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永磁同步变频驱动电梯的改造与应用顾德仁1徐惠钢2郭文华21.苏州远志科技有限公司2.常熟理工学院物理与电子科学系摘要：以艾默生CT公司UNIDRIVEES电梯专用驱动器及WYT无齿轮永磁同步曳引机为例介绍永磁同步变频驱动技术在电梯改造中的应用。结合永磁同步变频技术的基本原理，介绍了配件的选择和相关参数的设置，并分析了系统实际应用过程中的关键问题。关键词：永磁同步电机电梯变频驱动ApplicationandModifyofPMSVariedSpeedTechnologyinElevatorGuderenXuhuigangGuowenhuaAbstract：TheapplicationofPMStechnologyinelevatordrivesystemisdiscussedinthispaper,accordingtothespecialdrivenamedCTUNIDRIVEESofEmersonandWYTPMStractor.relyingonthePMSfundamentalprinciple,wedesignhowtochoosetheaccessoriesofsystemandsetupthecorrelationparameters,analyzingthekeytechnologyaboutthepracticeofsystem.Keywords：PMSelevatorVVVFdrive1引言传统的电梯驱动普遍采用异步电动机和减速齿轮箱相结合的曳引机，配以VVVF（变压变频）调速控制系统[1]。这种系统虽然调速性能较优，但是整个曳引机的体积庞大，而减速齿轮箱的应用不但降低了驱动系统的效率，日常维护更换的润滑油也对环境产生了一定的污染。近年来，无齿轮永磁同步曳引机以其体积小、转矩输出响应快等优点开始应用于电梯驱动系统。而且，因其省去了齿轮减速箱，在曳引效率得以提高的同时，能耗也相应降低；采用此系统的电梯产品更因无需加油润滑、绿色环保等亮点被广大有远见的用户所青睐。应客户要求，我们采用永磁同步变频驱动技术对原有使用有齿轮曳引机的电梯进行改造。2永磁同步电机的结构和基本原理同步电动机是以其转速n和供电电源频率f之间保持严格的同步关系而命名的，即只要供电电源的频率f不变，同步电动机的转速就恒定为常值[2]。永磁同步电动机的定子与异步电动机一样，只是在转子表面嵌有永磁铁（铷铁硼），因此，转子就没有滑环和电刷了（如图1所示）。图1永磁同步电机结构当定子的三相绕组通入对称的三相电流后就会产生一个空间旋转磁场，旋转磁场的同步转速0n为pfn/600式中：f为定子电源频率；p为电动机极对数[3]。永磁同步电动机的永磁磁场可以设计得较高，因此永磁同步电动机的功率密度可以做得较大，也就是同容量的永磁同步电动机比异步电动机小很多。此外，多极、低速、大力矩的特性非常适用于电梯驱动系统。根据图2所示的永磁同步电机矢量图，永磁同步电机运转前必须设法检测转子的位置dt。然后希望sI与d轴，即与M轴的夹角90s，这样：0cosssmdsmIIII，即定子电流没有励磁分量。sssQstIIIIsin，即定子电流完全为力矩分量。sRmstRmICICT所以永磁同步电动机必须有转子位置检测器随时检测转子的位置，然后控制定子电流矢量。为使变频器工作在最佳状态，还需使变频器对所驱动的电动机进行参数自学习。图2永磁同步电机矢量图3改造方案原电梯为EXPRESS8100系列乘客电梯，采用有齿轮曳引机变频驱动。通过对原电梯的有关图纸资料进行分析，结合现场实际情况，最终确定如下方案：3.1曳引机的选择曳引机采用常熟通润公司的WYT无齿轮永磁同步曳引机。