摘 要：隨著現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電梯已成為人們身邊不可或缺的一項(xiàng)生活設(shè)施?？蛻?hù)對(duì)電梯節(jié)能、環(huán)保等的要求更是越來(lái)越高。作為耗能量大、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的生活設(shè)備，電梯系統(tǒng)節(jié)能已成為國(guó)際社會(huì)共同關(guān)注的課題。與此同時(shí)，在科技驅(qū)動(dòng)成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展主推動(dòng)器的今天，電梯控制技術(shù)也將產(chǎn)生各種新的變化，包括新產(chǎn)品功能的出現(xiàn)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)的革新?lián)Q代等。

關(guān)鍵詞：電梯；傳動(dòng)系統(tǒng)；永磁同步；無(wú)齒曳引

1 永磁同步無(wú)齒輪電梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)

同步無(wú)齒輪技術(shù)的出現(xiàn)，是電梯驅(qū)動(dòng)的一次改革，它完成了電動(dòng)機(jī)軸與曳引輪同軸的應(yīng)用先例，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)減速箱的負(fù)載，傳動(dòng)效率被提高到85%以上，大大超過(guò)傳統(tǒng)曳引機(jī)的傳動(dòng)效率。此外，應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)密封性能高的優(yōu)點(diǎn)，可以減少使用潤(rùn)滑油，同時(shí)還集重量輕、體積小、使用安全可靠、低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、污染小、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)于一身，受到消費(fèi)者的青睞。有齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)速度為2m/s，1000kg的載重電梯，對(duì)變頻器的容量要求為22kW，若采用永磁同步電動(dòng)機(jī)無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)電梯，在電梯型號(hào)相同的條件下，對(duì)變頻器的容量要求為15kW，要求降低了7kw。

2 永磁同步無(wú)齒輪曳引技術(shù)與傳統(tǒng)曳引技術(shù)的比較

一般來(lái)說(shuō)，速度超過(guò)2.5m/s的電梯稱(chēng)為高速電梯，曳引系統(tǒng)應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)，而由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)，可以將曳引技術(shù)應(yīng)用到速度1.0m/s以上的所有電梯系統(tǒng)，大大開(kāi)拓了永磁同步曳引技術(shù)在電梯曳引領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用前景。

高性能的永磁體構(gòu)成了永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，這種方式將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效能大大提高。蝸輪蝸桿的機(jī)械傳遞效率不高，永磁同步無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與蝸輪傳動(dòng)相比較而言，可以實(shí)現(xiàn)減少約40%電力耗能。安全特點(diǎn)方面，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性直軸制動(dòng)等特點(diǎn)，不僅可以提供全時(shí)上下行超速度保護(hù)功能的同時(shí)，還可根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的反向發(fā)電，為使用者提供全方面保護(hù)。[1]

3 電梯永磁同步無(wú)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)變頻器的要求

目前，市場(chǎng)上的很多電梯產(chǎn)品都采用了變頻驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)束了傳統(tǒng)有齒輪傳動(dòng)的時(shí)代，當(dāng)然變頻控制方面存在著不同的要求。

3.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

首先，永磁同步電機(jī)具有電磁轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，比同容量的普通交、直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。此外，效率和功率因數(shù)高。由于不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，功率因數(shù)可高達(dá)1。穩(wěn)定工作的電機(jī)，轉(zhuǎn)子和定子磁場(chǎng)同步運(yùn)行，無(wú)感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子電阻不受任何損耗，電動(dòng)機(jī)效率可以提高2%～8%。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中無(wú)電流，定子繞組中幾乎不存在無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)溫升低的特點(diǎn)，延長(zhǎng)使用壽命。

3.2 對(duì)電梯變頻驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求

通過(guò)無(wú)齒輪減速直接曳引，電梯轎廂將成為電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)變化的直接作用點(diǎn)，因此要將電梯的振動(dòng)、舒適感等指標(biāo)予以考慮。設(shè)計(jì)控制精度高，響應(yīng)速度快的高性能變頻調(diào)速控制器成為設(shè)計(jì)的首選。尤其是計(jì)算響應(yīng)速度以及電流環(huán)的檢測(cè)精度。

通過(guò)無(wú)齒輪曳引，通常情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，要求編碼器具有較高的分辨率，通常要求在4096C/T以上。

自起動(dòng)方面，永磁同步電動(dòng)機(jī)在額定頻率下還不能做到，需要擁有變頻器的驅(qū)動(dòng)。因?yàn)橛来磐诫妱?dòng)機(jī)采用永磁體轉(zhuǎn)子，具有恒定的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，所以定子磁場(chǎng)的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)磁極的位置要相配合，以確保需要的轉(zhuǎn)矩。因此在電梯系統(tǒng)中，有通過(guò)編碼器反饋檢測(cè)磁極位置的信號(hào)需要在變頻器設(shè)計(jì)中體現(xiàn)，并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速、所須轉(zhuǎn)矩、磁極位置等產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的功能。

