《矢量控制永磁同步变频门机介绍(改)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矢量控制永磁同步变频门机介绍(改)（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、矢量控制永磁同步变频门机介绍关键词：电梯门机、矢量控制、永磁同步、变频调速、混合式、磁电、旋转编码器、直联式传动。引言：电梯门机是电梯设备的重要组成部分，门机运行的可靠性对保证电梯的正常工作十分重要。效率低、开关门噪音大、运行平稳性较差、，已无法满足新型电梯的运行要求。现今市场上的门机控制器无法自动识别多样化的门刀、门宽, 这就使门机的安装调试工作变得很繁琐。随着永磁同步电动机（ PMSM）的出现，体积小、寿命长、控制简单、转矩大的优点越来越受到人们的重视, 近年来基于永磁同步电动机的智能化电梯门机控制器成为的一个研究热点问题。因此，如何利用永磁同步电机设计出一种控制方法较为简单、调速性能好、
2、重量转矩比大、实时处理能力强、使用方便的智能化门机系统。天津市核奥达新技术开发有限公司自主研发出永磁同步变频调速电梯智能化门机，将上述缺限祢补。采用的永磁同步电动机矢量控制系统，其中变频器、磁电混合型编码器具有完全独立的自主知识产权，具有节能降耗，运行平稳，故障率低，免调试的特点，性能价格比极高。本文介绍了系统的硬件结构和部分电路，而后对电动机和编码器的选择做了具体分析，接下来是本次设计的核心内容即系统软件设计。首先从介绍系统的整体结构出发，分别介绍了下位机软件系统的各个组成部分：显示模块、写EEPROM 模块、电机驱动模块、门宽自学习模块和开关门模块等。其中自学习模块和开关门模块是门机控制系
3、统下位机软件设计的重点。同时为方便用户使用，本次设计了功能强大的上位机监控软件。一国内外门机控制器发展情况传统的门机一般采用交流异步电动机或直流电动机来实现。也有部分门机使用永磁同步电机，但一般不使用双闭环结构，需要人为调试的控制器参数多达几十个甚至上百个，国内外各个厂家都在研制基于永磁同步电机的新型门机控制系统，使门机控制系统更加智能化，人性化。国外已经研制出基于永磁同步电机的智能门控系统，可以实现免调试，但价格十分昂贵。二、门机控制系统技术要求电梯主要由机械系统与电气控制系统组成。其中，电梯门机是电梯开关门的执行机构，在整个电梯系统中动作最为频繁，在电梯设计、制造中尤为重要。我公司设计的门
4、机控制系统的具体技术要求如下：工作电源：工频单相交流电。驱动电机：三相永磁同步电机。位置和速度反馈：采用混合型磁电编码器。输入电压在 165V260V 范围，门机应能正常工作。大于265V 时启动过压保护，小于 160V 时启动欠压保护。电流大于2A 时启动过流保护。采用转速电流双闭环矢量控制。能通过自学习自动选择开关门曲线，且开关门曲线可调。免调试功能：对于任意门宽和重量的电梯门，只要是学习完成后，不需要调整参数，电梯门就会有一个理想运行状态。数据保护：提供参数数据保护功能，对于一个特定单元（F41 参数单元），设定为特定值，方可以修改其它参数单元中数据。数据隐藏：对与用户不相关的参数提供参
5、数隐藏功能，对于一个特定单元（F42参数单元），设定为特定值，方可以显示F42以后其它参数单元中数据。电动机的起动、停止、和速度切换均要求过渡平滑、无冲击性。开门时间小于 2.6 秒，关门时间小于2.8 秒，开关门噪音小于52dB，重开门噪声小于 62dB，关门阻力小于 150N。门开齐或门关齐后在一定时间内保持推进，时间和推进力矩均可调。控制模式可选择。分为三种：面板控制、端子控制和上位机控制。提供故障保护功能，记录故障信息，可查询。具有力矩监控功能。在力矩有效期间，一旦力矩大于设定值，控制器能自动识别并反向开门。如果发生齿形轮与同步带打滑的情况，在一个开关门周期内校正回正常模式，不影响电梯
