电梯驱动用永磁同步电机控制系统

电梯驱动用永磁同步电机控制系统

蒋万琦

蒋万琦

巨人通力电梯有限公司上海313009

摘要：本文主要针对电梯驱动用永磁同步电机控制系统展开分析，思考了电梯驱动用永磁同步电机控制系统的主要内容和具体的控制系统的构建方法，可供今后参考。

关键词：电梯；驱动；永磁同步；电机控制

前言

在电梯驱动用永磁同步电机控制系统方面，我们一定要更加明确，在电梯驱动用永磁同步电机控制系统的建设过程中，真正提高电梯驱动用永磁同步电机控制系统的建设效果和应用效果。

1、永磁同步控制概述

正弦波永磁同步电动机可根据多种矢量控制方法来构成变频调速系统，实现高性能、高精度的传动，在动态响应要求高的场合其应用前景尤其看好。永磁同步电机的矢量控制，也是基于磁场定向的控制策略，由于转子上的永磁体所提供的磁场恒定，加之其结构和参数各异，相应的控制方法也有所不同。这些控制方法主要有：id=0(转子磁链定向)控制、cosφ=1控制、总磁链恒定控制、最大转矩/电流控制、最大输出功率控制、直接转矩控制等。它们各具特点，如cosφ=1控制可以降低与之匹配的变频器容量，恒磁链控制可以增大电动机的最大输出转矩等。而id=0控制最为简单，它的基本思想是通过控制逆变器使三相定子的合成电流(磁动势)超前转子位置90°(电角度)，则电机的电磁转矩只和定子电流幅值成正比，即控制定子电流的幅值，就能很好地控制电磁转矩。

2、永磁同步电机在电梯系统中的应用

随着永磁同步电机的开发与应用，以及和变频控制实现了机电一体化，永磁同步电动机已被广泛应用于机械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包装、造纸、造船、塑料、纺织化纤、军工等行业。其种类很多，用量非常大。永磁同步电动机以其体积小、节能、控制性能好、又容易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置，可通过频率的变化进行调速等优点，在电梯技术上也得以开发应用。其运行低噪声、电梯平层精度和乘客舒适感都优于以前的驱动系统。

永磁材料的应用是永磁同步电机的关键技术。永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴5（SmCo5），第二代钐钴2：17（Sm2Co17）和第三代钕铁硼（Nd-Fe-B）。铝镍钴是20世纪三十年代研制成功的永磁材料，具有较高剩磁密度Br，剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但矫顽力Hc很低，抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是20世纪50年代初开发的永磁材料，价格低廉，具有较高矫顽力Hc，但剩余磁通密度较低，剩磁感应强度和磁能积BH都较低，性能不够理想。稀土永磁材料在六十年代后期问世，它兼有铝镍钴和铁氧体两种永磁材料的优点，Br和Hc都很高，具有很高的最大磁能积（BH）max.如SmCo5的（BH）max，240kj/m3，Sm2Co17（BH）max，3300kj/m，.而且退磁曲线基本上是一条直线，回复线与退磁曲线基本重合，不怕丢磁，性能稳定，且热稳定性较好，剩磁温度系数小。但钐钴族稀土材料的钴价格较高，影响其在永磁同步电机的应用。

目前永磁同步电机在电梯系统中得到了广泛应用，全面提高了电梯曳引系统的稳定性与安全性，如果曳引机制动故障永磁同步电机系统能够进行安全保护，避免意外事故的发生。

2.1永磁同步电梯控制系统

永磁同步电机控制系统包括硬件、软件两个部分，见图一，其中虚线框内为硬件部分。

永磁同步电机变频调速控制系统的硬件主要是永磁同步电机、逆变器驱动电路、变频器主回路、DSP芯片、智能功率模块和过流故障保护电路等，软件主要是Park变换、Clark变换、PI调节和信号处理等。以PI调节为例，在PI调节中可以通过上升时间等提高动态性能，通过调整静态误差等提高静态性能，动态、静态性能调整存在矛盾性，可以通过分段变参数来缓解二者之间的矛盾。

