摘要：永磁同步电机具有耗能少、体积小、控制相对容易等优势。此外永磁同步电机能够配置成为低速直接驱动模式，可以将比较复杂的齿轮系统省略，控制速度则采取改变输入频率的方式。永磁同步电机的这一优势与电梯系统的需求不谋而合，因此它能够在电梯驱动及控制方面得到广泛的应用。基于此，笔者就永磁同步电机在电梯系统中的应用进行略述。
关键词：永磁同步电机；电梯系统；应用
在越来越多的高楼中，每天都有大量的人和货物需要输送，而电梯作为垂直方向上的交通运输工具地位会越来越重要，对于建筑中的人们出行简直是必不可少。举例来讲，由我国自主设计和施工建造的上海东方明珠广播电视塔，塔高468m，将广播电视功能和旅游观光融为一体，塔内共安装6部高速客梯，其中有两台额定载重量为2000kg，运行速度达到7m/s的电梯，提升高度为286.3m，每天不停地将游客和工作人员从地面送入观光大厅。除此之外，商场中的货梯、观光梯以及遍地开花的保障房用小载重客梯都是人们每天出行必不可少的交通工具。曳引机与其驱动控制系统是整个电梯系统中最为重要的核心子系统，对于电梯的运行质量具有决定性的作用，对于乘客的乘坐舒适度有直接影响。而三相永磁同步电机作为目前应用范围最广、综合性价比最高的电梯曳引机主机，多采用数字处理系统下的矢量控制。因此，目前对于永磁同步电机和矢量控制系统的研究，对于克服技术上的局限性，使电梯的运行在合理的状态，进而使得乘客获得良好的乘坐体验，是目前这一领域研究的关键问题之一。
一、永磁同步电机
永磁同步电机作为目前曳引机的核心部件与之前在电梯上也曾被用过的直流电机和交流感应电机相比具有很多优势。首先，交流电机与直流电机相比较就具有单机容量不受限制，体积小，重量轻，占地面积小，转动惯量小，动态响应好，维护简单以及高效节能等优势。其次，在交流电机中，永磁同步电机与感应电机相比较又具有如下几个特点：（1）在750r/min的转速下，以25%到100%速度运行的永磁同步电机的效率大于90%而感应电机小于85%。（2）永磁同步电机的体积比感应电机减小20%到55%。（3）永磁同步电机的质量比感应电机减小20%到40%。（4）永磁同步电机的典型共振噪音要小于感应电机。（5）永磁同步电机不需要转子励磁电流，一般可减小电流需求6%到10%。（6）永磁同步电机比感应电机减小65%的功率损耗。除了以上电机本身的特点之外，因为感应电机转子的励磁能量是由定子供给的，并且感应电机的功率因数低于永磁同步电机，而视在功率高于同步电机，所以用于感应电机调速的变频器容量要比用于相应规格永磁同步电机的变频器大30%左右。
二、永磁同步电机在电梯系统中的应用
（一）永磁同步电机在电梯系统中的安全性和稳定性分析
随着永磁材料和机械加工技术的升级，永磁同步电机技术在电梯的设计和开发中得到了充分利用，从很大程度上提高了电梯曳引系统的安全性能。当整个曳引机制动出现失灵或其他故障时电梯上行方向溜车或者飞车的情况下，永磁同步电机系统就会起到安全保护的作用，这样首先就可以满足我国对电梯制造相关标准和规范的要求。
1.对机械失灵的保护
以永磁同步电机为核心的电梯系统在应用中之所以可以保证其安全可靠，主要是因为其特殊的永磁同步结构，永磁同步电机的定子部分和普通的异步电机基本一致，因此需要配置一个以高速数据处理为基础的信息处理器，以实现全数字化的智能电梯控制系统。这样就可以利用智能化控制对出现抱闸失灵而造成的溜车故障，进一步的提高系统的可靠性能。对永磁电机的磁路计算、电路优化、仿真模拟等系统性研究都反应了其可控性优势，同步电机可以通过向电枢绕组提供直流电来实现负载零速停车，从而实现真正意义上的无抱闸制动。另外，永磁同步电机的节能性能、可控性、频率控速等优点在电梯使用中也得到了肯定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际应用中永磁同步电机的优势还体现在，永磁同步电机与常规的异步电机转子区别较大，如前面论述其增加了一套永磁体装置。此种装置使电机的剩磁密度、矫顽力等参数发生了改变，通过对这些参数的调整构成了不同的磁极结构，因此在电梯技术的应用中，永磁同步曳引装置主要采用编码器来反应电梯的速度变化，这样可采用速度监控的方式来对电梯进行控制和性能的评价，让电梯的控制和检测更加的方便而准确。