6、正常运行。通过面板上的数码管可以显示电机转速、当前脉冲数、位置百分数等。通过串口可以与计算机进行通讯，上传下载参数，可以在计算机上显示门机各个状态，并可通过计算机编程运行和通过internet 网实现远程监控。三、 控制部分硬件结构在永磁同步门机系统中，变频调速器用正弦脉宽调制（SPWM）的方法，将整流后的直流电转换成变频、变压的交流电去驱动电动机，同步带轮直接安装在电动机轴上，并于电梯门直接连接， 通过电动机的正反转来完成电梯门的开关控制，永磁同步电动机采用矢量闭环控制， 力矩响应特性平稳迅速。 电梯门机永磁同步电动机控制系统需要电流的闭环控制和电动机转子的位置检测， 系统的复杂性有所提高。
7、 设计中采用磁电混合编码器和IT公司的电动机控制专用DSP 芯片 2407。 由于 2407 集成了电动机控制所需的全部外围接口电路，包括 PWM 脉宽调制电路，模 /数转换电路，码盘接口电路和通信接口电路等，系统的集成度和可靠性大大提高，系统主控制芯片为 TI 公司出品的 TMS320LF2407 DSP， 系统控制部分结构如图所示，主要包括以下几部分：编码器或旋变EEPROM6路PWM 输出人机显示接口电流电压采样电路故障保护电路光耦光耦RS232开关门端子信号光耦门开关齐信号TMS320LF2407A控制部分硬件结构绝对值磁电旋转编码器、 EEPROM 用 SPI 口与 DSP 交换数据
8、，通过 I/O 口给出片选信号。DSP的 SCI部分通过光耦隔离与计算机相连， 接收上位机命令并传送下位机状态。故障保护电路通过GAL 接到 DSP的功率驱动输入引脚，当出现过压、过流、欠压时，该中断有效，将PWM 输出引脚置为高阻态。电流电压采样电路经隔离滤波后接入DSP的模数转换器 ADC。6 路 PWM 输出通过控制三相IGBT 逆变器控制电机。人机显示接口、开关门端子信号与门开关齐信号均与DSP 的 I/O 口相连。四、 驱动部分结构设计驱动部分的结构如下图所示，主要包括：整流桥与控制部分相连+-保护电路+-/PMSM三相 IGBT 逆变器/6编码器或旋变市电220VAC电压检测电流检
9、测2电机驱动部分结构图3 相 IGBT 逆变器；二极管整流桥；2 路霍尔电流传感器电流采样电路；母线电压差分采样电路；旋变和编码器接口电路；过流过压欠压保护电路。操作和显示接口部分本产品操作和显示接口部分由4 个数码管和8 个 LED 组成，设计中使用8 位移位寄存器74LS164作为数码管和LED 的驱动芯片，它具有静态保持和串入并出的特点，通过时钟信号将数据按位打入。五、保护电路设计保护电路是保障门控系统安全可靠运行的关键部分，其主要功能是通过对信号的检测，判断系统是否出现异常，并据此采取相应的保护措施。在本系统中，保护电路的主要任务是提供对瞬时过电流、过电压、欠电压的保护。其主要作用是在
10、对器件产生破坏性作用之前提供保护。过压、欠压保护电路是针对电源异常、主回路电压超过或低于上下限设定值，将产生相应故障信号。检测方法与过流故障保护电路类似，都是通过比较电路与设定值进行比较产生低有效的故障信号，这里就不赘述了。六、电机的选择门机控制系统中门机的选择至关重要，电机性能的好坏直接关系到整个控制系统性能的优劣。传统的门机一般采用交流异步电动机或直流电动机来实现。前者由于转速较高，调速和位置控制复杂， 必须带有中间减速传动装置，以达到减速和将旋转运动变成直线运动的目的，因此，结构复杂， 维修困难， 且噪音大。 后者虽具有调速方便， 转矩大的特点，但需要一套直流电源，且直流电机有换向器，有
