1、淺析永磁同步電機在電梯技術中的應用1引言隨著稀土永磁同步的開發(fā)與應用，以及和控制實現(xiàn)了機電一體化， 已被廣泛應用于機械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包裝、造紙、 造船、塑料、紡織化纖、軍工等行業(yè)。其種類很多，用量非常大。永 磁同步以其體積小、節(jié)能、控制性能好、又容易做成低速直接驅動， 消除齒輪減速裝置，可通過頻率的變化進行調速等優(yōu)點， 在電梯技術 上也得以開發(fā)應用。其運行低噪聲、電梯平層精度和乘客舒適感都優(yōu) 于以前的驅動系統(tǒng)。特別是近幾年來，KE電梯公司研發(fā)的無機房電梯，率先應用了永磁同步電機，使得永磁同步電機無齒輪曳引技術嶄 露頭角，顯示了巨大的優(yōu)越性，得到業(yè)內人士的普遍看好，永磁同步 電

2、機在電梯設計上的研發(fā)具有很大的實用價值。2永磁同步電機的結構特點For pers onal use only in study and research; not for commercialuse永磁同步電動機的定子部分與一般的異步電機無多大不同，其轉子結構與異步電機的轉子區(qū)別是多了一套永磁體。 其結構隨性能不同 和應用領域的差異而不同，根據剩磁密度 Br和矯頑力He等技術參 數(shù)的不同，而磁極結構不同。電梯技術上開發(fā)應用的稀土永磁同步電 機常做成瓦片式，貼在轉子的表面，或嵌在轉子中，分內轉子型和外 轉子型兩種。永磁材料的應用是永磁同步電機的關鍵技術。 永磁材料近年來的 開發(fā)很快，現(xiàn)有鋁鎳鈷、

3、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又 有第一代釤鈷 5（SmCo5 ），第二代釤鈷 2:17 （Sm2Co17 ）和第三 代（ Nd-Fe-B ）。鋁鎳鈷是 20 世紀三十年代研制成功的永磁材料， 具有較高剩磁密度 Br, 剩磁感應強度高，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但矯頑 力 Hc 很低（如圖 1 曲線 1 ），抗退磁能力差，而且要用貴重的金屬 鈷，成本高，大大限制了它在電機中的應用。鐵氧體磁體是 20 世紀 50 年代初開發(fā)的永磁材料， 價格低廉，具有較高矯頑力 Hc, 但剩余磁 通密度較低（如圖 1 曲線 2），剩磁感應強度和磁能積 BH 都較低， 性能不夠理想。 稀土永磁材料在六十年代后期問世

4、， 它兼有鋁鎳鈷和 鐵氧體兩種永磁材料的優(yōu)點， Br 和 Hc 都很高（如圖 1 曲線 3），具 有很高的最大磁能積（BH） max.如SmCo5的（BH） max,240kj/m3,Sm2Co17 （ BH ）max,3300kj/m,. 而且退磁曲線基本上 是一條直線，回復線與退磁曲線基本重合，不怕丟磁，性能穩(wěn)定，且 熱穩(wěn)定性較好，剩磁溫度系數(shù)小。但釤鈷族稀土材料的鈷價格較高， 影響其在永磁同步電機的應用。 80 年代初開發(fā)的釹鐵硼 （ Nd-Fe-B ） 稀土永磁材料，性能十分優(yōu)越，（BH） max,3800kj/m3 （1圖1曲 線4），到90年代，其（BH）max,500kj/m .

5、Nd-Fe-B 稀土材料不含 價格昂貴的鈷，其可加工性能也比較好，價格相對便宜。我國又是稀 土大國，儲量世界第一。開發(fā)應用前景廣泛，適合在永磁同步電機中應用。目前，廣泛應用在電梯技術領域的永磁同步曳引電機就是釹鐵 硼（Nd-Fe-B ）稀土永磁同步電機。For personal use only in study and research; not for commercial use3電梯永磁同步曳引電機的控制方式永磁同步電機的控制方式與其他電機的控制方式不同。其控制方式一般有：（1） id=0控制方式、（2 cos=1控制方式、（3）轉矩 線性控制方式、和（4）總磁鏈恒定控制方式四種。電梯

6、永磁同步曳 引電機的控制方式只要是第一種。其控制相量圖如圖2.圖中是永磁體產生的磁鏈，由引起的電動勢為Eo,電動機 負載運行時電樞電流為1,1可以分成d軸分量Id和q軸分量lq,d軸分 量Id產生去磁磁勢，引起磁鏈 ad,q軸分量lq產生q軸磁勢，引起 磁鏈 aq這時，電動機的合成磁鏈為 m, m引起的電動勢為Em,Em 也可以看作是Eo與 ad產生的電動勢jldXd及 aq產生的電動勢 jlqxq之和，由Em加上電樞繞組的壓降lr就得到電動機的端電壓u, 圖中u與Eo的夾角3為同步機的功率，u與I的夾角B為功率因素 角，o是電樞電流與q軸的夾角。如控制的導通相位角丫 o=0則id=0,電樞電

