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1、F U J I A N N O N G J I 1引言 近年来, 永磁同步无齿轮电梯数量在迅速地增长, 说明了永磁同步无齿轮电梯和传统电梯相比较具有一 定的优越性。本文结合无齿轮电梯电动机的原理及其 驱动方式来分析其相对于传统的蜗轮、蜗杆传动的曳 引机的特点和优点。 2永磁同步电梯的原理及驱动系统 2 . 1永磁同步电动机的结构原理 所谓永磁同步电动机是用永磁材料产生励磁磁场 的电动机, 由永磁体代替电励磁, 定子绕组与电励磁同 步电动机基本相同。它不需要励磁电流, 转子中无励磁 损耗,永磁体的励磁磁场与定子绕组中的电流产生电 磁耦合作用, 使电动机转动。 永磁同步电动机的结构随永磁材料性能的
2、不同 和应用领域的差异具有多种方案。近年来采用稀土永 磁材料的比较多。下面就以稀土永磁材料的电动机为 例, 介绍一下永磁同步电动机的结构原理。 永磁同步电动机和其他电动机一样由转子和定子 两部分组成。 稀土永磁同步电动机的定子结构与普通感应式同 步电动机基本相同, 由三相绕组及铁心构成, 所不同的 是电枢绕组的绕法。永磁同步电动机电枢绕组常采用 星型接法。在转子结构上, 永磁同步电动机是用永磁体 代替普通感应式同步电动机的励磁绕组,与普通电机 相比永磁同步电动机还必须装有转子永磁体磁极位置 检测器, 用来检测磁极位置, 从而以此对电枢电流进行 控制, 达到伺服控制的目的(见图1 )。 一般交、
3、 直流电动机的转子均在定子之内, 而永磁 同步电动机的转子则有内转子式(适用于重载高速的场 合)和外转子式( 可加工成小体积, 适用于小机房或无机 房) 两种, 而且这两种结构型式的永磁同步电动机在电 梯上均被广泛应用。对于内转子式永磁同步电动机的 磁极结构, 永磁体嵌装在转子铁中, 对于外转子永磁同 步电动机的磁极结构, 永磁体贴装在转子的内表面上。 由于稀土永磁材料的磁能积很大,矫顽力和剩磁密度 都很高,往往只要一片永磁体所产生的磁场就能满足 电动机的要求。一般永磁同步电动机的转子结构示意 图如图2所示。 由于逆变器输出的频率、电压可变的三相正弦波 电压在定子三相绕组中产生对称三相正弦波电
4、流, 并 产生旋转磁场。这个旋转磁场与已充磁的磁极作用, 驱 动转子与旋转磁场同步旋转并力图使定、转子磁场轴 线对齐。在这种永磁同步电动机的非复载端嵌装有检 测永久磁体磁极位置及实现电子换向的传感器。当定 子绕组接上可控的变频变压电源起动运行后,磁极位 置信号控制同步电动机定子绕组电流的相位,确保转 浅谈永磁同步无齿轮电梯之原理及特点 王龙腾 ( 泉州市特种设备监督检验站) 【 摘 要】本文主要介绍永磁同步无齿轮电机的基本原理、 结构, 并在此基础上讨论永磁同步无齿轮电梯的驱动系统 及其控制方式, 并且分析了永磁同步无齿轮电梯的特点和优点。 关键词: 永磁同步电动机 无齿轮电梯驱动系统 研究与
5、探索 6 2 F U J I A N N O N G J I 子磁场方向与定子绕组电流矢量的空间正交。转子上 没电流,电动机的发热状况只取决于定子绕组电流的 大小。也由于永久磁体产生的恒定磁场总与可控制的 定子电流正交,因此电磁转矩和定子电流具有线性比 例关系。 2 . 2永磁同步无齿曳引机驱动控制系统 永磁同步无齿曳引机驱动控制系统原理如图3所 示。与异步电动机变频调速系统相比, 当负载变化时, 异步电动机通过调整供电频率和转差率来适应,而同 步电动机则只是调节定子绕组电源与感应电动势之间 的夹角,因此同步电动机响应速度更快。因磁场的大 小、 方向随时都要确定, 其控制系统需要配置精确的转
6、子位置检测装置和电压电流检测装置。转子位置的精 确控制是永磁同步无齿曳引技术的重要部分之一, 它 将直接关系到电梯起动、 制动的舒适性和平层精度。 永磁同步电动机转子位置传感器使用光电编码器 和旋转变压器等。光电编码器有增量式和绝对式两种。 增量式光电编码器具有结构简单、 使用方便等优点, 但 长期使用容易造成积累误差,停电时由于惯性作用使 电动机转子位置信号丢失, 所以多用于中低速电梯。绝 对式编码器从码盘读到的值就是转角信号二进制输 出, 由此可直接得到转子的绝对位置。光电编码器的优 点是检测位置操作简单, 但容易受电气噪声干扰, 而旋 转变压器不存在这方面的问题。根据变压器原理, 在定