2.2机械失灵保护机制

电梯永磁同步电机控制系统能够保证电梯安全可靠运行，其原因在于永磁同步结构和高速数据处理的信息处理器等构成全数字化、智能化控制系统，能够智能化控制抱闸失灵等引起的溜车故障，使电梯系统运行稳定可靠。永磁同步电机仿真模拟、磁路计算等研究都体现了永磁同步电机控制系统的可控性优势，能够实现负载零速停车，实现无抱闸制动。

除此之外，永磁同步电机频率控速效果良好，节能性能良好，永磁同步电机控制系统还可以通过调整剩磁密度等参数构成特定的磁极结构，永磁同步曳引系统利用编码器反应速度变化，从而能够对电梯速度进行监控和性能评价，提高电梯控制的准确性。

另外，系统的电枢组能够辅助停车自闭。永磁体与电枢绕组共同完成同步曳引功能，截短电机电枢绕组使其短接，或借助可调电阻器串联后短接，能够在超速故障时控制系统转子随定子电枢绕组停止，系统检测到超速信号后对控制器断电处理，调节电阻器可以使溜车可控，避免发生坠落事故。永磁体与电枢绕组能够停车闭锁，实现非接触性的双向保护，进一步增加了电梯系统的可靠性、安全性，避免了高速电梯运行中机械制动失灵的隐患。

2.3曳引驱动控制系统

永磁同步电机控制系统的作用还体现在曳引驱动上，能够改变曳引控制方式，通过控制永磁体产生磁链来进行驱动。电梯曳引系统因永磁同步电机具有低转速、大功率特点，绕组切割永磁体形成感应电动势，电枢绕组回路形成电流，在磁场中转为力矩，驱动电枢绕组随磁极同步转动。

永磁同步曳引系统因其低转速优势，具有良好匹配性，能够满足电气曳引要求。为了提高曳引机与驱动装置配合精度，要求速度检测编码器具有高精确性，因此一般情况下曳引系统选用针对性强的编码器，编码器是影响曳引系统可调速性的重要基础。驱动装置的种类很多，由于永磁同步曳引机缺乏自锁能力，起动时易导致溜车，因此要对曳引机做负载检测和补偿控制，在打开制动器前对曳引机进行负载输出来抵消转矩，从而避免溜车现象，提高电梯运行的舒适度。

永磁同步电机控制系统与传统方式有所不同，利用转矩线性控制使总磁链平衡实现控制，该方式利用曳引电机、编码器、电磁制动装置等一体的控制装置，使用十分方便。这一优势在无机房电梯系统中体现的更为明显，曳引电机在电梯井内可以节约机房费用，还能够降低噪音干扰。电机功率是重要牵引动力，永磁同步电机曳引驱动系统具有较好的适应能力，而且便于维护。电枢电流形成的磁势能能够生成轴向磁势，使磁链引起电动势，加上电枢绕组压降得到电动机端电压。曳引驱动控制系统的辅助装置主要是位置检测装置、轿厢负载检测装置等，位置检测装置一般选用位置感应器、旋转编码器等，而对于轿厢负载检测有多种形式，例如位置检测或压力检测等，能够检测电梯负载并分析，提供方向、力矩等负载数据，通过信息数据对比按预定控制方式发出指令实现控制，使永磁同步电机控制系统的可靠性得以保证。

3、结束语

综上所述，只有做好了电梯驱动用永磁同步电机控制系统的建设工作，才能够确保其效果，本文总结了电梯驱动用永磁同步电机控制系统的要求和内容，可供今后参考。

参考文献

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[2]叶伟，张晓光，孙力.基于线性霍尔传感器的高速永磁同步电机控制系统设计[J].伺服控制，2016，03：41-44.