7、流中沒有勵磁分量，圖中的丫 ad=0不會引起退磁現(xiàn)象；此時，同步電機的相量圖如圖3.這時，電機的電樞反應只存在于交軸（q軸），功角和電機的端電壓 均隨負載的增加而增大。I囹34電梯永磁同步曳引電機的驅動系統(tǒng)采用永磁同步電機的電梯曳引系統(tǒng)， 通常為無齒輪曳引方式。突 顯了永磁同步電機易于做成低轉速、大功率的優(yōu)點。其結構緊湊，功 能齊全，集曳引電機、曳引輪、于一身，易于安裝，便于使用。特 別是在無機房電梯的開發(fā)應用中，將永磁同步曳引電機安裝在電梯的 井道里，既節(jié)約了機房的建造成本，又美化了建筑物外觀。其控制圖 如圖4.當電梯負載變化時，永磁同步電機通過調節(jié)夾角8來適應，其 響應速度很快。為了使電梯

8、有良好的起、制動舒適性和平層準確度， 在系統(tǒng)中加入了準確的轉子位置裝置和電壓電流，隨時確定電機磁場的大小、方向。位置檢測裝置采用轉子位置（光電器或旋轉等）。轎 廂負載檢測裝置可采用位置型、壓力型等多種形式，對電梯負載進行 預先測量并計算，給出恰當方向和大小的力矩，可輸出量、模擬量（電 壓）和頻率量（高頻抗干擾性強，能遠距離傳送）等。將反饋的信號與給定信號相比較、運算、按預定的控制方式加以 控制，可以得到優(yōu)于其它驅動系統(tǒng)的性能。J_-ZJjS 45永磁同步電機在電梯開發(fā)應用的安全性和可靠性永磁同步電機在電梯的設計、生產中，得以開發(fā)利用，較高地提 高了電梯曳引系統(tǒng)安全性和可靠性。當曳引機制動失靈或

9、其它故障引 起電梯向上行方向溜車，乃至飛車時，它具有安全保護作用，滿足我 國技術標準GB7588-2003 （電梯制造與安裝安全規(guī)范9.10轎廂上 行超速的要求。使用永磁同步曳引電機的電梯，在失電視又解除其長 必出點將電動機電樞繞組短截（或串接可調器后短接），當出現(xiàn)超速 （不論上行、下行）故障時，檢測到超速信號，立即切斷供電回路， 并將電動機電樞繞組短接（或串聯(lián)器后短接）。這時，靜止的繞組切 割旋轉的永磁體產生的磁場而感應出電動勢， 在閉合的電樞繞組回路 中引起電流，該電流在磁場作用下引起力矩， 企圖帶動電樞繞組隨磁 極一起旋轉；同時，該轉矩受反力矩則作用在轉子磁極上，力圖使轉 子隨定子電樞繞

10、組一起停止下來，是一個制動轉矩。該過程類似于的 能耗制動，從而實現(xiàn)了防墜落防飛車（制動轉矩可通過調節(jié)使溜車速 度可控）。永磁體和閉合的電樞繞組相互作用，產生停車自閉這種非 接觸雙向保護，大大增加了電梯的安全性和可靠性， 特別減小了各類 超高速電梯的安全鉗鍥塊在高速動作時因高溫損毀所引起的安全風 險。由于無齒輪曳引機的曳引輪與電動機同軸， 通常曳引輪與制動輪 同體，因此，采用永磁同步無齒輪曳引電機技術，可不設上行超速保 護系統(tǒng)，在電梯驗收檢驗中當然也就可以不作要求。另外，同步電機可以通過向電樞繞組供直流電來實現(xiàn)帶負載零速 停車，從而可以真正做到無須抱閘的機械制動， 實現(xiàn)電氣的零速停車。 這樣可防

11、止由于抱閘失靈造成溜車的故障， 進一步提高系統(tǒng)的可靠性。6 結束語在電梯的設計、生產中，開發(fā)應用永磁同步電機，作為電梯的曳 引電機，是一種技術的進步。其優(yōu)點主要表現(xiàn)在：結構簡單緊湊，少 維護；安全可靠性高；對環(huán)境的噪聲污染低、無油脂污染，并能提高 電力功率因素，是理想的環(huán)保產品；提高機械傳動效率，使用節(jié)能、 經濟，具有較高的性價比；與交流無齒輪驅動系統(tǒng)相比，低速性、快 速性、硬機械特性和停車自閉等優(yōu)點，是異步電動機所無法相比的； 與直流無齒輪電動機驅動系統(tǒng)相比， 具有更高的低速性能、 調速精度、 快速響應性能，且壽命長、耗電少、維護簡單；此外，還易于實現(xiàn)低 轉速、大轉矩的電梯理想驅動模型。僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l e tude et la reche