无齿轮永磁同步曳引机在电梯中的应用分析

无齿轮永磁同步曳引机在电梯中的应用分析

蒙传伟

广东华凯电梯有限公司

摘要：由于科学技术的不断升级，电梯驱动升级换代，现在已多数使用无齿轮永磁同步曳引机进行制动。本文通过对无齿轮永磁同步曳引机在电梯中的应用设计做了详细的说明，希望给广大的电梯作业人员提供一些工作思路。

关键词：无齿轮永磁同步曳引机；电梯；应用分析

Applicationanalysisofgearlesspermanentmagneticsynchronoustractionmachineinelevator

MengChuanwei

GuangdongHuaKaiElevatorCo.,ltd.

Abstract:Duetothecontinuousupgradingofscienceandtechnology,Elevatordriveupgrade,Mostoftoday'sgearlessgearlesssynchronoustractorsareusedforbraking.Inthispaper,theapplicationofgearlesspermanentmagneticsynchronoustractionmachineinelevatorisdescribedindetail,Ihopetoprovidesomeworkingideasfortheelevatoroperators.

Keywords:Gearlesspermanentmagnetsynchronoustractionmachine；Elevator；Applicationanalysis

随着建筑水平的不断提高，人们的建筑楼体高度不断增长。原来传统的板式楼房，现在已经转变为现代化的高层建筑或者超高层建筑。因此，就不可避免的用到了电梯。之前的旧式电梯采用的是直流曳引机驱动，因此电梯驱动非常缓慢。近年来，随着科学技术的发展，电梯的控制越来越智能,由最初的手柄控制的电梯，逐步发展成为通过矢量控制的智能变频电梯,这种电梯能够节能降耗、运行稳定、故障率低、免调试等多种优点。因此，以下对无齿轮永磁同步曳引机驱动系统进行详细的分析。

一、无齿轮永磁同步曳引机简介

（一）工作原理及优势

无齿轮永磁同步曳引机安装在电梯的机房或者井道内，位于建筑物的顶层上，是重要的动力装置。它主要由永磁同步电动机、曳引轮、曳引制动系统组成[1]。结构相对简单，没有涡轮、蜗杆、传动副，通过永磁同步电动机中的永磁铁直接驱动，不存在齿轮磨损因此无需更换润滑油。其中永磁同步电动机使用特殊电机和高性能永磁材料构成，具有转矩大、速度低、环保节能等优点。

一方面，与直流无齿轮电机驱动相比较，体积重量都相对较轻，三相永磁同步电动机是由晶体管与转子代替直流驱动里的换向器和电机，电动机的惯性矩更大，动态性能更强。同时保留了直流机的优点，可以用于易燃易爆场所，调速精度更高等优势。另一方面，与交流无齿轮异步曳引机相比较，三相永磁同步电动机是高性能永磁体组成的，电机级数和电动机功率因数之间没有必然联系。相比较于交流无齿轮异步曳引机的电机效率能提高近1/3，体积确小于交流无齿轮异步曳引机1/3。不存在励磁电流，不会出现温度过高造成电动机效率下降的现象。

（二）国内外无齿轮永磁同步曳引机发展现状

在国外发达国家和地区，使用无齿轮永磁同步曳引机的电梯已经达到2/3[2]。我国的无齿轮永磁同步曳引机已经涌现出许多电梯公司生产制造，并且达到了世界级的制造水平。例如，我国广日电梯公司使用的是由32位微机控制的国际先进无齿轮永磁同步曳引技术。由此可见，随着电梯市场的竞争越来越激烈，更多的电梯公司已经对无齿轮永磁同步曳引机的性价比提出了更高的要求。

二、无齿轮永磁同步曳引机在电梯中的应用

无齿轮永磁同步曳引机包括永磁同步电机控制系统、储能系统、回馈系统。其中永磁同步电机控制系统为重点。永磁同步电机控制系统主要有主控芯片、永磁同步曳引机、驱动模块、整流模块等组成。其中永磁同步电机控制系统中的主控芯片是整个系统的核心，直接管理信号和运行，相当于系统的“大脑”。由于主控芯片采取矢量控制进行运算，要求主控芯片要有强大数字信号处理器。将电梯安装在井道中之后，要进行调试。

（一）调试永磁同步电机

电源系统包括整流电路、开关电源、弱点控制板。电源系统各元件进行焊接，检查急性电容在焊接中是否被击穿，是否装反。确认无误后进行通电测试，主要检查以下几点。电源芯片运转是否正常，是否存在异常发热现象，指示灯是否短路，如出现异常，要立即断电，检查二极管、电容是否毁坏。若无异常情况，则测定电压值是否正常。对于核心电源，焊接时要保证焊接质量，通电后确认主控芯片不存在异常发热的现象。如各机件运转正常，则进行下一步，在保持电梯长时间运行状态下，下载各功能的测试程序，用以检验电梯的安装是否合理。可以借助示波器进行检测。电梯调试要进行霍尔传感器进行，主要包括电流和电压两部分。其工作原理是使用交流调压器，连接整流电路和精密电阻，通过万用表测定电压值与理论值进行比较，判定该测量值是否符合要求。当所有模块调试完毕后，就可以进行电极联调。用一个可调开关的电源对电梯曳引机进行供电，在上位机上发布指令，观察电机是否按照预定程序运行情况，可以准确得知，永磁同步电机转速是否平稳，是否存在异常振动、是否存在噪音。

