浅谈电梯工程中永磁同步检验及电机性能分析

浅谈电梯工程中永磁同步检验及电机性能分析
发表时间：2018-07-05T16:08:14.310Z 来源：《电力设备》2018年第9期作者：方兴林
[导读] 摘要：电梯的门机控制系统是电梯系统中的一个重要部分，其运行性能直接影响到电梯的安全性和乘客的感官舒适度。

（日立电梯（中国）有限公司广东广州 510000）
摘要：电梯的门机控制系统是电梯系统中的一个重要部分，其运行性能直接影响到电梯的安全性和乘客的感官舒适度。

本文分析了永磁同步电梯系统技术要点，对现有检验方法进行了补充探讨，为永磁同步电梯检验提供参考。

关键词：永磁同步电动机；门机控制；控制方式；保护措施
一、引言
现代常用的驱动电机有交流异步电动机、有刷直流电动机和永磁同步电动机三大类，永磁同步电动机由于其体积小、重量轻、高效节能等一系列优点，越来越引起人们重视，其控制技术日趋成熟，中小功率的异步电动机变频调速正逐步为永磁同步电动机调速系统所取代。

另外永磁同步电动机和感应电动机相比，具有以下优点：省去了转子线圈或鼠笼，使体积减小；功率因数提高；减小了电动机的铜损和铁损，使温升大幅降低，并节约了电能损耗。

可在额定转速内保持恒转矩，使门机系统运行更稳定，并在低频段可提供足够的转矩，使门机在开启/关闭初期和末期的低速段也能运行平稳，避免低速段转矩不足引起的抖动。

由于效率提高，且启动运行时电流不大，因此在选择变频装置时，无需考虑提高功率配置，降低了变频装置的成本。

二、永磁同步电动机的门机控制系统技术要点
2.1门控制系统的行程开关
为满足电气系统的控制，应在门架上设置三个行程开关：开门到位开关，关门到位开关和门锁开关。

开门到位开关：当门运行至全开状态时，该开关动作；
关门到位开关：当门运行至全闭状态时，该开关动作；
门锁开关：当门运行至全闭状态，且门锁挂钩锁紧时，该开关动作，并且门锁开关作为电梯运行安全回路的一部分，电梯控制系统只有在收到门锁关闭信号后才能允许电梯运行。

2.2速度曲线图形
开关门速度曲线图形是决定电梯运行效率和乘客感官舒适度的重要指标之一，因此选择适当的速度指令曲线也是十分重要的。

2.2.1开门速度曲线
A段：低速运行，使轿门门刀和厅门门球装置夹紧，并以低速试开门。

当电梯到达指定层站平层开门时，为防止有意外的阻碍物阻挡，应先以低速运行试开门，如不能正常开启则表明有阻碍物。

此举可避免一开始即高速运行导致发生的意外撞击。

B段：加速段，为提高效率而提高运行速度，直至达到预设定的速度。

C段：以高速运行开门。

D段：减速段，为防止高速撞击引起的噪声，在门开启80%左右时开始减速，直至全部开启。

2.2.2关门速度曲线
E段：加速段，为提高效率而提高运行速度，直至达到预设定的速度。

F段：以高速运行关门。

G段：减速段，为防止高速撞击引起的噪声，应在门关闭80%左
右时开始减速，直至门全部关闭。

H段：在门全部关闭后，应再提高速度以加快轿门门球和厅门门刀装置的松开，使电梯向其它层站运行。

此段速度曲线可使乘客的等待时间减少，提高电梯的运行效率。

2.3初始化设置
在安装好门机后，应使控制系统进入自学习状态，其中包括两方面内容：
2.3.1读取转子磁极位置和编码器零位的夹角α，转子磁极位置和定子空间磁场的夹角θ由永磁同步电动机的结构和控制理论决定：编码器应选用绝对值编码器和增量编码器合二为一的特殊编码器，其中绝对值编码器部分用于检测转子的磁极位置，增量编码器部分用于对脉冲记数。