7、子、 转子都装上二相交流绕组。在定子绕组上分别通以 a) 稀土永磁体内转子b) 稀土永磁体外转子 1起动笼2极靴3永磁体 4转子轭5转轴6定子 图2永磁同步电动机转子结构示意图 1永磁同步电动机2转子位置传感器3曳引轮 4对重5轿厢6轿厢负载检测传感器 图3永磁同步无齿轮曳引机驱动电梯控制系统原理框图 互差9 0度的对称电压,则可在其气隙中产生旋转磁 场。当转子从基准位置转过角时, 转子两绕组中分别 感应电压和定子的基准电压之间的相位差就可以判断 转子的位置。 3永磁同步电梯的主要优点 永磁同步电动机具有在低速状态下实现大功率输 出的优点,因此采用永磁同步电动机作为电梯曳引电 动机易于实现直接
8、驱动方式。直接驱动方式可改变传 统的“ 电动机减速箱曳引轮负载( 轿厢和对重) ” 的曳引机驱动模式, 做到集曳引电动机、 曳引轮、 电磁 制动器、 光电编码器于一体, 实现结构紧凑、 体积小、 重 量轻( 为传统曳引机的三分之一左右) 、 安装维修方便、 节能效果好 ( 比交流感应电动机V V V F拖动的电梯节 能效果提高3 0 %左右) 等设计理念。和传统的蜗轮、 蜗 杆传动的曳引机相比, 永磁同步电梯有以下一些优点。 研究与探索 6 3 F U J I A N N O N G J I ! ( 上接第6 8 页) 好机房内的空气流动,满足发电机组正常运行需要的 空气流量, 以保障发电机组
9、的正常工作。如机房内的空 气流量不足会造成柴油机功率不足以及表面冷却不均 匀, 减少柴油发电机的发电容量, 影响正常使用。进风 通道和排风通道必须设计成消声通道。机房内顶部和 四周墙上铺设吸声系数高的吸、 隔声材料, 主要用来消 除室内混响, 降低机房内声能密度及反射强度。为防止 噪声通过大门向外辐射, 设置防火隔音铁门。经过有效 控制的机房噪声都可在保证机组正常运转情况下满足 相应的环保标准要求。 参 考 文 献 1 刘永长.内燃机原理.华中理工大学出版社 2 姚子明.柴油发电机组噪声与振动控制 3 庄衍平.柴油发电机组机房的低噪声工程设计 ( 1 )永磁同步无齿曳引机外型小巧精致, 体积仅
10、为 普通曳引机的一半, 传动效率高、 噪音低, 使得无论在 任何速度下, 功率损失最低而达到省电效果, 与一般电 梯相比可节电4 0 %, 并能因此而减少电源设备容量。 ( 2 )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。 ( 3 )调速范围宽, 可达1 1 0 0 0甚至于更高( 异步电 机只有1 1 0 0) ,调速精度极高,可大大提高电梯的品 质。 ( 4 )低温升、 小体积。永磁同步电机与感应电机相 比
11、, 因为不需要无功励磁电流, 而具备: ( a )功率因数高( 近于1) 。 ( b )反电势正弦波降低了高次谐波的幅值, 有效的 解决了对电源的干扰。 ( c )减小了电机的铜损和铁损。 同步电机温升小( 约3 8 K) , 电机外形小, 体积与异 步电机相比, 降低一至两个机座号。 ( 5 )采用无齿轮电梯曳引机, 当电梯制动器失灵、 轿 厢产生自由落体时,可利用永磁同步电机的电流制动 功能保证轿厢低速溜车,为电梯安全增加了一道安全 屏障。 ( 6 )永磁同步无齿曳引机由于不存在齿廓磨损问题 和不需要定期更换润滑油, 因此其使用寿命长, 且基本 不用维修。 ( 7 )由于永磁电机转子不需要
12、励磁, 省去易出问题 的电刷和集电装置, 不但减少了机械和电气损耗, 而且 还不会产后电刷火花所引起的电磁干扰。电机机械结 构简单牢固、 运行可靠、 便于制造、 维修方便简单, 维修 复杂系数大大降低。 4结论 综上所述,从永磁同步电动机的原理和无齿轮电 梯的驱动方式可以看出相对于传统的蜗轮、蜗杆传动 的曳引机, 永磁同步齿轮电梯具有体积小、 重量轻、 传 动效率高、 能耗低等诸多优点。如果能尽快解决生产永 磁同步电机成本问题,永磁同步无齿曳引机将可能代 替由蜗轮蜗杆传动的异步电机组成的曳引机,具有良 好的发展前景,也将成为电梯驱动技术的主要发展方 向。 参 考 文 献 1 陈家盛主编.电梯结构原理及安装维修.机械工业出版社,2 0 0 6 2 王志强, 杨春帆, 姜雪松,等编.最新电梯原理, 使用与维护.机械工业出版社,2 0 0 6 研究与探索 6 4
