永磁同步电梯驱动主机的检验分析与探讨

刘接胜

（广州特种机电设备检测研究院，广东广州510699）

永磁同步电梯驱动主机的检验分析与探讨

刘接胜

（广州特种机电设备检测研究院，广东广州510699）

介绍了永磁同步电梯驱动主机的原理，详细分析了永磁同步电梯可以用工作制动器作为上行超速保护装置的原因，重点讨论了永磁同步电梯驱动主机的相关检验项目及其检验方法，最后探讨了永磁同步驱动主机的永磁体退磁可能导致的严重后果，并给出了选择永磁同步主机的建议。

永磁同步驱动主机；上行超速保护装置；原因；检验；选择

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.033

0　前言

随着科技的发展，人们生活水平的提高，电梯日益成为人们工作生活中不可或缺的重要组成部分。与此同时，与电梯相关的各类事故时有发生，严重威胁到人们的生命和财产安全。因此，如何最大程度地提高在用电梯的安全就成了必须共同面对的问题。有鉴于此，本文就永磁同步电梯驱动主机的相关原理、检验及其存在的问题等进行了详细的分析和探讨。

1　永磁同步电动机的工作原理

永磁同步电动机与电励磁的同步电动机的构成基本相似，都是由定子、转子和端盖等部件组成，并且它们的运行原理也基本相同，只是永磁同步电动机的转子不再用电励磁，而是改用永磁体，因此不再需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数，同时省去了电励磁同步电动机所需的电刷和集电环等易坏部件。与电励磁电动机相比，永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、损耗少和运行可靠等优点，缺点是永磁同步电动机制成后难以通过调节磁场来控制其功率因数和无功功率［1］。

常见电梯用永磁同步电动机的永磁体是稀土永磁体，转动形式主要分为外转子式和内转子式两种，如图1所示。其中内转子式同步电动机输出转矩大，适用于高速电梯。定子通常制成三相绕组，三相绕组沿定子铁芯对称分布，在空间上相差120°电度角［1-2］。

永磁同步电动机的工作原理是：当三相绕组输入频率、电压均可变的三相正弦波或准正弦波交流电时，在气隙中会产生旋转磁场，该旋转磁场与充磁后的永磁体所产生的磁场相互作用，驱动转子与旋转磁场同步旋转，从而带动连接在转轴上的负载［3］。转子转速由式（1）给出：

图1　永磁同步电动机定、转子结构示意图

式（1）中：n——转子速度；ns——同步转速；

f——电源频率；p——电动机极对数。

2　永磁同步驱动电梯可用工作制动器作为上行超速保护装置的主要原因

根据法拉第电磁感应定律，即当通过封闭线圈的磁通量发生变化时，在线圈中会产生感应电动势和感应电流。旋转的永磁体在封闭的定子绕组中所产生的感应电动势E0可由式（2）给出［3-5］：

其中：f——电源频率，Kdp——绕组因数，N——定子绕组每相串联匝数，Kϕ——气隙磁场的波形系数，bm0——空载时磁感应强度标么值，Br——剩磁密度，Am——永磁体提供每极磁通的截面积，σ0——空载漏磁系数。

永磁同步电梯非正常超速上行状态主要有两种情况，一种是电梯原来处于静止状态，由于工作制动器失效导致处于较低层站的轿厢上行速度越来越快；另一种是电梯由于驱动电源等因素导致的电梯超速上行。对于后者，当电梯的上行速度达到和或超过限速器的动作设定值之时，限速器的机械动作促使其自身的电气开关动作，使电梯的安全回路断开，进而切断电梯的驱动主机和工作制动器的供电电源，若工作制动器的功能正常，则主要由工作制动器可靠地制停超速上行的电梯。

对于前者和后者当安全回路断开而工作制动器失效时，定子的三相绕组由封星接触器的常闭触点实现“封星”（即将定子的三相绕组短接，形成三个封闭的线圈），常见的封星电路如图2所示。此时，当电梯超速上行时，负载带动永磁转子旋转，相当于封闭的线圈（绕组）在永磁体所产生的磁场中做切割磁力线运动，由法拉第电磁感应定理可知，封闭线圈必然产生感应电动势（由式（2）给出）以及感应电流，而感应电流也会产生磁场。由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。因此，超速旋转的永磁体转子会在封闭的三相绕组中的感应电流所产生的磁场的作用下，其转速会越来越慢，最终使得其转速不会超过一定值，从而也使得对重的下降速度降到对重侧缓冲器的允许动作速度之内，进而实现了GB7588对上行超速保护装置的要求。

