浅析无齿轮永磁同步电梯曳引机

浅析无齿轮永磁同步电梯曳引机摘要：无齿轮永磁同步曳引电梯因简单的结构、低噪声、低能耗的特点在业内受到高度关注。本文通过对永磁同步无齿轮曳引机的结构和工作原理阐述，分析了无齿轮永磁同步曳引机与传统曳引机相比的优点和缺点，但是作为新型的曳引机的发展方向，其以小型化和灵活性，为电梯行业的发展提供了更广阔的空间。关键词：无齿轮永磁同步电梯曳引机；工作原理；优点；缺点随着科技的进步，永磁材料和永磁电机技术有了长足的发展，永磁电机被各领域广泛应用，其中包括在电梯曳引机上的应用。这些年来我国高档电梯越来越多，这都与永磁同步调速电机和曳引机无齿轮化的有机结合分不开，永磁同步无齿轮曳引电梯因简单的结构、低噪声、低能耗的特点在业内受到高度关注。由于永磁同步无齿轮曳引机的小型化和灵活性，可以布置出各种曳引方式的无机房电梯，这样不仅大大节约了电梯成本，同样也减少了电梯对空间的占用，为电梯行业的发展提供了更广阔的空间。1.无齿轮永磁同步电梯曳引机的结构齿轮永磁同步电梯曳引机结构主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统和盘车装置组成。曳引轮与制动轮为同轴固定联接，并直接安装在电动机的轴伸端。而曳引机的制动系统由制动体、制动轮、制动臂和制动瓦等组成。无齿轮曳引机由于采用的是电机直接驱动曳引轮，制动力矩很大，无法用手轮直接盘车。需通过齿轮比来减小盘车时需用的力，因此需专门设计盘车装置。2.无齿轮永磁同步电梯曳引机的工作原理永磁同步无齿曳引机工作原理是电动机动力由轴伸端通过曳引轮输出扭矩，再通过曳引轮和钢丝绳的摩擦来带动电梯轿厢的的上、下运动。当电梯停止运行时则由常闭制动器通过制动瓦刹住制动轮，从而保持轿厢静止不动。其动力控制其原理是通过电机上安装的变频装置（编码器）和高精度的速度传感器，对电机运行电流快速跟踪、检测、反馈和控制，控制永磁电机以同步转速进行转动，由于永磁电机具有线性、恒定转矩及可调节速度的特性，使曳引轮能够平稳运行。3.无齿轮永磁同步电梯曳引机与传统曳引机的比较3.1无齿轮永磁同步电梯曳引机的优点3.1.1结构简化无齿轮曳引机没有机械减速装置，不同于有齿轮曳引机复杂的机械减速机构。有齿曳引机中的减速机构如蜗轮蜗杆、行星齿轮在加工过程中都需要机械加工精度，同时为了这些齿轮的正常运转必须配备复杂的润滑系统。而无齿曳引机直接由电机带动曳引轮，使曳引机的机械结构大大简化，不仅不需要润滑系统，而且消除了润滑油对环境的污染，同样还消除了火灾隐患。3.1.2节省空间便于安装由于无齿轮永磁同步曳引机没有减速机构，这样曳引机的体积也大大减小，而且便于安装，可以实现无机房或小机房，既节省了建筑空间，又降低了制造成本。由于曳轮直接固定在电动机的轴上，结构紧凑体积小、重量轻，便于吊装、运输，所以现场安装也就容易多了3.1.3节约高效无齿轮永磁同步曳引机没有减速机构，就减少了机械减速机构相应的损耗。传统曳引机减速机构中，由于齿轮间的传动不仅效率低而且能耗高。无齿轮永磁同步曳引机转子部分采用高性能永磁材料，电动机运行不需要励磁电流，功率因数可达到近似于1。采用永磁同步电动机在低极数时可使电机效率提高15%左右，所以与传统交流有齿轮曳引技术相比通常可节约能源达30%。而且无齿轮永磁同步曳引机设计了“断电短路”环节，利用“永磁同步电动机，短接三相绕组时可以作为发电机运行”的特点，有效地避免电梯失控溜车。例如当电梯失控（如电梯停止运行，又恰遇抱闸故障无法制动）发生溜车时，由于绕组短路、发电制动，在很小的转速下就会产生很大的力矩，使电梯溜车的速度变得非常缓慢，不致造成梯毁人亡的悲剧。3.2无齿轮永磁同步曳引机的缺点3.2.1失磁或低速造成电机利用率低由于目前技术的限制，永磁体的临界温度一般在80-180度，当电机温度超过这一临界点，永磁体的磁性大大下降，而且随着永磁体使用年限的增加，永磁体也会自然退磁，这样会带来电动机性能上的一系列问题。如果曳引机低速运转情况下，永磁电动机本身的允许转速又往往高于工作机构所需要的转速，这样电动机就不能在最高转速下运行，这也意味着电动机不能达到其最大的功率，导致电动机的功率利用率十分低下。3.2.2变频器会造成失控当电梯处于低速运行下，永磁电机的变频器，为控制电机转矩分辨率也要相应提高，这就给变频器的工作带来难度，随之而来的就是电动机运行性能的大幅降低。由于目前永磁电机的变频器使用的光电编码器输出的是离散脉冲信号，脉冲与脉冲之间总有一定的间隔，在相邻两个脉冲之间，编码器无法分辨位置的变化，当然也无法检测速度。由此可见，随着极数的增加编码器分辨率也成比例地增加，才能保证控制的精度，同时，对曳引机的调试必须非常准确，特别是电机和编码器的系统位置，如果位置有偏差，电机起动力矩会不够，当轿厢和对重的重量差距较大时，会产生飞车的现象，非常危险。3.2.3制动器控制难度大在制动器系统中，主要的难点仍然在电的方面，即电磁铁的推力仍然不够大。目前制动器松闸多采用电磁松闸，为了缓解推力和发热的矛盾，在制动器打开瞬间，对线圈供给超倍电压，在制动器打开后，如果不及时降低电压，由于线圈发热量的额定值的数倍，线圈将在短时间内烧毁，为此要通过电子线路在强励磁数秒钟内降压至可靠的维持电压，要完成这一功能一般都采用半导体变流装置，由此也带来系统复杂化和制造成本的上升。制动器的制造成本、噪声和可维护性往往成为令人头疼的问题，综合考虑各方面的因素，如果没有特殊的情况，传统的外抱块式制动器仍然是首选的设计方案，这点已经在国内外曳引机的发型设计中得到有力的印证。4.结束语无齿轮永磁同步曳引机是新型的曳引机，其自身的特点，被用于高速电梯之上，但是基于永磁电机技术的发展，其前景是无限广阔的。参考文献：[1]李秋耕，电梯基本原理及安装维修全书，北京，机械工业出版社，2001，108[2]卢伟甫，罗应立，赵海森自起动永磁同步电机起动过程电枢反应退磁分析[J]，《电机与控制学报》，2012年07期[3]冯垛生，杨钧.变频器实用指南，北京，人民邮电出版社，2006，13-20[4]刘连昆.电梯实用技术手册，北京，中国纺织出版社，1999，78-86