隨著稀土永磁同步電機的開發與應用,以及和變頻控制實現了機電一體化,永磁同步電動機已被廣泛應用于機械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包裝、造紙、造船、塑料、紡織化纖、軍工等行業。其種類很多,用量非常大。永磁同步電動機以其體積小、節能、控制性能好、又容易做成低速直接驅動,消除齒輪減速裝置,可通過頻率的變化進行調速等優點,在電梯技術上也得以開發應用。其運行低噪聲、電梯平層精度和乘客舒適感都優于以前的驅動系統。特別是KONE電梯公司研發的無機房電梯,率先應用了永磁同步電機,使得永磁同步電機無齒輪曳引技術嶄露頭角,顯示了巨大的優越性,得到業內人士的普遍看好,永磁同步電機在電梯設計上的研發具有很大的實用價值。
永磁同步電機定子作用:
永磁同步電動機的定子部分與一般的異步電機無多大不同,其轉子結構與異步電機的轉子區別是多了一套永磁體。其結構隨永磁材料性能不同和應用領域的差異而不同,根據剩磁密度Br和矯頑力Hc等技術參數的不同,而磁極結構不同。電梯技術上開發應用的稀土永磁同步電機常做成瓦片式,貼在轉子的表面,或嵌在轉子鐵心中,分內轉子型和外轉子型兩種。
">永磁電機機結構
特點與優勢:
永磁材料的應用是永磁同步電機的關鍵技術。永磁材料近年來的開發很快,現有鋁鎳鈷、鐵氧體和稀土永磁體三大類。稀土永磁體又有第一代釤鈷 5(SmCo5),第二代釤鈷2:17(Sm2Co17)和第三代釹鐵硼(Nd-Fe-B)。鋁鎳鈷是20世紀三十年代研制成功的永磁材料,具有較高剩磁密度Br,剩磁感應強度高,熱穩定性好等優點,但矯頑力Hc很低,抗退磁能力差,而且要用貴重的金屬鈷,成本高,大大限制了它在電機中的應用。鐵氧體磁體是20世紀50年代初開發的永磁材料,價格低廉,具有較高矯頑力Hc,但剩余磁通密度較低,剩磁感應強度和磁能積BH都較低,性能不夠理想。稀土永磁材料在六十年代后期問世,它兼有鋁鎳鈷和鐵氧體兩種永磁材料的優點,Br和Hc都很高,具有很高的最大磁能積(BH)max.如SmCo5的(BH)max,240kj/m3,Sm2Co17(BH)max,3300kj/m,.而且退磁曲線基本上是一條直線,回復線與退磁曲線基本重合,不怕丟磁,性能穩定,且熱穩定性較好,剩磁溫度系數小。但釤鈷族稀土材料的鈷價格較高,影響其在永磁同步電機的應用。80 年代初開發的釹鐵硼(Nd-Fe-B)稀土永磁材料,性能十分優越,(BH)max,3800kj/m3,到90年代,其(BH)max,500kj/m .Nd-Fe-B稀土材料不含價格昂貴的鈷,其可加工性能也比較好,價格相對便宜。我國又是稀土大國,儲量世界第一。開發應用前景廣泛,適合在永磁同步電機中應用。目前,廣泛應用在電梯技術領域的永磁同步曳引電機就是釹鐵硼(Nd-Fe-B)稀土永磁同步電機。
1、節能、驅動系統動態性能好:采用多極低速直接驅動的永磁同步曳引機,無需龐大的機械傳動效率僅為70%左右的蝸輪、蝸桿減速齒輪箱;與感應電動機相比,無需從電網汲取無功電流,因而功率因數高;因沒有激磁繞組沒有激磁損耗,故發熱小,因而無需風扇、無風摩耗,效率高;采用磁場定向矢量變換控制,具有和直流電動機一樣優良的轉矩控制特性,起、制動電流明顯低于感應電動機,所需電動機功率和變頻器容量都得到減小。
2、平穩、噪聲低:低速直接驅動,故軸承噪聲低,無風扇、無蝸輪蝸桿噪聲。噪聲一般可低5~10分貝,減小對環境噪聲污染。
3、節省建筑空間: 永磁同步曳引機無龐大減速齒輪箱、無激磁繞組、采用高性能釹鐵硼永磁材料,故電機體積小,重量輕,可縮小機房或無需機房。
