电梯用永磁电动机概况

电梯用永磁电动机概况

1前言

近年来，随着具有快速电流跟踪功能的变频装置、DSP信号处理器以及高性能钕铁硼永材料的出现，为永磁同步电动机及其控制技术的发展带来了新的生机。由于其低噪声、平层精度和舒适性都优于以前的驱动系统，又容易用作低速直接驱动，可省去齿轮减速装置，使得永磁同步电动机无齿轮传动变频调速驱动方式，将成为电梯驱动技术的主要发展方向。

2电梯的发展概况

电机的由于使用场合的特殊性电梯驱动用电机应该具有振动小、噪声低、起动电流小、有足够的起动转矩和运行平稳等性能要求。永磁同步电机具有转矩纹波小转速平稳动态响应快速准确过载能力强等优点不仅能满足以上要求而且可以显著提高功率因数降低损耗提高效率长期运行可以起到降本增效的作用。同时正弦波永磁同步电动机可根据多种矢量控制方法来构成变频调速系统实现高性能、高精度的传动在动态响应要求高的场合其应用前景尤其看好。

2.1

电梯电机和控制技术[2] [3] [4] [5] [6]电梯的发展历史，其实就是电梯电机和控制技术的发展史。[2] [3] [4] [5] [6] 电梯电机，按电机的类型分，可以分为直流电机和交流电机两大类。按照电机所驱动的曳引机有无齿轮箱可以分为有齿轮驱动和无齿轮驱动两种，按控制方式的不同可以分为双速电机，调压调速电机和变频调速电机等。电梯电机的分类见图1:

图电梯电机的分类

下面将这几种电机的调速系统做一比较。

2.1.1

和交流调速系统相比，直流调速系统控制简单，调速性能好，变流装置结构简单，长期以来在调速传动巾占统治地位，但是随着交流调速理论和技术的发展，越来越多的场合被交流电机替代。这主要是由于直流电机调速系统的以下缺点：

1)直流电动机结构复杂、成本高、故障多、维护困难且工作量大，经常因火花大而影响

生产。

2)机械换向器的换向能力限制了电动机的容量、电压和速度，接触式的电流传输又限制了直流电动机的应用场合。

3)电枢在转子上，电动机效率低，散热条件差，冷却费用高。为改善换向能力，减小电

枢漏感，转子变得粗短，转动惯量增加，影响系统的动态性能。

2.1.2

异步电动机调速系统的特点:

一般电梯用的异步电动机都是使用笼型转子，结构简单，牢固耐用。用于电梯的异步电动机控制从刚开始的调压调速、到使用调压调频的标量控制，再演变成磁链定向的矢量控制。不但电机系统的控制精度提高，运行效率也提高了。但是异步电动机调速系统存在以下几个缺点:

1)异步电动机需要从定子一侧励磁，因此，电动机功率因数低，造成变频装置输入的功率也低。和同容量的同步电动机相比，所用变频装置容量大。

2)在高性能的矢量控制异步电动机的调速系统中，转子参数受温度影响将发生变化，产生控制误差，影响其控制精度。

3)异步电动机为提高其功率因数及效率，需尽量减小定转子间的气隙，这使得制造困难。

2.1.3

永磁同步电动机调速系统的特点: [12] [13] [14] [15] [16] 永磁同步电机可分为两类，一类是反电动势波形和供电电流波形都是理想矩形波(实际为梯形波)的无刷直流电动机另一类水磁同步电动机两种波形都是正弦波，就是通常说的永磁同步电动机。其中，他们的变频调速系统是使用转子位置检测装置构成闭环控制，由转子的位置决定变频器相应功率管的通断，使得变频器的输出频率和电动机的转速始终保持同步，即所谓的自控式调速系统。每当电动机转子转过一对磁极，变频器的输出电流正好变化一个周期，电流和转子始终保持同步，不会出现失步现象。