采用無(wú)齒輪曳引方式需要低速大轉(zhuǎn)矩，因此電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)一般要采用多極數(shù)，一般來(lái)說(shuō)在20極以上，特殊情況還有40極或者更高極數(shù)的。所以對(duì)變頻器的要求升高到更能適應(yīng)高電動(dòng)機(jī)極數(shù)，如此才能滿(mǎn)足電梯要求。

傳統(tǒng)的電梯噪音控制方面，因?yàn)閭鲃?dòng)方式采用的是有齒輪減速箱，所以電梯機(jī)房里產(chǎn)生噪音通常是以齒輪箱發(fā)出的噪音為主要對(duì)象。而永磁同步電動(dòng)機(jī)采用無(wú)齒輪的傳動(dòng)方式，沒(méi)有了齒輪減速箱的噪聲，那么電磁噪音取代齒輪減速箱，成為了電梯機(jī)房噪音的主要部分。[2]所以變頻器在電動(dòng)機(jī)噪音抑制方面也被高度關(guān)注，被提出了更高的要求。

對(duì)于一般的變頻調(diào)速電梯的保護(hù)尤為必要，變頻器在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅考慮對(duì)自身的保護(hù)，也對(duì)系統(tǒng)及安全方面的保護(hù)做考慮。但是對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)齒輪傳動(dòng)的電梯，其保護(hù)措施更為嚴(yán)格，要在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，還需考慮無(wú)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)、永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)等，實(shí)現(xiàn)安全性方面新的設(shè)計(jì)。例如，保護(hù)電動(dòng)機(jī)可能因磁極位置檢測(cè)錯(cuò)誤而導(dǎo)致的失速動(dòng)作，這一點(diǎn)硬性要求變頻器具備專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，同時(shí)檢測(cè)和計(jì)算速度更加快速。

能量回饋電梯是一種垂直運(yùn)輸?shù)慕煌üぞ?，它的運(yùn)輸形式?jīng)Q定其運(yùn)行過(guò)程中存在兩種狀態(tài)，即電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)。傳統(tǒng)的電梯變頻器在設(shè)計(jì)上一般是選擇電阻，將電梯在發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行時(shí)反饋的能量消耗掉。首先，考慮簡(jiǎn)單的因素，變頻器會(huì)這樣設(shè)計(jì)，成本較低；其次，因?yàn)橛旋X輪減速箱的傳動(dòng)方式是傳統(tǒng)電梯普遍采用的，效率不高，相對(duì)應(yīng)的，反饋的能量也不多。但是與之相對(duì)，永磁同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)齒輪傳動(dòng)電梯，不見(jiàn)了齒輪減速箱，使效率大大提高，伴隨的反饋的能量也增加很多。若依然采用傳統(tǒng)方式，依靠安裝電阻，消耗能量，其一，普通的電阻滿(mǎn)足不了，因?yàn)楣β省Ⅲw積和成本都大幅提高；其二，能源緊缺的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)致這種方式不再符合節(jié)能環(huán)保要求，勢(shì)必被淘汰。因此，在永磁同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)齒輪傳動(dòng)電梯系統(tǒng)中，能量回饋功能在變頻器的設(shè)計(jì)中必須予以考慮，這樣的結(jié)果還將反饋的能量依托變頻器回饋到電網(wǎng)中，節(jié)約能源。

3.3 實(shí)際應(yīng)用情況舉例

噪聲控制方面，可以在距電機(jī)1米的位置進(jìn)行測(cè)試，選擇上、前、后、左、右五點(diǎn)，結(jié)果取平均值。根據(jù)該值與環(huán)境噪音差值進(jìn)行修正，結(jié)果顯示58dB，低于標(biāo)準(zhǔn)75dB，[3]超越現(xiàn)行電梯傳動(dòng)系統(tǒng)。

在電梯運(yùn)行過(guò)程中，采用永磁同步無(wú)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的電梯勻速運(yùn)行的振動(dòng)加速度控制在15gal以?xún)?nèi)，低于設(shè)計(jì)值20gal。加、減速過(guò)程的振動(dòng)加速度小于25gal，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

永磁同步無(wú)齒輪曳引技術(shù)在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用已全面實(shí)現(xiàn)，市場(chǎng)上廣大客戶(hù)普遍反映具有運(yùn)行噪聲低、耗電少、運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn)，已成為電梯傳動(dòng)系統(tǒng)的主導(dǎo)方向。

參考文獻(xiàn)

[1]吳瑞祥.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2]岳慶來(lái).電梯現(xiàn)代智能控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]黃堅(jiān).實(shí)用電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010.