该曳引机主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统组成。曳引轮与抱闸轮为同轴固定连接，并直接安装在电动机的轴伸端。3.2控制回路不改变原有电梯控制柜的外围线路，仅需改变控制柜内部电梯逻辑控制器与变频器、变频器与曳引电动机及编码器之间的接线。可以大大缩短改造工时。3.3变频器的选择变频器选用艾默生CT公司于2005年面向中国市场推出的UNIDRIVEES电梯专用驱动器。除了具备通用变频器的功能外，还具有惯量补偿、跟踪误差检测、优化减速曲线等电梯专用功能[4]。3.4编码器的选择永磁同步电机所使用的编码器，不仅要向变频驱动控制系统提供速度反馈，而且需要提供电机磁极位置检测功能。只有检测出转子的磁极位置后，才能确定变频器的通电方式、控制模式以及输出电流的频率和相位，以保证永磁同步电机的正常工作。根据UNIDRIVEES驱动器的需求，选用海德汉公司的ECN1313型正余弦编码器，安装于永磁同步电机转子轴端。4改造实施4.1驱动控制回路图3所示为驱动控制回路图。变频器和逻辑控制器通讯时采用开关量而不用模拟量，增加了抗干扰性。4.2磁极位置辨识及电机参数自学习将电动机铭牌相关参数设定入变频器后，打开曳引机抱闸，接通用户电源、变频器、曳引电动机间的电源回路，进入变频器参数菜单＃0.40参数进行相应参数调整后即可自动检测相位角、识别并存储电动机有关参数。4.3变频器输入输出端子的参数设置根据电梯控制器与变频器接线信号的功能要求，结合变频器说明书中“输入输出可编程端子”参数设置说明，对变频器24号至31号端子分别进行可编程定义。变频器编码器接口类型选择SC.EndAt，＃3.38=9。4.4速度曲线参数设置首先根据电梯控制器的原有特性，设定＃20.13＝0，选择变频器“爬行速度平层”工作方式。为了提高运行效率，各速度参数设定应按实际需求进行计算。本系统快车速度＃18.13=1000mm/s；而爬行速度要尽可能低些，以减小停车冲击，故选＃18.11＝45mm/s。检修慢车频率可选＃18.12＝250mm/s。为了减小启动冲击及增加乘梯的舒适感，变频调速系统的速度环的比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些。电梯运行的时间（x轴）、速度（y轴）理想曲线如图4所示，“S”曲线特性可防止电梯启动、换速或停止时产生振动。调整变频器参数保证曲线拐点的圆滑，可大大提高电梯运行舒适感。JAQ——安全接触器JYX——运行接触器PG——编码器图3驱动控制回路图4电梯运行理想曲线5应用问题分析1）编码器的连线必须按要求将屏蔽层接地并单独走线，以避免外界干扰。如果编码器重新安装或更换，必须对永磁同步电机实施磁极相位角的自整定。2）在进行磁极位置检测及电动机参数自学习之前，必须保证无齿轮永磁同步曳引机处于完全空载状态（脱去曳引钢丝绳）。3）正式运行快车前，可进行数次重复的井道信息自学习，以保证控制系统记忆的楼层数据的准确性。4）为了降低电梯运行过程中的垂直振动，不仅要检查调整导轨垂直度、导靴间隙、曳引钢丝绳松紧度、抱闸间隙等机械部分，还可以通过调整速度环比例（＃18.25）、积分增益（＃18.25）、电流滤波系数（＃4.12）等变频器参数来改善。6结束语改造后的电梯已可靠稳定运行一年多时间。实践证明，将永磁同步变频驱动技术应用于电梯系统的改造，既可为用户节省空间及能源，也为绿色环保的电梯产品研发探索出了一条新路。参考文献1朱昌明，洪致育，张惠侨．电梯与自动扶梯——原理结构安装测试．上海交通大学出版社，20002冯垛生，张淼．变频器的应用与维护．华南理工大学出版社，20013黄立培．电动机控制．北京：清华大学出版社，20034电梯专用驱动器UNIDRIVEES用户手册．艾默生CT公司中国驱动中心，2005