浅析永磁同步电机控制技术在电梯技术上的应用

浅析永磁同步电机控制技术在电梯技术上的应用

摘要：在当今社会，永磁同步电机在运动控制系统中得到了广泛的应用，电梯

用永磁同步电动机是目前电机应用领域的研究重点之一。永磁同步电机在电梯技

术上的应用减轻了日常维护工作量，提高了电梯系统的可靠性，其研究具有重要

的科学意义和实用价值。

关键词：永磁同步电机；控制技术；电梯技术

引言：近几年来，永磁同步电机在电梯设计上的研发具有很大的实用价值。

永磁同步电动机以其节能、控制性能好、通过频率的变化进行调速、结构简单易

维护等优点，在电梯技术上得到了广泛应用。

1.永磁同步电机概述

永磁材料的应用是永磁同步电机的关键技术。永磁材料在近年来开发的很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴5(Sm Co5)，第二代钐钻2：17(Sm 2Co17)和第三代钕铁硼(N d—Fe—B )。80 年代初开发的钕铁

硼 (Nd—Fe—B ) 稀土永磁材料，性能十分优越，(BH )max，3800kJ／m³，到 90 年代，其 (BH )max，500kJ／m。Nd—Fe—B 稀土材料不含价格昂贵的钴，其可加工

性能也比较好，价格相对便宜。我国又是稀土大国，储量世界第一。开发应用前

景广泛，适合在永磁同步电机中应用。永磁同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高。和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因为效率高，功率因数高，力

矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；但

它与异步电机相比，也有成本高、起动困难等缺点。和普通同步电动机相比，它

省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。永磁同步电机矢量控制系统能够实

现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，因此永磁同步电机矢量控制

系统引起了国内外学者的广泛关注。我国是盛产永磁材料的国家．特别是稀土永

磁材料钕铁硼资源在我国非常丰富，稀土矿的储藏量为世界其他各国总和的4倍

左右，号称“稀土王国”。稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际

先进水平。因此，对于我国来说，永磁同步电动机有很好的应用前景。

2.永磁同步电机在电梯开发应用的安全性和可靠性

永磁同步电机技术在电梯的设计中得以开发利用，有效地提高了电梯曳引系

统安全性，可以满足我国现行标准GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》中

安全保护装置的要求。

2.1 运用永磁同步结构技术，保证电梯系统的安全可靠性

采用永磁同步结构形式可以保证在电梯实际使用中的安全可靠性。传统的以

异步机驱动的蜗轮蜗杆曳引机，机械制动装置作用于电机轴上，因减速机构的存在，没有直接作用于曳引轮。当减速机构出现损坏（如联轴器故障、蜗杆轴断裂等），会造成机械制动装置制动无效、电梯溜车的危险。GB7588-2003《电梯制

造与安装安全规范》在有关“上行超速保护装置”的条文中也作出了具体的规定，

要求上行超速保护装置应直接作用于轿厢、或对重、或曳引轮（例如直接作用在

曳引轮，或作用于最靠近曳引轮的曳引轮轴上）。永磁同步电机因其低速性能好

的特点，可以无需减速机构，直接驱动曳引轮，将电机轴与曳引轮构成一个整体，机械制动装置直接作用于电机轴—曳引轮整体上，使得曳引机整体结构更加紧凑

的同时，也满足了标准的要求，规避了传统曳引减速机构可能引起的安全风险，

保证了电梯系统的安全可靠性。

2.2永磁体同步闭合电枢组，相互作用辅助停车自闭

制动失效溜车情况下，永磁体和闭合的电枢绕组的相互作用，可有效控制曳

引电梯的失速。在永磁电机控制回路上，当制动器动作时，同时将电动机电枢绕

组短接或串联可调电阻器后短接。当出现制动装置失效而电梯失速溜车时，立即

切断控制器供电回路，此时旋转的永磁体与闭合的电枢绕组相互作用可产生较大

的制动转矩，制动转矩可通过电阻器调节，使电梯溜车速度保持在可控状态，从

而实现了防坠落现象的发生。

3.永磁同步电机在电梯技术曳引驱动系统分析

永磁同步电机在电梯技术曳引驱动系统的控制方式，主要是其控制永磁体产

生的磁链引起电动机运行。采用永磁同步电机的电梯曳引系统，突显了永磁同步

电机易于做成低转速、大功率的优点。静止的绕组切割旋转的永磁体产生的磁场

而感应出电动势，在闭合的电枢绕组回路中引起电流，该电流在磁场作用下引起

力矩，带动电枢绕组随磁极一起旋转。

3.1永磁同步电机在电梯技术上的曳引驱动装置

永磁同步曳引机具有优良的低速特性，能较好地满足电梯曳引要求，这种性

能的实现还必须基于与之配套的驱动装置的良好匹配性。由于永磁同步电机技术

曳引机的转速较低，保证了驱动装置速度反馈的精

度，用于速度检测的编码器具有较高的精度。一般情况下，最好选择编码器

或具有同等解析度的正、余弦编码器，这对于永磁同步曳引机获得良好的调速性

能是至关重要的。在应用实践中曾使用过下列型

号的驱动装置，均取得了较好的运行效果英国CT公司Unidrive—LFT变频器、德国KEB公司F4变频器、日本富士公司VG7一S变频器、日本安川公司676GL5

一IP变频器、意大利西威变频器。由于永磁同步曳引机没有反向自锁力，在起动

时容易发生溜车现象，使电梯起动舒适度降低，需要负载检测装置进行补偿控制，使曳引机在制动器打开之前就输出和当前负载相对应的转矩，这样在制动器打开

后就不会溜车，使起动舒适感得到保证。

3.2电梯永磁同步曳引电机的控制方式

永磁同步电机的控制方式与其他电机的控制方式不同，其控制方式一般有转

矩线性控制方式和总磁链恒定控制方式。其结构紧凑功能齐全，集曳引电机、曳

引轮、电磁制动器、光电编码器于一身易于安装便于使用。特别是在无机房电梯

的开发应用中，将永磁同步曳引电机安装在电梯的井道里，既节约了机房的建造

成本，又美化了建筑物外观形象。同步机的功率是电枢电流重要的牵引动力频率量、高频等，驱动系统相比，具有更高的快速响应性能及更为简单的维护工作。

电枢电流产生磁势，引起磁链轴分量产生轴磁势，这时电动机的合成磁链引起电

动势。加上电枢绕组的压降就得到电动机的端电压，同步机的功率是电枢电流重

要的牵引动力。位置检测装置采用转子位置传感器、光电编码器、旋转变压器等。轿厢负载检测装置可采用位置型、压力型等多种形式，对电梯负载进行预先测量

并计算，给出恰当方向和大小的力矩，可以将反馈的信号与给定信号进行比较，

按预定的控制方式加以控制，可以得到优于其它驱动系统的性能。

结束语：在电梯的生产设计中，开发应用永磁同步电机作为电梯的曳引电机，是一种技术的进步。其优点主要表现在：结构简单紧凑，对环境的噪声污染低、

无油脂污染，并能提高电力功率因素，是理想的环保产品，同时提高机械传动效

率使用节能、经济具有较高的性价比。

参考文献：