很多，而体积和重量大大减少。例如110kW的异步电机重量为220kg，而永磁电机仅为92kg。d.噪音低：采用非接触电磁力传递功率，避免

了机械振动、噪音与磨损。e.安全可靠：当三相绕组短接时，轿厢动能和势能可

以反向拖动电机进入发电制动状态，并产生足够大的制动力矩阻止轿厢超速，从

而避免轿厢冲顶或蹲底事故；如果电梯突然断电则能松开曳引机制动器，使轿厢

缓慢地就近平层，解救乘员。f.高性价比：永磁同步无齿轮曳引机取消了齿轮减

速箱，简化结构、减轻重量，适用于无机房状态，即使安装在机房也仅需很小的

面积，使得电梯整体成本降低，传动效率提高，节省大量电能。

结语

电梯很多事故都是因电梯驱动故障而引发的，所以驱动电梯的电机技术是否

安全可靠十分关键。传统电梯采用的是直流或交流电机来实现驱动。前者调速性