4、壽命長、安全可靠: 永磁同步曳引機電機無需電刷和集電環,常規曳引機的人工盤車機構是在制動輪或曳引輪上安裝一個齒輪圈,再用一個小齒輪與其相配,通過手輪或備用動力盤動該小齒輪轉動,再通過齒輪圈帶動曳引輪旋轉來實現的。但一個帶齒的齒輪圈直接外露,并跟著曳引輪一起旋轉,容易傷人,很不安全。同時操作時還需兩個人,一人操作制動機構,另一個操作盤車機構,存在安全隱患。有些將曳引機盤車機構做成外置式蝸輪蝸桿傳動的機構,平時不用時卸下,有需盤車時鎖在前端蓋上使用。蝸輪蝸桿盤車裝置有傳動比大,省力,且有自鎖功能,能夠保證盤車時轎廂不會出現沖頂或蹲底的安全隱患,且只需一人操作。
5、維護費用少:無減速箱,維護簡單。相對于有齒輪式曳引機,永磁同步曳引機具節能環保之絕對優勢,此于歐洲日本早有認知,近來于中國業界亦多有論述。除以上客戶端能明顯體認之優點外,于安全性之層面:因結構簡化,具剛性直軸制動的特點,提供全時上下行超速保護能力外,利用永磁電機的反電動勢特點,實現蝸輪蝸桿之自鎖功能,為電梯系統與乘客提供多層安全防護。于應用面之層面:因永磁同步曳引機小型化及薄型化特點,對電梯配置安排及與建筑物間整合空間的搭配性,大大提升,相信對建筑設計師提供更大的彈性設計空間,間接改善人于建物空間中之使用機能與品質。
電梯永磁同步曳引電機的控制方式:
永磁同步電機同步就是指電流頻率和轉速是同步的,通過控制電流頻率來實現控制轉速。電梯通常采取矢量控制,矢量控制變頻調速具有同步調速范圍寬、轉矩和轉速平穩等優點,是高效節能的電梯拖動調速系統。在普通的三相交流電動機上模擬直流電機轉矩的控制規律,磁場定向坐標通過矢量變換,將三相交流電動機的定子電流分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量,并使這兩個分量相互垂直,彼此獨立,然后分別調節,以獲得像直流電動機一樣良好的動態特性。因此矢量控制的關鍵在于對定子電流幅值和空間位置(頻率和相位)的控制。為了檢測永磁同步電機磁極位置,在電機位置傳感器安裝之后要對其進行初始定位。根據電機反電動勢信號與電機位置角的關系,利用電機反電動勢過零信號來定位磁旋轉編碼器。電梯矢量控制采用的是SVPWM調制,通過三相交流逆變橋的6個開關的不同導通模式產生不同的電壓基本矢量,通過矢量合成,來合成任意矢量(在實際允許范圍內),通過導通時間的不同大小,來確定矢量的大小。
電梯永磁同步曳引電機的驅動系統:
采用永磁同步電機的電梯曳引系統,通常為無齒輪曳引方式。突顯了永磁同步電機易于做成低轉速、大功率的優點。其結構緊湊,功能齊全,集曳引電機、曳引輪、電磁制動器、光電編碼器于一身,易于安裝,便于使用。特別是在無機房電梯的開發應用中,將永磁同步曳引電機安裝在電梯的井道里,既節約了機房的建造成本,又美化了建筑物外觀。當電梯負載變化時,永磁同步電機通過調節夾角來適應,其響應速度很快。為了使電梯有良好的起、制動舒適性和平層準確度,在系統中加入了準確的轉子位置裝置和電壓電流檢測裝置,隨時確定電機磁場的大小、方向。位置檢測裝置采用轉子位置傳感器(光電編碼器器或旋轉變壓器等)。轎廂負載檢測裝置可采用位置型、壓力型等多種形式,對電梯負載進行預先測量并計算,給出恰當方向和大小的力矩,可輸出開關量、模擬量(電壓)和頻率量(高頻抗干擾性強,能遠距離傳送)等。
由于無齒輪曳引機的曳引輪與電動機同軸,通常曳引輪與制動輪同體,因此,采用永磁同步無齒輪曳引電機技術,可不設上行超速保護系統,在電梯驗收檢驗中當然也就可以不作要求。另外,同步電機可以通過向電樞繞組供直流電來實現帶負載零速停車,從而可以真正做到無須抱閘的機械制動,實現電氣的零速停車。這樣可防止由于抱閘失靈造成溜車的故障,進一步提高系統的可靠性。