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永磁同步电机在电梯系统中的应用

文章作者:行云电梯   发布时间:2018-09-14
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电梯中应用永磁同步电机,还使曳引系统的控制方式得到改变,进而控制电机的永磁体产生磁链而对电机的运行起驱动作用。电梯中运用永磁同步电机的曳引系统体现出永磁电机的大功率和低转速的优势。

一、永磁同步电机的发展和特性
  随着材料技术的快速发展以及永磁同步电机的开发和应用,进一步整合了机电一体化技术,有效的实现了变频控制技术,现在永磁同步电机己经在建筑、冶金、机械等行业得到了广泛的运用。因为永磁同步电机的体积比较小,节能性也比较好,比较容易控制,还可以直接配置成低速驱动的形式,省掉了复杂的齿轮系统,可以改变输入的频率控制电梯的速度,这些优势被较好的运用到电梯的驱动和控制中并取得了非常好的效果,比传统的控制系统有较高的控制精度,较小的运行噪音和更舒适的乘坐环境。
  永磁同步电机的特点有:永磁同步电机定子机构类似于普通的异步电机,转子机构比普通的异步电机多增加了一套永磁体系统。永磁材料的性能的不同,电机结构也不相同,还可以按照不同的应用环境进行设计,根据矫顽力和剩磁密度等技术参数的调配,形成不同的磁极结构。电梯技术应用的土永磁同步电机的永磁体是瓦片型,贴近转子的表面,还可以把它镶嵌在转子的铁芯上,即分为内外两种转子。
  永磁材料作为永磁同步电机的核心技术,永磁材料的发展能促进永磁电机的发展,近些年永磁材料的卞要研究成果存铝镍钴、铁氧体、稀土材料等,其中铝镍钴研制成功的时间较早,剩磁密度和剩磁感应强度比较高,热稳定性较好,但是其矫顽力比较低,抗退磁的能力也比较弱,并且材料的价格比较昂贵;铁氧体材料的研制开发稍晚于铝镍钴材料,它的成木较低,但是矫顽力较高,剩磁密度、剩磁感应和磁能积都相对较低,并且性能也比较一般;稀土永磁材料的研制时间最晚,它具有铝镍钴、铁氧体的共同优势,矫顽力和剩磁密度都比较好,磁能积比较高。另外稀土材料的加工性能较好,并且稀土材料中不含昂贵的金属,加上我国的稀土资源储备量大,使我国具有明显的开发稀土永磁材料的优势。
  二、永磁同步电机在电梯系统中的应用
  1、永磁同步电机在电梯系统的安全性和稳定性
  随着机械加工技术的不断发展和材料的更新,电梯设计中普遍运用了永磁同步电机技术,当曳引机制动系统发生故障使电梯发生溜车或飞车的现象,永磁同步电机系统会对其安全起到一定的保护作用,使电梯曳引系统的安全性得到很大程度的提升。具体的表现为:
  (1)保护机械的失灵现象
  以永磁同步电机为核心的电梯系统能获得安全可靠的运行,和其特殊的永磁同步机构有直接关系,永磁同步电机的定子和普通电机一样,所以应该配置一个信息处理器处理高速数据,使电梯控制系统实现全数字化的智能控制,进而控制因抱闸失灵导致的溜车现象,使系统的可靠性得到进一步提升。通过对永磁电机的电路优化、磁路计算、仿真模拟等的研究可以得出,其具有很强的可控性,所以同步电机可以提供直流电给电枢绕组使其实现负载零速停车,使电梯达到无抱闸制动的效果。
  另外电梯中还用到了永磁同步电机的可控性、节能性和频率控速等优点,在实际运用中,因为永磁同步电机转子和普通电机的转子有较大的区别,所以需要增加一套改变电机的矫顽力、剩磁密度等参数的永磁体装置,通过合理的调整这些参数使其构成不同的磁极结构,所以永磁同步电机在电梯技术中的应用,电梯速度的变化情况卞要靠曳引装置的编码器具体的反应,这样利用速度监控的方式控制和评价电梯的性能,对电梯实现更方便准确的控制和检测。
  (2)其电枢组对停车自闭起到辅助作用
  同步曳引电梯系统的功能是靠永磁体与闭合的电枢绕组共同作用完成的,在出点截短电动机的电枢绕组,并短接电动机电枢绕组或串联可调电阻器后再进行短接。当电梯发生故障时,控制系统利用测速装置对信号进行检测,转矩受转子的磁极的反力作用,使转子随着定子的电枢绕组同时停止运行。如果系统检测到电梯超速的信号会立即对控制器做相应的断电处理。制动转矩通过调节电阻器使不可控的溜车现象变成可控,避免发生电梯坠落事故。永磁体与闭合的电枢绕组相互作用产生的双向保护的非接触性的停车闭锁,使电梯的安全性和可靠性得到保障,减少各高速运行的电梯机械制动装置中的安全隐患。
  2、永磁同步电机在电梯系统的曳引驱动
  电梯中应用永磁同步电机,还使曳引系统的控制方式得到改变,进而控制电机的永磁体产生磁链而对电机的运行起驱动作用。电梯中运用永磁同步电机的曳引系统体现出永磁电机的大功率和低转速的优势。
  (1)永磁同步电机的曳引驱动装置
  永磁同步曳引装置转速比较低,能满足电气曳引的要求,实现这种性能的机械基础的匹配性较好的驱动装置,由于永磁同步电机曳引机转速比较低,所以为了达到曳引机和驱动装置的配合速度,就需要保障检测速度的编码器的精确性,因为它对整个曳引装置的可调速性造成影响,所以设计曳引系统的时候一般会针对性的选择编码器。如德国出品的F4变频器、英国公司出品的LFT变频器等驱动装置运行效果都比较好。由于永磁同步曳引机缺乏自锁的能力,启动的时候极其容易发生溜车现象,降低了乘坐电梯的舒适度,所以应该进行负载检测和补偿控制,在打开制动器之前曳引机就输出负载,以此抵消相应的转矩,避免打开制动器后出现溜车的现象,使电梯能得到平稳的运行。
  (2)永磁同步电机的曳引控制
  永磁同步电机控制方式是利用转矩的线性控制使总磁链达到平衡而完成相关的控制,这种控制方式形成了集曳引电机、曳引轮、编码器、电磁制动装置为一体的结构紧凑的控制装置,便于安装和}使用。尤其是在无机房的电梯的设计和研制中,在电梯井中安装永磁同步曳引电机,节省了建造机房和用地的成木,还使噪音对环境的干扰降低。
  同步电机的功率是牵引电枢电流的动力,比其他驱动系统,其高频、频率量等的维护比较简单,适应能力比较强。电枢电流产生的磁势能使磁链轴分量产生相应的轴向磁势,又因压降电枢绕组使电动机获得端电压,同步机的功率是牵引电枢电流的卞要动力。其他的辅助装置,如采用转子的感应器、光电编码、旋转编码器等位置的检测装置;压力检测、位置检测等形式的轿厢负载检测装置,事先检测分析电梯的负载,提供给曳引系统力矩、方向等数据,然后比较给定的信号和反馈的信号,然后按照预定的控制方式发出系统的指令,充分显不出其优势。
  电梯的安全运行和能源的消耗是电梯应用中的关键问题,所以电梯系统中永磁同步电机的应用体现了安全性和可控性的技术优势,配合辅助系统形成了安全完整的曳引系统,保障了电梯系统的安全运行,同时电梯变频和智能化控制的实现,使电梯更加节能更加舒适。 

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