图2　封星电路示意图

3　永磁同步电梯驱动主机的相关检验项目及其检验方法探讨

虽然GB7588-2003对电梯驱动主机提出了诸多要求，看似能够可靠地确保电梯的安全运行，但是现实中出现的问题涉及驱动主机的却依然不少。因此，电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯（TSG7001—2009）及其1号修改单中对驱动主机的要求及其检验方法尚需进一步完善，笔者就涉及永磁同步电梯驱动主机的相关检验项目及其判断方法做以下分析和探讨。永磁同步电梯驱动主机的实物如图3所示。

图3　永磁同步电梯驱动主机实物图

3.1用抱闸作为上行超速保护装置的前提——封星是否可靠之验证方法

当前几乎所有电梯公司所提供的关于永磁同步电梯用工作制动器作为上行超速保护装置的试验方法都仅是大致说明了当限速器动作，切断安全回路，进而切断驱动主机和抱闸的供电电源，从而使抱闸起作用并让失控超速上行的电梯得以制停，而对于永磁同步电梯用抱闸作为上行超速保护装置的前提——封星是否可靠之验证方法却只字未提。由前述永磁同步驱动电梯可用工作制动器作为上行超速保护装置的主要原因推得封星可靠的验证方法是：将空载轿厢运行到最低层站，断开主电源，通过图3中的手动开闸装置将人为将抱闸打开，观察轿厢向上运行的情况。如果轿厢以小于对重侧缓冲器所允许的最大速度上行，则认为其封星可靠；否则，应当认为不可靠，此时用抱闸作为上行超速保护装置已不能使电梯具有最大的安全冗余（尽管根据GB7588-2003的规定，工作制动器是分两组设置，且每组制动器的制动功能都能满足对电梯进行制动的要求，可以直接用制动器作为上行超速保护装置，进而可以不设置封星装置）。

3.2制动力矩的检测

如果制动器的功能失效，无论其他的安全装置的功能多么有效，都会不可避免地导致事故的发生。近年来，由于电梯溜车所导致的事故时有发生，而电梯溜车的主要原因之一就是制动器的制动力不足。驱动主机在出厂时，虽然制动器的制动力矩都已调定至相应的设计值（该值往往是驱动主机输出力矩的2～3倍），但是当电梯投入使用一段时间后，由于振动或其他原因使得制动力发生变化，此时相关维保人员会适时通过调整图3中的6（压缩弹簧）来达到调整抱闸制动力的目的，而对调整后的制动力是否满足GB7588—2003第12.4.2.1条对制动器的要求（“所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分两组装设。如果一组部件不起作用，应仍有足够的制动力使载有额定载荷以额定速度下行的轿厢减速下行。”）却疏于验证。

4　永磁同步驱动主机永磁体退磁可能导致的后果分析

理论上来说，只要是在规定的使用条件下，稀土永磁体的不退磁性能似乎是相当完美，事实将会如何尚未能得到时间的佐证。因此，必须考虑由于永磁体的退磁可能导致的后果，从而找到可靠的应对措施。

永磁同步驱动主机的永磁体抗去磁能力的优劣除了影响驱动主机的使用寿命之外，至少还存在以下三个方面的问题：

（1）永磁体的剩磁通密度降低的太多，会导致驱动主机的驱动力不足（在相同驱动条件下），如果此时恰好轿厢在重载而电梯控制系统未能检测到电梯异常并打开抱闸时，则可能导致不可控的急速溜车；

（2）由前面所述，永磁同步电梯的上行超速保护功能是基于电磁感应原理的，永磁体的剩磁密度降低的太多也可能使得上行超速保护装置功能失效（尤其是在制动器失效时）；

（3）永磁体的剩磁通密度降低的太少，将提高电梯的控制难度。

因此，永磁同步驱动主机的选择，除了考虑功率、转矩等常规参数外，还应当考虑到永磁体的矫顽力、剩磁通密度、稳定性（包括热稳定性、磁稳定性、化学稳定性以及时间稳定性）以及永磁体和永磁驱动主机的生产厂家的制造工艺，同时亦有必要开发出永磁同步电梯驱动主机永磁体的剩磁密度的在线检验技术。

5　结语与期望

当前，国外各大品牌的电梯公司所生产的永磁同步主机的电梯基本都有封星装置，而国内品牌所生产的基本没有。因此，欲提高电梯的安全性能，最大限度地降低电梯的使用风险，不但需要进一步完善相关的标准和技术条件，并使其得到严格执行，也需要提高相应的检验技术、检验水平以及监督管理水平。

［1］叶安丽.电梯控制技术［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［2］陈家盛.电梯结构原理及安装维修［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［3］唐任远.现代永磁电机理论与设计［M］.北京：机械工业出版社，1997.

［4］唐任远.特种电机原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［5］李光中，周定颐.电机及电力拖动［M］.北京：机械工业出版社，2013.

（编辑：向飞）

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

刘接胜，男，1976年生，广东梅州人，硕士，工程师。研究领域：检测技术及自动化装置。已发表论文4篇。