劉接勝

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測研究院，廣東廣州510699）

永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的檢驗(yàn)分析與探討

劉接勝

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測研究院，廣東廣州510699）

介紹了永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的原理，詳細(xì)分析了永磁同步電梯可以用工作制動器作為上行超速保護(hù)裝置的原因，重點(diǎn)討論了永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目及其檢驗(yàn)方法，最后探討了永磁同步驅(qū)動主機(jī)的永磁體退磁可能導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，并給出了選擇永磁同步主機(jī)的建議。

永磁同步驅(qū)動主機(jī)；上行超速保護(hù)裝置；原因；檢驗(yàn)；選擇

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.033

0　前言

隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，電梯日益成為人們工作生活中不可或缺的重要組成部分。與此同時，與電梯相關(guān)的各類事故時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅到人們的生命和財產(chǎn)安全。因此，如何最大程度地提高在用電梯的安全就成了必須共同面對的問題。有鑒于此，本文就永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的相關(guān)原理、檢驗(yàn)及其存在的問題等進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討。

1　永磁同步電動機(jī)的工作原理

永磁同步電動機(jī)與電勵磁的同步電動機(jī)的構(gòu)成基本相似，都是由定子、轉(zhuǎn)子和端蓋等部件組成，并且它們的運(yùn)行原理也基本相同，只是永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不再用電勵磁，而是改用永磁體，因此不再需要無功勵磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)，同時省去了電勵磁同步電動機(jī)所需的電刷和集電環(huán)等易壞部件。與電勵磁電動機(jī)相比，永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、損耗少和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是永磁同步電動機(jī)制成后難以通過調(diào)節(jié)磁場來控制其功率因數(shù)和無功功率［1］。

常見電梯用永磁同步電動機(jī)的永磁體是稀土永磁體，轉(zhuǎn)動形式主要分為外轉(zhuǎn)子式和內(nèi)轉(zhuǎn)子式兩種，如圖1所示。其中內(nèi)轉(zhuǎn)子式同步電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，適用于高速電梯。定子通常制成三相繞組，三相繞組沿定子鐵芯對稱分布，在空間上相差120°電度角［1-2］。

永磁同步電動機(jī)的工作原理是：當(dāng)三相繞組輸入頻率、電壓均可變的三相正弦波或準(zhǔn)正弦波交流電時，在氣隙中會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場與充磁后的永磁體所產(chǎn)生的磁場相互作用，驅(qū)動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，從而帶動連接在轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載［3］。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由式（1）給出：

圖1　永磁同步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

式（1）中：n——轉(zhuǎn)子速度；ns——同步轉(zhuǎn)速；

f——電源頻率；p——電動機(jī)極對數(shù)。

2　永磁同步驅(qū)動電梯可用工作制動器作為上行超速保護(hù)裝置的主要原因

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，即當(dāng)通過封閉線圈的磁通量發(fā)生變化時，在線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。旋轉(zhuǎn)的永磁體在封閉的定子繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E0可由式（2）給出［3-5］：

其中：f——電源頻率，Kdp——繞組因數(shù)，N——定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，K?——?dú)庀洞艌龅牟ㄐ蜗禂?shù)，bm0——空載時磁感應(yīng)強(qiáng)度標(biāo)么值，Br——剩磁密度，Am——永磁體提供每極磁通的截面積，σ0——空載漏磁系數(shù)。

永磁同步電梯非正常超速上行狀態(tài)主要有兩種情況，一種是電梯原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，由于工作制動器失效導(dǎo)致處于較低層站的轎廂上行速度越來越快；另一種是電梯由于驅(qū)動電源等因素導(dǎo)致的電梯超速上行。對于后者，當(dāng)電梯的上行速度達(dá)到和或超過限速器的動作設(shè)定值之時，限速器的機(jī)械動作促使其自身的電氣開關(guān)動作，使電梯的安全回路斷開，進(jìn)而切斷電梯的驅(qū)動主機(jī)和工作制動器的供電電源，若工作制動器的功能正常，則主要由工作制動器可靠地制停超速上行的電梯。