2.永磁同步电机的电枢组可以辅助停车自闭
在系统中永磁体和闭合的电枢绕组相互作用完成同步曳引电梯的功能，如在其出点将电动机电枢绕组截短，并将电动机电枢绕组短接或者利用可调电阻器进行串联后短接。当出现超速故障时控制系统利用前面介绍的测速装置检测信号，转矩受反力作用在转子的磁极上，导致转子随定子电枢绕组同时停止。当出现超速故障时系统检测到超速信号就会立即对控制器进行断电处理。制动转矩可通过电阻器调节让本来不在控制中的溜车成为可控，从而防止坠落事故发生。永磁体和闭合的电枢绕组的相互作用可产生停车闭锁这种非接触性的双向保护模式，增加了电梯的安全和可靠性，降低了各类型高速电梯在高速运行中机械制动装置存在的安全隐患。
（二）永磁同步电机在曳引系统中的应用
永磁同步电机通过对电机永磁体进行控制，使其产生磁链，从而推动电机的运行，最终改变曳引系统的控制方式。在电梯曳引系统中使用永磁同步电机，能够使永磁电机的大功率及低转速优势更加突出。不断旋转的永磁体受到不动的绕组的切割，从而产3生磁场及感应电动势，然后在闭合的电枢绕组回路中产生电流。在磁场的影响下，电流转化为力矩。在这一过程中，随着磁极的运动，电流也带动电枢绕组不断运动。
1.永磁同步电机的曳引驱动装置
永磁同步电机曳引设备具备低转速优势的机械原因是驱动装置具有较好的匹配性能。由于永磁同步曳引机的转速并不是很高，因此如果要保证它的速度与驱动装置相契合，就必须确保测速编码器的准确性也较高。一般情况下，会选择具有同等解析度的正弦、余弦编码器或针对性较强的编码器。只有如此，才能在基础上保证整个曳引装置具有良好的可调速性。此外，由于永磁同步曳引机自我控制方面的性能存在缺陷，无法进行自锁，在启动时容易发生轿厢上升或下降现象，对乘客的人身安全及乘坐体验产生影响，因此要对永磁同步曳引机的负载进行检查并进行一定控制，最好的方法就是曳引机在制动器打开之前就已经开始进行负载输出，转矩也能相互抵消，减少轿厢上升或下降现象发生的概率。
2.永磁同步电机的曳引控制
与传统的电机控制相比，永磁同步电机的控制方式是通过对转矩进行线性控制，以此来达到总磁链平衡及控制的目的。永磁同步电机的曳引控制已经形成具有功能集成、结构紧凑优势，集电磁制动、曳引轮和曳引电机于一体的控制装置，体现出安装及使用方面的优势。在没有机房电梯的研发中，这种优势一方面能够减少噪音，另一方面也能将永磁同步曳引机安装在电梯井中，节约了用地及建造成本。
总之，电梯的运行安全和能源消耗是电梯应用中的主要问题，永磁同步电机在电梯系统中的应用充分体现了其可控性、安全性的技术性优势，加上辅助系统的配合就形成了一个完整而安全的曳引系统，为电梯的运行提供了安全保证，同时变频控制和智能化控制的实现也让电梯更加的节能而舒适。
参考文献：
[1]杜广荣. 弱磁控制在电梯同步电机控制系统上的应用研究[D].华南理工大学，2015
[2]黄招彬.永磁同步电梯曳引系统的性能优化方法研究[D].华南理工大学，2014.
[3]王铭明.基于永磁同步无齿轮曳引机的电梯节能驱动与控制系统设计与实现[D].南京理工大学，2012
论文作者:王晔辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/3
标签：永磁论文; 电梯论文; 同步电机论文; 曳引机论文; 电机论文; 电枢论文; 绕组论文; 《基层建设》2018年第32期论文;