11、磨损，大电流的直流电机不仅结构复杂、成本高，而且直流电机的维修比异步电机困难。除此之外也有采用液压或气动装置来驱动门的，它们的传动机可以做得紧凑简单，但是附属设备（油泵或气泵及管路）成本高、结构复杂、体积大，而且为了保证门随时都能动作，油泵（气泵）必须一直处于工作状态，因而不仅噪音大，能源的消耗也大。相比之下，永磁同步电动机既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点， 而且没有普通直流电动机的换向器，故在当今国民经济各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。和其它电机相比， PMS
12、M 的具体优点归纳如下：逆变器结构控制比较简单；具有高转矩体积比；效率高；与直流电动机相比， PMSM 无换向火花， 可工作在易燃易爆环境中， 寿命比较长。本次设计要求电机具有快速的动态响应，较长的使用寿命，和高转矩体积比。因此永磁同步机为最适合的电机。 与现有门机所使用的异步电机相比，本次设计所使用的电机功率密度和效率都大幅度提高，效率由原来的60%提高到 90%以上，功率因数接近1，可节约电能约 35%。永磁同步电机的低速力矩性能好，高效运行区域宽。永磁同步变频调速技术应用在电梯门机上可减少一套减速系统，单台门机可节约钢铁53.1%、铜 61%。如果按全国年需求量 12 万台计算，一年便可
13、节约铜11.8万 kg、钢铁 151.2 万 kg。最终选择使用的永磁同步电机参数指标如下：额定电压：三相交流220 V 额定电流： 0.6-1.15 A 额定频率： 50 Hz 额定功率： 90-220 W 转矩： 3.5-7 NM 转速： 115-136 rpm 绝缘等级： B 永磁同步电机七、位置传感器的选择系统中电动机转子永磁体磁极的位置，是通过安装在电动机轴上的磁电混合型旋转编码器获得的。磁电旋转传感器和一个永磁体结合在一起，就可以形成一个精确的，非接触式的角度传感器。 这种传感器的角度测量是依靠这两个霍尔传感器的输出信号的比值，而不是利用输出信号的绝对量来确定的。磁电编码器的原理：
14、 磁电混合型旋转编码器采用霍尔元件阵列合信号处理技术，将两个互相垂直的竖直型霍尔传感器组合起来，这样的传感器就可以同时感应在一个平面上的两个相互垂直的方向上的磁场分量。由于两个霍尔传感器中的电流供应点可以直接连接在一起，所以在这两个霍尔传感器中可以把两个传感器中的中心的接触点进行合并，这种结合起来的传感器在结构上更加紧凑。这时它可以用来测量在同一点上相互垂直的两个方向上的磁场强度。尽管在电路上，这两个霍尔传感器是相互连通的，这种互相垂直的设计使得它在两个方向上的霍尔效应实际上互不相关。所以它的精度和传感器的制造误差与温度的波动无关。它的精度可以很容易地可以达到0.1 度以下。利用两个互相垂直的
15、霍尔传感器所组成的角度测量仪和它输出的电压和角度的关系本次设计使用的是12 位绝对角位置的磁编码器，经实验证明，这种编码器可以满足系统设计要求。磁编码器芯片为AS5045，其具有体积小 ,稳定性好 ,控制精度高 ,分辨率高的特点 ,并可实现编程控制。最终所使用的编码器电路板如下图所示：结论：经过实验证明门机控制系统性能可靠，使用方便，达到系统设计要求。总之，电梯门机控制系统采用永磁同步电动机系统有着明显的优势，在提高系统性能的同时，有效降低系统的占用空间。对于客梯、病床梯、住宅梯、观光梯等均适用。永磁同步变频门机具有绿色和节能技术在降低能耗方面的适用性和推广意义。目前，由天津市核奥达新技术开发有限公司开发的永磁同步变频调速电梯门机，已经实现了一体化、通用化、智能化的绿色环保产品。