對于前者和后者當(dāng)安全回路斷開而工作制動器失效時，定子的三相繞組由封星接觸器的常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“封星”（即將定子的三相繞組短接，形成三個封閉的線圈），常見的封星電路如圖2所示。此時，當(dāng)電梯超速上行時，負(fù)載帶動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于封閉的線圈（繞組）在永磁體所產(chǎn)生的磁場中做切割磁力線運(yùn)動，由法拉第電磁感應(yīng)定理可知，封閉線圈必然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（由式（2）給出）以及感應(yīng)電流，而感應(yīng)電流也會產(chǎn)生磁場。由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。因此，超速旋轉(zhuǎn)的永磁體轉(zhuǎn)子會在封閉的三相繞組中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場的作用下，其轉(zhuǎn)速會越來越慢，最終使得其轉(zhuǎn)速不會超過一定值，從而也使得對重的下降速度降到對重側(cè)緩沖器的允許動作速度之內(nèi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了GB7588對上行超速保護(hù)裝置的要求。

圖2　封星電路示意圖

3　永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目及其檢驗(yàn)方法探討

雖然GB7588-2003對電梯驅(qū)動主機(jī)提出了諸多要求，看似能夠可靠地確保電梯的安全運(yùn)行，但是現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的問題涉及驅(qū)動主機(jī)的卻依然不少。因此，電梯監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動電梯（TSG7001—2009）及其1號修改單中對驅(qū)動主機(jī)的要求及其檢驗(yàn)方法尚需進(jìn)一步完善，筆者就涉及永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的相關(guān)檢驗(yàn)項(xiàng)目及其判斷方法做以下分析和探討。永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)的實(shí)物如圖3所示。

圖3　永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)實(shí)物圖

3.1用抱閘作為上行超速保護(hù)裝置的前提——封星是否可靠之驗(yàn)證方法

當(dāng)前幾乎所有電梯公司所提供的關(guān)于永磁同步電梯用工作制動器作為上行超速保護(hù)裝置的試驗(yàn)方法都僅是大致說明了當(dāng)限速器動作，切斷安全回路，進(jìn)而切斷驅(qū)動主機(jī)和抱閘的供電電源，從而使抱閘起作用并讓失控超速上行的電梯得以制停，而對于永磁同步電梯用抱閘作為上行超速保護(hù)裝置的前提——封星是否可靠之驗(yàn)證方法卻只字未提。由前述永磁同步驅(qū)動電梯可用工作制動器作為上行超速保護(hù)裝置的主要原因推得封星可靠的驗(yàn)證方法是：將空載轎廂運(yùn)行到最低層站，斷開主電源，通過圖3中的手動開閘裝置將人為將抱閘打開，觀察轎廂向上運(yùn)行的情況。如果轎廂以小于對重側(cè)緩沖器所允許的最大速度上行，則認(rèn)為其封星可靠；否則，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為不可靠，此時用抱閘作為上行超速保護(hù)裝置已不能使電梯具有最大的安全冗余（盡管根據(jù)GB7588-2003的規(guī)定，工作制動器是分兩組設(shè)置，且每組制動器的制動功能都能滿足對電梯進(jìn)行制動的要求，可以直接用制動器作為上行超速保護(hù)裝置，進(jìn)而可以不設(shè)置封星裝置）。

3.2制動力矩的檢測

如果制動器的功能失效，無論其他的安全裝置的功能多么有效，都會不可避免地導(dǎo)致事故的發(fā)生。近年來，由于電梯溜車所導(dǎo)致的事故時有發(fā)生，而電梯溜車的主要原因之一就是制動器的制動力不足。驅(qū)動主機(jī)在出廠時，雖然制動器的制動力矩都已調(diào)定至相應(yīng)的設(shè)計值（該值往往是驅(qū)動主機(jī)輸出力矩的2～3倍），但是當(dāng)電梯投入使用一段時間后，由于振動或其他原因使得制動力發(fā)生變化，此時相關(guān)維保人員會適時通過調(diào)整圖3中的6（壓縮彈簧）來達(dá)到調(diào)整抱閘制動力的目的，而對調(diào)整后的制動力是否滿足GB7588—2003第12.4.2.1條對制動器的要求（“所有參與向制動輪或盤施加制動力的制動器機(jī)械部件應(yīng)分兩組裝設(shè)。如果一組部件不起作用，應(yīng)仍有足夠的制動力使載有額定載荷以額定速度下行的轎廂減速下行?！保﹨s疏于驗(yàn)證。