变频器是通过调节电动机的输入电压来进行调速的由于前者的控制特性类似于直流电动机，又用电子换向代替了后者的机械换向，取消了电刷，故此得名无刷直流电动机，一般来说，用于电梯的无刷直流和永磁同步电机控制器都安装有转子位置检测装置，但也有无刷直流电机采反用电动势来检测位置，即所谓应用无位置感技术。无刷直流电动机有效率高、功率因数高，过载能力大，体积小，易维护等优点。随着新型永磁材料的出现，使得同步电动机具有很高的动、静态品质。这种系统控制方法非常简单。缺点是:制造工艺比异步电机略为复杂，最致命的劣势是低速时脉动明显。这样会造成电梯低速的舒适感要差。

2.1.4永磁同步电动机的特点是:

I)转矩纹波小，转速平稳，动态响应快速准确，过载能力强。同步电动机比异步电动机

对转矩的扰动具有更强的承受能力，能做出比较快的反应。当异步电动机的负载转矩发生变化时，要求电机的转差率也跟着变化，即电机的转速发生相应的变化，但是系统转动部分的惯性阻碍电机响应的快速性。同步电动机的负载转矩变化时，只要电机的功角做适当变化，而转速始终维持在原来的同步速不变，转动部分的惯性不会影响电机对转矩的快速响应。永磁同步电动机的最大转矩可以达到额定转矩的3倍以上，对电机系统在负载转矩变化较大的工况下稳定运行非常有利

2)高功率因数、高效率。水磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，减少定子电流和定子铜耗，而且在稳定运行时没有转子铜耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇容量甚至去掉风扇，从而减小甚至省去了相应的风摩损耗。这样，它的效率比同规格的异步电动机可以提高2--8个百分点。与电励磁同步电动机相比，永磁同步电动机省去了励磁功率，提高了效率。而且，水磁同步电动机在25%一120%额定负范围内均可以保持较高的功率因数和效率，使轻载运行时节能效果更为显著，在长期的使用中可以大幅度地节省电能.

3)体积小、重量轻。近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高，比起同容量的异步电动机来，体积和重量都有较大的减少，从而使其在许多特殊场合得到应用。

4)结构多样化，应用范围广水碰同步电动机由于转子结构极其多样，产生了特点和性能各异的许许多多的品种，从工一业到农业，从民用到国防，从日常生活到航空航天，从简单电动工具到高科技产品，几乎无所不包。

5)可靠性高。与直流电动机和电励磁同步电动机相比，它没有电刷，简化了结构，增加了可靠性。正弦波水磁同步电动机由于其空载气隙磁通密度空间分布接近正弦形，减少了气隙磁场的谐波分量，从而减少了由谐波磁场引起的各种损耗和谐波转矩以及由谐波转矩引起的电磁振动，提高了电机的效率，并且使得电机在运行时转动更加平稳，噪声也得到了降低。同时，正弦波永磁同步电动机可根据多种矢量控制方法来构成变频调速系统，实现高性能、高精度的传动，在动态响应要求高的场合其应用前景尤其看好。

2.2无齿轮曳引的水磁同步电梯用调速系统的介绍[17] [18] [19] [20] [21] 传统的电梯驱动使用的多是有齿轮传动系统，使用的电动机主要是异步电动机。有齿轮传动系统的主要问题是由于采用蜗轮蜗杆或行星齿轮等机械减速机构，不仅造成了系统结构复杂、维护工作难度增大、噪声较大的缺点，而且由于齿轮传动的效率很低，如蜗轮蜗杆的传动效率仅为7 0%左右，使整个系统能耗较大，运行成本增加。同时，这种传动方式由于齿轮箱和曳引机的体积较大，需要大的上置式机房，不仅挤占了建筑物的有效面积从而增加了建筑成本，而且影响了建筑物的立面整体美感为解决上述问题，从90年代起，电梯行业内的有关企业就开始了对新型曳引机的探索。1996年3月，芬兰的通力(KONE)公司推出了震撼业界的3000MoooSpace无机房电梯，其核心是EcoDisc碟式永磁同步曳引机，从而开创了电梯无齿轮传动的新时代。水磁同步无齿轮曳