浅析永磁同步曳引机的优劣

浅析永磁同步曳引机的优劣

电梯是为高层建筑交通运输服务的比较复杂的机电一体化设备。近年来，随着城市的发展，高层建筑的迅速增多，对高性能电梯的电力拖动系统提出了新的要求，更加舒适、小型、节能、可靠和精确有效的速度控制是其发展方向，而电机技术、功率电子技术、微计算机技术及电机控制理论的发展，使其实现成为了可能。

如果说控制柜是电梯的大脑，那么曳引机就是电梯的心脏。作为电梯的核心部件，曳引机技术经过了蜗轮蜗杆传动曳引机、行星齿轮和斜齿轮传动曳引机、无齿轮传动曳引机三个发展阶段。

蜗轮蜗杆传动曳引机，传动效率较低，只有70%左右，由于传动转矩能力大、技术成熟，目前依然广泛应用于低速电梯和各种货梯。

行星齿轮和斜齿轮传动曳引机，传动效率能达到90%，但要求齿轮加工精度高，成本也比较高，这两种曳引机产品在中国并没有得到广泛地应用，随着成本较低的永磁同步无齿轮传动曳引机技术的发展，行星齿轮和斜齿轮传动曳引机已逐渐被淘汰。

永磁同步电机与异步电机的主要区别及特点

由于异步电机是靠电机定子电流为电机转子励磁的，而永磁电机转子是用永磁体直接产生磁场不需要电励磁，因此永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、形状和尺寸灵活多样等特点。

交流永磁同步曳引机的主要优点有：

1、结构简单运行可靠，由于永磁电机转子不需要励磁，省去了线圈或鼠笼，简化了结构，实现了无刷，减少了故障，维修方便简单，维修复杂系数大大降低。

2、低温升、小体积永磁同步电机与感应电机相比，因为不需要无功励l;

功率因数高，近于(1)磁电流，而具备：

(2)反电势正弦波降低了高次谐波的幅值，有效地解决了对电源的干扰的问题;

(3)减小了电机的铜损和铁损;

(4)同步电机发热温升小(约38K)，电机外形小，体积与异步电机相比，降低

一至两个机座号。

3、高效率，超节能。因为功率因数高(可近似为1)，又省去电励磁，减少了

定子电流和定子转子电阻的损耗，效率高(94～96%)，满载起动电流比异步减少一半，所以节能效果明显，用于电梯时，同步电机可节能40%以上(用户实际使

用后测试结果)，轻载电流小，只相当于异步电机的10%，如11KW异步电机轻载时电流达10A，而同步电机轻载电流只有0.7A。

4、调速范围宽，可达l︰1000甚至于更高(异步电机只有1︰100。注：异步

电机在有速度传感器反馈时也可达1︰1000)，调速精度极高，可大大提高电梯

的品质。

5、永磁同步电梯电机在额定转速内保持恒转矩，对于提高电梯的运行稳定性至关重要。可以做到给定曲线与运行曲线重合，特别是电动机在低频、低压、低

速时可提供足够的转矩，避免电梯在启动缓速过程抖动，改善电梯启制动过程的舒适感。

6、永磁同步电机满载启动运行时电流不超过额定电流的1.5倍，配置变频器无需提高功率配置，降低了变频器的成本。

7、永磁电机恒转矩和宽调速的优势，可将电机做成多极，为去除减速厢实现无齿化(即无齿轮曳引机)创造了条件，可促进电梯技术的进步。

8、永磁同步电梯电机反电势可以设计成正弦波，实现低损耗、低振动、低噪声、环保的要求。

9、利用永磁同步电机的发电制动功能，实现对电梯超速的二次安全保护。．

10、采用永磁同步电机无需润滑油，维保简单，更加绿色、环保。

11、永磁同步电梯的拖动系统由电动机和用以驱动电机的同步变频器组成。当前同步变频器与同功率的异步变频器相比价格相当，但永磁同步电机所用变频器的功率等级比异步机的低，可以降低成本。

同步无齿轮曳引机在电梯的实际应用过程中，也存在许多技术难点和问题需要解决和注意：

1、目前国内外电梯行业现有的无齿轮曳引机普遍采用2︰1的悬挂方式，由于这种方式必须在电梯轿厢和对重处各增加一组滑轮机构，增加一倍的钢丝绳长度，导致井道的使用效率降低，增加了电梯安装的难度，也增加了电梯结构复杂性和电梯的成本。由于在轿厢顶部或底部总是有滑轮与钢丝绳的相对运动，摩擦产生噪音，使电梯的舒适感和品质变差。随着科技的发展以及无齿轮曳引机技术的成熟，市场上出现了1︰1的无齿曳引机，此曳引方式与传统有齿轮曳引机电梯的安装方式是一样的，使得对旧电梯的改造变得非常简单，由于不需要增加滑轮机构及钢丝绳长度，从而降低了成本，电机转速是2︰1的一半，噪音会更低。但要实现1︰1的悬挂驱动方式，无齿曳引机和制动力矩需要增加到2︰1方案的3倍左右，这样同步无齿轮曳引机的效率不高，其采用的永磁同步电机效率为

76%-78%左右，其能耗损失与同功率的异步电机基本相同，这是由于永磁同步电机的技术特性决定的——磁极数越多，频率和转速越低，电机的效率呈现下降趋势。由于1︰1的同步无齿曳引机输出力矩是2︰1的3倍左右，相对应的变频器功率选择要较大，曳引机和变频器在能耗、重量、体

积上与同功率的蜗轮蜗杆曳引机并没有太大的优势。

2、我们利用永磁同步电机的制动器和发电制动功能来代替上行超速保护装置，通常是在运行接触器的常闭触点封接电机的U、V、W三相，要注意电梯在上行超速时，特别在空载上行，抱闸制动器失灵时，由于速度快，会产生很大的发电电流，如果封接装置不足以承受大电流时，会烧蚀断开，这样就起不到电流制动的功能，会产生轿箱冲顶的严重事故，所以要求自动封接的装置必须要考虑其能承受的电流强度。．

3、同步无齿轮曳引机由于没有蜗轮蜗杆的自锁性，必须对曳引轮轴端直接施加制动力矩，会出现开闸、合闸时溜车，刹车难度加大，因此需要抱闸制动力矩很大，才能克服轿厢或对重对曳引轮的拉力，而力矩大则增加了制动器的能耗。同时由于力矩较大，抱闸在打开和闭合时，声音很大，这就要求抱闸间隙尽可能调得小，以不摩擦曳引轮或个别点摩擦为宜。

4、同步无齿轮曳引机，其在电梯上的大批量应用时间还不是很长，由于无齿轮曳引机去除了蜗轮蜗杆的一级减速，对电动机、变频器、制动器、编码器等许多部件性能要求有大幅度的提高，都必须要求曳引机制造商对产品进行更加严格