（二）电梯检测中无齿轮永磁同步曳引机出现的问题

1、制动器相应缓慢

因为无齿轮永磁同步曳引机没有齿轮减速系统，所以在电动机电力消失后与制动器未产生力矩之前的时间间隙中，曳引机轿厢会因为力矩不平出现加速状态。因此厂家为解决此现象加装盘式制动器或者鼓式制动器。其中，盘式制动器在电力消失时能够在内部产生摩擦力启动制动力矩。鼓式制动器，制动速度较慢使加速度增加发生滑梯，因此后期慢慢被盘式制动器取代。

2、永磁材料退磁

一般地，无齿轮永磁同步曳引机使用钕铁硼永磁材料。因此为延长永磁材料的使用寿命，应当保证永磁材料处于高温状态，从而使退磁曲线减缓退磁趋势。根据退磁曲线，在一定的高温下取消外加磁势，使永磁体顺着退磁曲线的回复曲线进行移动。

3、曳引突发状况

就我国而言，目前使用的多为2:1的曳引模式，这种模式要在轿厢和对重处同时增加滑轮，但是钢丝绳也会相应增加。从而降低井道的利用率和电梯安装难度。而且由于滑轮的作用在轿厢运动时，因为摩擦的原因会产生噪音，故影响电梯使用的品质及舒适感。由于我国的无齿轮永磁同步曳引机逐步发展成熟，曳引方式改为1:1，不需要增加滑轮，转速较2:1的曳引方式下降了1/2。但是无齿轮曳引机和制动力矩要比原来多三倍。而且一旦发生停电，永磁同步曳引机会发生抱死现象，曳引轮停止后，钢丝绳仍然滑移。轿厢处于提升状态，威胁到了电梯乘客的安全。

4、超速保护问题

现在市场上的无齿轮永磁同步曳引机采用双制动器，星形齿轮曳引机和涡轮蜗杆曳引机上没有专用的超速保护装置。无齿轮永磁同步曳引机都是依赖于机电式制动，因此对旋转编码器的分辨率和准确性要求极高，还有大容量接触器和极佳的绝缘特性。以上条件许多厂家不能满足。而且我国尚未出台《电梯监督检验过程》的新标准。则对于超速保护的机电模式没有一个统一的标准，目前还处在探索阶段。

（三）无齿轮永磁同步曳引机应用要点

1、工作条件

无齿轮永磁同步曳引机所处的工作环境不能忽视，主要注意的几个条件有：海拔高度不超过1000m;机房内的空气温度应保持在0~40℃之间；环境相对湿度月平均值最高不大于90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃；环境空气不含有腐蚀性和易燃气体；曳引钢丝绳直径≤曳引轮直径四十分之一，表面不得涂润滑剂与其它杂物；曳引机必须由控制柜供电，并且工作在闭环控制方式。其额定参数以电机铭牌为准。严禁直接供电，以防烧毁曳引机；供电电压波动与额定值偏差不超过±7%。

2、安装要点

其一，曳引机的安装必须严格按照工厂提供的图纸进行，以确保电梯的曳引条件满足设计的要求；其二，曳引机必须整体吊装和安装，严禁解体安装；其三，曳引机安装平面要保证水平，且要有相应的减振措施；其四，带强迫风冷的曳引机，其冷却风机的进风口必须加带滤风网，保证进风口冷却风清洁。防止空气中的铁磁物质微粒被吸附在转子表面影响曳引机的运转。

3、注意事项

一是，经常监察抱闸灵活性、制动瓦磨损情况，轴承工作情况等，必要时更换磨损及损坏的部件；二是，制动臂各转动关节处每月注油一次；轴承也要通过前后盖的油杯定期至少一年注油一次进行润滑；三是，曳引机的拆装必须由经过培训的专业人员进行擅自拆装永磁同步曳引机有可能导致曳引机损毁和人员伤害事故；四是，曳引机的工作温度不得超过100℃。可通过电机内的热敏电阻元件，配接适当的温度监控器实现监控。当温度达到100℃时应停止曳引机的工作；五是，曳引机在被动条件下旋转则处于发电状态，此时将在电机端子产生较高电压，应注意避免人员触电或引起外部设备损坏；六是，制动瓦与制动轮之间应避免沾有油污及其它杂质，以免引起制动系统制动力的下降。

4、实际应用

目前，在我国已经有近千台无齿轮永磁同步曳引机电梯在住宅楼、酒店、车站等等投入使用。无齿轮永磁同步曳引机电梯包括有机房和无机房两种。使用这种电梯能够明显降噪，而且电梯运行较平稳，几乎很少振动。与传统电梯相比能够节省40%的电能。通过使用新型的电梯技术，能够极大的减小驱动系统的轴向尺寸，但是相关机件在加工时要求较高，因此必须引进先进的加工技术予以辅助。同时提高电性价比，有助于无齿轮永磁同步曳引机电梯在中国的全面推广。

三、结束语

对于电梯耗电最严重的部件就是驱动系统。电梯电能80%都是用于给驱动系统供电[3]。使用无齿轮永磁同步曳引机可以降低电能的使用效率，充分响应了国家正在提倡的节能减排政策。电梯的更新换代体现了我国科技的进步，但是和发达国家的先进技术仍然存在差别。随着无齿轮永磁同步曳引机的相关技术问题的完善，中国的电梯将会越来越智能化，传统电梯会被完全替代。

参考文献：

[1]杨永庆,李滨.电梯用无齿轮永磁同步曳引机的有限元法计算[J].华章,2013,(26):360-360.

[2]李泓良,林志.无齿轮永磁同步曳引机应用的问题探讨[J].企业文化（中旬刊）,2013,(3):158-158.

[3]辛懋,吴大将,刘志鲲等.电梯用盘式永磁同步无齿轮曳引机的研制[J].微特电机,2016,44(5):29-31,39.