永磁同步電梯驅動主機的檢驗分析與探討

劉接勝

（廣州特種機電設備檢測研究院，廣東廣州510699）

永磁同步電梯驅動主機的檢驗分析與探討

劉接勝

（廣州特種機電設備檢測研究院，廣東廣州510699）

介紹了永磁同步電梯驅動主機的原理，詳細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裝置的原因，重點討論了永磁同步電梯驅動主機的相關檢驗項目及其檢驗方法，最后探討了永磁同步驅動主機的永磁體退磁可能導致的嚴重后果，并給出了選擇永磁同步主機的建議。

永磁同步驅動主機；上行超速保護裝置；原因；檢驗；選擇

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.033

0　前言

隨著科技的發展，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，與電梯相關的各類事故時有發生，嚴重威脅到人們的生命和財產安全。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動主機的相關原理、檢驗及其存在的問題等進行了詳細的分析和探討。

1　永磁同步電動機的工作原理

永磁同步電動機與電勵磁的同步電動機的構成基本相似，都是由定子、轉子和端蓋等部件組成，并且它們的運行原理也基本相同，只是永磁同步電動機的轉子不再用電勵磁，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，同時省去了電勵磁同步電動機所需的電刷和集電環等易壞部件。與電勵磁電動機相比，永磁同步電機具有結構簡單、體積小、效率高、損耗少和運行可靠等優點，缺點是永磁同步電動機制成后難以通過調節磁場來控制其功率因數和無功功率［1］。

常見電梯用永磁同步電動機的永磁體是稀土永磁體，轉動形式主要分為外轉子式和內轉子式兩種，如圖1所示。其中內轉子式同步電動機輸出轉矩大，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］。

永磁同步電動機的工作原理是：當三相繞組輸入頻率、電壓均可變的三相正弦波或準正弦波交流電時，在氣隙中會產生旋轉磁場，該旋轉磁場與充磁后的永磁體所產生的磁場相互作用，驅動轉子與旋轉磁場同步旋轉，從而帶動連接在轉軸上的負載［3］。轉子轉速由式（1）給出：

圖1　永磁同步電動機定、轉子結構示意圖

式（1）中：n——轉子速度；ns——同步轉速；

f——電源頻率；p——電動機極對數。

2　永磁同步驅動電梯可用工作制動器作為上行超速保護裝置的主要原因

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

其中：f——電源頻率，Kdp——繞組因數，N——定子繞組每相串聯匝數，K?——氣隙磁場的波形系數，bm0——空載時磁感應強度標么值，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。

永磁同步電梯非正常超速上行狀態主要有兩種情況，一種是電梯原來處于靜止狀態，由于工作制動器失效導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動電源等因素導致的電梯超速上行。對于后者，當電梯的上行速度達到和或超過限速器的動作設定值之時，限速器的機械動作促使其自身的電氣開關動作，使電梯的安全回路斷開，進而切斷電梯的驅動主機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實現“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，當電梯超速上行時，負載帶動永磁轉子旋轉，相當于封閉的線圈（繞組）在永磁體所產生的磁場中做切割磁力線運動，由法拉第電磁感應定理可知，封閉線圈必然產生感應電動勢（由式（2）給出）以及感應電流，而感應電流也會產生磁場。由楞次定律可知，感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。因此，超速旋轉的永磁體轉子會在封閉的三相繞組中的感應電流所產生的磁場的作用下，其轉速會越來越慢，最終使得其轉速不會超過一定值，從而也使得對重的下降速度降到對重側緩沖器的允許動作速度之內，進而實現了GB7588對上行超速保護裝置的要求。

圖2　封星電路示意圖

3　永磁同步電梯驅動主機的相關檢驗項目及其檢驗方法探討

雖然GB7588-2003對電梯驅動主機提出了諸多要求，看似能夠可靠地確保電梯的安全運行，但是現實中出現的問題涉及驅動主機的卻依然不少。因此，電梯監督檢驗和定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯（TSG7001—2009）及其1號修改單中對驅動主機的要求及其檢驗方法尚需進一步完善，筆者就涉及永磁同步電梯驅動主機的相關檢驗項目及其判斷方法做以下分析和探討。永磁同步電梯驅動主機的實物如圖3所示。

圖3　永磁同步電梯驅動主機實物圖

3.1用抱閘作為上行超速保護裝置的前提——封星是否可靠之驗證方法

當前幾乎所有電梯公司所提供的關于永磁同步電梯用工作制動器作為上行超速保護裝置的試驗方法都僅是大致說明了當限速器動作，切斷安全回路，進而切斷驅動主機和抱閘的供電電源，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裝置的前提——封星是否可靠之驗證方法卻只字未提。由前述永磁同步驅動電梯可用工作制動器作為上行超速保護裝置的主要原因推得封星可靠的驗證方法是：將空載轎廂運行到最低層站，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，觀察轎廂向上運行的情況。如果轎廂以小于對重側緩沖器所允許的最大速度上行，則認為其封星可靠；否則，應當認為不可靠，此時用抱閘作為上行超速保護裝置已不能使電梯具有最大的安全冗余（盡管根據GB7588-2003的規定，工作制動器是分兩組設置，且每組制動器的制動功能都能滿足對電梯進行制動的要求，可以直接用制動器作為上行超速保護裝置，進而可以不設置封星裝置）。

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，都會不可避免地導致事故的發生。近年來，由于電梯溜車所導致的事故時有發生，而電梯溜車的主要原因之一就是制動器的制動力不足。驅動主機在出廠時，雖然制動器的制動力矩都已調定至相應的設計值（該值往往是驅動主機輸出力矩的2～3倍），但是當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生變化，此時相關維保人員會適時通過調整圖3中的6（壓縮彈簧）來達到調整抱閘制動力的目的，而對調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械部件應分兩組裝設。如果一組部件不起作用，應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。”）卻疏于驗證。

4　永磁同步驅動主機永磁體退磁可能導致的后果分析

理論上來說，只要是在規定的使用條件下，稀土永磁體的不退磁性能似乎是相當完美，事實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致的后果，從而找到可靠的應對措施。

永磁同步驅動主機的永磁體抗去磁能力的優劣除了影響驅動主機的使用壽命之外，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，會導致驅動主機的驅動力不足（在相同驅動條件下），如果此時恰好轎廂在重載而電梯控制系統未能檢測到電梯異常并打開抱閘時，則可能導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功能是基于電磁感應原理的，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，永磁同步驅動主機的選擇，除了考慮功率、轉矩等常規參數外，還應當考慮到永磁體的矯頑力、剩磁通密度、穩定性（包括熱穩定性、磁穩定性、化學穩定性以及時間穩定性）以及永磁體和永磁驅動主機的生產廠家的制造工藝，同時亦有必要開發出永磁同步電梯驅動主機永磁體的剩磁密度的在線檢驗技術。

5　結語與期望

當前，國外各大品牌的電梯公司所生產的永磁同步主機的電梯基本都有封星裝置，而國內品牌所生產的基本沒有。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險，不但需要進一步完善相關的標準和技術條件，并使其得到嚴格執行，也需要提高相應的檢驗技術、檢驗水平以及監督管理水平。

［1］葉安麗.電梯控制技術［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［2］陳家盛.電梯結構原理及安裝維修［M］.北京：機械工業出版社，2011.

［3］唐任遠.現代永磁電機理論與設計［M］.北京：機械工業出版社，1997.

［4］唐任遠.特種電機原理及應用［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［5］李光中，周定頤.電機及電力拖動［M］.北京：機械工業出版社，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。研究領域：檢測技術及自動化裝置。已發表論文4篇。