4　永磁同步驅(qū)動主機(jī)永磁體退磁可能導(dǎo)致的后果分析

理論上來說，只要是在規(guī)定的使用條件下，稀土永磁體的不退磁性能似乎是相當(dāng)完美，事實(shí)將會如何尚未能得到時間的佐證。因此，必須考慮由于永磁體的退磁可能導(dǎo)致的后果，從而找到可靠的應(yīng)對措施。

永磁同步驅(qū)動主機(jī)的永磁體抗去磁能力的優(yōu)劣除了影響驅(qū)動主機(jī)的使用壽命之外，至少還存在以下三個方面的問題：

（1）永磁體的剩磁通密度降低的太多，會導(dǎo)致驅(qū)動主機(jī)的驅(qū)動力不足（在相同驅(qū)動條件下），如果此時恰好轎廂在重載而電梯控制系統(tǒng)未能檢測到電梯異常并打開抱閘時，則可能導(dǎo)致不可控的急速溜車；

（2）由前面所述，永磁同步電梯的上行超速保護(hù)功能是基于電磁感應(yīng)原理的，永磁體的剩磁密度降低的太多也可能使得上行超速保護(hù)裝置功能失效（尤其是在制動器失效時）；

（3）永磁體的剩磁通密度降低的太少，將提高電梯的控制難度。

因此，永磁同步驅(qū)動主機(jī)的選擇，除了考慮功率、轉(zhuǎn)矩等常規(guī)參數(shù)外，還應(yīng)當(dāng)考慮到永磁體的矯頑力、剩磁通密度、穩(wěn)定性（包括熱穩(wěn)定性、磁穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及時間穩(wěn)定性）以及永磁體和永磁驅(qū)動主機(jī)的生產(chǎn)廠家的制造工藝，同時亦有必要開發(fā)出永磁同步電梯驅(qū)動主機(jī)永磁體的剩磁密度的在線檢驗(yàn)技術(shù)。

5　結(jié)語與期望

當(dāng)前，國外各大品牌的電梯公司所生產(chǎn)的永磁同步主機(jī)的電梯基本都有封星裝置，而國內(nèi)品牌所生產(chǎn)的基本沒有。因此，欲提高電梯的安全性能，最大限度地降低電梯的使用風(fēng)險，不但需要進(jìn)一步完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，并使其得到嚴(yán)格執(zhí)行，也需要提高相應(yīng)的檢驗(yàn)技術(shù)、檢驗(yàn)水平以及監(jiān)督管理水平。

［1］葉安麗.電梯控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］陳家盛.電梯結(jié)構(gòu)原理及安裝維修［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

［4］唐任遠(yuǎn).特種電機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［5］李光中，周定頤.電機(jī)及電力拖動［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

（編輯：向飛）

Testing Analysis and Discuss about Permanent Magnet Synchronous Lift Machine

LIU Jie-sheng
（Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection&Testing，Guangzhou510699，China）

Permanent magnet synchronous lift machine's theory is introduced in paper,the reasons that permanent magnet synchronous lift can use the brake to serve as the ascending car overspeed protection means are analyzed in detail,the testing items and methods of permanent magnet synchronous lift machine are discussed,at last,the demagnetization's serious consequences of permanent magnet of lift machine are studied,and the advices for selecting permanent magnet synchronous lift machine are presented.

permanent magnet synchronous lift machine；ascending car overspeed protection means；reasons；testing；choice

TM307

A

1009-9492（2015）01-0119-04

2014-07-16

劉接勝，男，1976年生，廣東梅州人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：檢測技術(shù)及自動化裝置。已發(fā)表論文4篇。