α为编码器和转子的机械安装位置所决定，将读取的角度α应存入FLASHROM，以避免断电后不必要的再次自学习，以提高运行效率和维护的方便性。

在第一次运行或在断电检修后时，电动机的转子磁极与定子空间磁场的夹角θ是不确定的。

因此此时需检测转子磁极位置，只有检测出转子的实际空间位置后，控制系统才能确定控制模式和输出准确的电流频率和相位。

在绝对值编码器中有F0~F3四个检测相位，把一圈分为16段，每段为360/16=22.5°，如果某永磁电机为20极对数，则22.5/20=1.125°，即只须在上电后，电机以特定慢速转过
1.125°机械角（折算到门的运行距离是微乎其微的），就能检测到转子磁极位置，然后即可加以矢量控制。

2.3.2读取门宽度尺寸，并自动设置运行曲线
由于电梯载重量的不同，门宽度尺寸也不尽相同，为使该门机控制系统有广泛的适应性，在第一次运行时，应自动设置运行曲线。

具体实施过程如下：
使门从全开状态慢速运行至全闭状态：以开门到位开关动作为其起始状态，关门到位开关动作为其结束状态，将编码器脉冲累计数存入FLASHROM。

由于在开门过程中的A段、B段、D段和关门过程中的E段、F段、G段的行程都是固定不变的，门宽度尺寸的不同只需改变高速段C段和F段的行程即可。

因此经过运算可设置各速度曲线变化点的位置，并存入FLASHROM。

另外，门机长时间运行中可能产生程序出错使存储器中的数据丢失、门机结构发生变形使门宽度尺寸发生变化，从而引起门系统发生故障。

为避免上述情况的产生，应定时刷新FLASHROM中的脉冲累积数以及各速度曲线变化点的位置。

三、对永磁同步电梯检验及电机性能分析
3.1基于等效磁路的失磁检验方法
等效磁网络是根据等效磁通原理，把电机中磁通分布较均匀"几何形状又较为规则的部分作为一个单元，计算其等效磁导，各单元之间通过节点连接，利用磁网络与电网络的相似性，求出各节点的磁位或通过单元的磁通进而求得有关参数，与正常运行的电机进行对比，进
而判定失磁故障的发生。

检验人员需对不同电梯使用电机型号建立数据库，通过运算，在计算机动态性能仿真，检验时现场测量相关数据，进行数据处理比对。

3.2基于参数辨识的失磁检验方法
电机数学模型的结构和参数是人们对被监测对象的已有知识的集中体现，相应参数的变化能够反映系统的故障信息。

待估计参数的正常值是已测定或者计算出来的，其估计任务是确定模型参数与正常值有无偏差!
3.2.1磁通量电机失磁与否，可以用磁通表检测电机的气隙磁场。

3.2.2电压通过空载反电动势来判定电机的失磁状况，其方法为：电机在额定电压，额定频率下空载运行达到稳定，调节电机的电压，使其电流最小，此时的外加电压可近似为空载反电动势，测出三个出线端的外加电压，取其平均值即为空载反电动势 3.2.3在线监测
通过数学建模，计算电机磁场，进行永磁同步电机失磁分析及在线监测，在线磁链监测方法，能准确跟踪永磁体真实状况，具有可适用性。

3.3电机性能分析
由于永磁同步电动机级数较多，可在低速稳定运行，使门系统的机械机结构得以大大简化，只需在电动机输出轴上套上驱动轮，即可直接驱动，从而减少了在交流异步电机驱动方式下的减速轮盘和复杂的钢丝绳绕法，使门系统降低了故障率，更便于安装和维修保养。

四、结束语
由于门机系统运行比较频繁，传统门机的结构又比较复杂，从而使故障发生率较高。

因此，提高控制系统和机械结构的可靠性与易维护性是提高其性能的主要途径。

永磁同步电动机在电梯门机控制系统中的运用将大大提高门机系统的运行效率、可靠性和易维护性，在实践中不断完善创新将得到更广泛的应用。

参考文献：
[1]浅析超高速电梯的关键技术及应用[J].梅尚先.机电工程技术.2017（07）
[2]电梯驱动技术的最新发展趋势及应用[J].罗志群，庄小雄.建设机械技术与管理.2015（10）
[3]电梯维保现状分析及管理改进思路[J].张水兵，许景顺.中国特种设备安全.2018（03）
[4]我国电梯远程监管技术模式及现状分析[J].陈小平，常振元.特种设备安全技术.2017（01）。