浅析无齿轮永磁同步曳引机测试系统设计

浅析无齿轮永磁同步曳引机测试系统设计

刘嘉晋

广州广日电梯工业有限公司511400

摘要：伴随着经济和社会的不断发展，±地资源日益匿乏，人们对离层建筑的需求不断加大，电梯作为一种垂直交通工具，很好地满足了高层建筑的垂直运输需求。而永磋同步无齿轮曳引机作为电梯的驱动设备，其性能的优劣直接影响着电梯系统的运行质量和电梯运行的安全性和可靠性。

关键词：无齿轮；永磁同步；曳引机；测试系统设计

引言

传统的电梯驱动主机中,大多使用蜗轮蜗杆减速箱和异步电动机,这些设备存在着功效低,起动电流大,电耗大,易磨损,有油污染等缺点。随着交流变频调速技术的日臻完善以及交流同步电动机设计技术和制造工艺的不断成熟,无齿轮传动的永磁同步曳引机在电梯中的应用逐渐成为电梯控制领域中的新潮流,与传统的交流驱动电机相比,具有体积小、节能、洁净、安全、经济、噪音低、能耗低、维护简单等优点,使得国外很多电梯厂已经将电梯驱动部件的重点放在无齿轮永磁同步曳引机上,并且已有相当一部分电梯企业开始将该产品应用于电梯系统中。在国内,也有很多电梯厂商开始研发并使用无齿轮永磁同步曳引机。

1永巧同步无齿轮虫引机的结构及工作原理

1.1交流永磁同步电动机

交流永磁同步电动机是利用由电机转子上安装的永磁体形成的励磁磁场与电机定子绕组中通入三相交流电后在电机气隙中产生的以同步转速旋转的旋转磁场之间的相互作用的电磁力，拖着电机转子以同步旋转的电动机。交流永磁同步电动机的励磁磁场由永磁体提供，电机无励磁绕组，定转子产生的磁场相对静止。按照交流永磁同步电机的定、转子的相对位置关系，永磁同步电机可分为；外转子电机和内转子电机两类。

1.2制动系统

曳引机制动系统是电梯最重要的安全部件之一，对电梯的安全运行至关重要。传统的曳引机制动系统一般由制动臂，制动弹簧，双推型电磁制动器，制动瓦等部件组成。随着现代电梯对曳引机结构及尺寸提出的新的要求，现在市场上也有块式、盘式和蝶式等各种新型的

制动形式。

1.3曳引轮

曳引轮一般由耐磨的球墨铸铁材料制成，其作用是通过曳引轮绳槽和悬挂在其上的钢丝绳之间的摩擦力来带动轿厢运行，摩擦力的计算方法满足欧拉公式。为增加摩擦力，曳引轮绳槽一般设计成V型或是带下切口的U型。

1.4编码器

永磁同步无齿轮曳引机的配置的编码器的作用主要有两项:

1）变频器通过编码器的速度反馈信号来组成转速的闭环控制系统。另外区别于传统的三相异步电机的控制，永磁同步电机使用的矢量变频器必须时刻跟踪电机的转子位置，才可以为电机运行提供正确的三相交流输入。

2）通过变频器对编码器信号的分频输出，电梯控制柜主控板就可以使用编码器的反馈信号对电梯的井道位置作闭环控制。控制系统通过编码器的位置反馈就能知道电梯现在的所处的层站位置信息，才可以正确停在下一次的门区位置，并保证平层的精度满足要求。

永磁同步无齿轮曳引机上采用的光电式编码器和电机采用同轴安装的方法，以保证电机和编码器以同步转速进行转动。通常使用的光电式编码器的输出形式主要有:脉冲型输出、正余弦信号和绝对位置值信号输出三种。

2系统的硬件设计

测试系统的组成硬件主要包括:被测曳引机、转矩转速传感器、负载电机、绕组温升测量仪器、液压加载系统、转矩转速仪表、SIEI变频器、研华工控机、NI数据采集卡PCI6023E和RS232/RS485串口转换器等。

被测曳引机由变频器驱动,由特制的柔性联轴节与扭矩传感器的一端连接,传感器的另一端与带有减速箱的电机连接并作为负载端,负载电机施加的负载扭矩通过变频器进行控制。被测曳引机与扭矩传感器之间采用柔性连接,是因为整个测试系统中被测曳引机是频繁拆装部件,如采用刚性连接,中心对准难度较大,采用特殊的柔性连接可以防止损伤扭矩传感器,保证测量的精度。测试系统在工作状态下,被测曳引机通过一台变频器以速度模式控制其运行速度,负载电机通过另一台变频器以力矩模式控制加载给被测曳引机的扭矩,在不同的给定速度下,对被测曳引机加载不同的负载转矩,从而测量其运行性能。

被测曳引机和负载电机的运行是由工控机通过其串行口发送控制命令给变频器来控制实现的。由于工控机的串口采用RS232标准,而变频器的串口采用RS485标准,因此两者之间的通信需要通过一个RS232/485的串口转换装置连接,工控机中的控制命令和变频器中的运行数据均通过此串口转换装置进行传输;工控机通过其主板上的PCI数据采集卡可以直接获得转矩转速传感器和径向加载压力传感器的测量输出信号。

3系统的软件设计

永磁同步无齿轮曳引机测试系统的软件编制主要包含以下几块内容:

3.1测试电机的铭牌参数的输入和保存

在开始正式测试之前，首先需要将被测曳引机的相关铭牌参数，包括:被测曳引机电机参数、出厂编号、出厂日期等录入到测试软柞中，其中电机参数包括:额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、极对数、定子绕组电阻等。这些输入的铭牌参数将与和其他的测试数据一同保存在最终生成的测试报告中。

3.2富士LIFT变频器与上位机间的通讯

本部分主要包括以下内容:

1）串口通讯的设定:主要包括串口号、波特率、数据位、停止位、奇偶校验位的设定，这是保证计算机可以与变频器通讯的必要前提条件。

2）将录入基本信息中电机相关的参数通过RS485接口写入到富士LIFT变频器中，以便其控制被测电机的运行。

3）由于本系统测试的是永磁同步电机，在电机开始运行前，需要完成电机磁极位置的自学习的工作。

4）通过上位机来完成变频器的运行、停止、运行方向和运行转速的远程控制。控制被测曳引机按照要求的方向和转速运行。

3.3功率计与上位机间的通讯

本部分的工作主要包括功率计USB通讯端口的设定和功率计中相关参数的读入。

3.4转矩转速仪与PC计算机之间的通讯

本部分的工作主要包括转矩转速仪通讯端口的设定和转矩、转速、功率参数的读入。

3.5NIUSB-6212对系统的转矩的控制

本部分主要要求NIUSB-6212按照给定转矩，按照手动或自动的方式将系统运行到设定的转矩值。

3.6编制PID算法和转矩仪组成闭环系统，以便系统可以自动运行到设定的转矩。

3.7测试数据的储存和输出

系统在设定的转速下，通过手动或自动的方式设定负载电机需要测试的转矩，待运行稳定后，点击软件的保存按钮，可以将该测试点的各个测试参数包括:电机输入电参数和输出转矩、转速，保存到外部的按照自己命名的Excel文件中，方便后续的数据处理、分析、打印等后处理工作。

4结语

本文介绍的系统，经过了长时间的使用和验证，其运行稳定、操作方便、测试精度高，很好地完成了无齿轮永磁同步电梯曳引机的各项电气性能测试，为曳引机的质量检测提供可靠技术支撑，具有较好的性价比和实用价值。

参考文献

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