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1、浅析永磁同步电机在电梯技术中的应用 1引言 随着稀土永磁同步电机的开发与应用，以及和变频控制实现了机电一体化，永磁同步电动机已被广泛应用于机械、石油、冶金、建材、食品、印刷、包装、造纸、造船、塑料、纺织化纤、军工等行业。其种类很多，用量非常大。永磁同步电动机以其体积小、节能、控制性能好、又容易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置，可通过频率的变化进行调速等优点，在电梯技术上也得以开发应用。其运行低噪声、电梯平层精度和乘客舒适感都优于以前的驱动系统。特别是近几年来，KONE电梯公司研发的无机房电梯
2、，率先应用了永磁同步电机，使得永磁同步电机无齿轮曳引技术崭露头角，显示了巨大的优越性，得到业内人士的普遍看好，永磁同步电机在电梯设计上的研发具有很大的实用价值。 2永磁同步电机的结构特点 永磁同步电动机的定子部分与一般的异步电机无多大不同，其转子结构与异步电机的转子区别是多了一套永磁体。其结构随永磁材料性能不同和应用领域的差异而不同，根据剩磁密度Br和矫顽力Hc等技术参数的不同，而磁极结构不同。电梯技术上开发应用的稀土永磁同步电机常做成瓦片式，贴在转子的表面，或嵌在转子铁心中，分内转子型和外转子
3、型两种。 永磁材料的应用是永磁同步电机的关键技术。永磁材料近年来的开发很快，现有铝镍钴、铁氧体和稀土永磁体三大类。稀土永磁体又有第一代钐钴5（SmCo5），第二代钐钴2:17（Sm2Co17）和第三代钕铁硼（Nd-Fe-B）。铝镍钴是20世纪三十年代研制成功的永磁材料，具有较高剩磁密度Br,剩磁感应强度高，热稳定性好等优点，但矫顽力Hc很低（如图1曲线1），抗退磁能力差，而且要用贵重的金属钴，成本高，大大限制了它在电机中的应用。铁氧体磁体是20世纪50年代初开发的永磁材料，价格低廉，具有较高矫顽力
4、Hc,但剩余磁通密度较低（如图1曲线2），剩磁感应强度和磁能积BH都较低，性能不够理想。稀土永磁材料在六十年代后期问世，它兼有铝镍钴和铁氧体两种永磁材料的优点，Br和Hc都很高（如图1曲线3），具有很高的最大磁能积（BH）max.如SmCo5的（BH）max,240kj/m3,Sm2Co17（BH）max,3300kj/m,.而且退磁曲线基本上是一条直线，回复线与退磁曲线基本重合，不怕丢磁，性能稳定，且热稳定性较好，剩磁温度系数小。但钐钴族稀土材料的钴价格较高，影响其在永磁同步电机的应用。80年代初
5、开发的钕铁硼（Nd-Fe-B）稀土永磁材料，性能十分优越，（BH）max,3800kj/m3（~l图1曲线4），到90年代，其（BH）max,500kj/m.Nd-Fe-B稀土材料不含价格昂贵的钴，其可加工性能也比较好，价格相对便宜。我国又是稀土大国，储量世界第一。开发应用前景广泛，适合在永磁同步电机中应用。目前，广泛应用在电梯技术领域的永磁同步曳引电机就是钕铁硼（Nd-Fe-B）稀土永磁同步电机。 3电梯永磁同步曳引电机的控制方式 永磁同步电机的控制方式与其他电机的控制方式不同。其控制方式一般
6、有：（1）id=0控制方式、（2cosΦ=1控制方式、（3）转矩线性控制方式、和（4）总磁链恒定控制方式四种。电梯永磁同步曳引电机的控制方式只要是第一种。其控制相量图如图2. 图中ψf是永磁体产生的磁链，由ψf引起的电动势为Eo,电动机负载运行时电枢电流为I,I可以分成d轴分量Id和q轴分量lq,d轴分量Id产生去磁磁势，引起磁链ψad,q轴分量Iq产生q轴磁势，引起磁链ψaq这时，电动机的合成磁链为m,ψm引起的电动势为Em,Em也可以看作是Eo与ψad产生的电动势jIdXd及ψaq产生的电动势
7、jIqxq之和，由Em加上电枢绕组的压降Ir就得到电动机的端电压u,图中u与Eo的夹角δ为同步机的功率，u与I的夹角θ为功率因素角，o是电枢电流与q轴的夹角。 如控制逆变器的导通相位角γo=0,则id=0,电枢电流中没有励磁分量，图中的γad=0,不会引起永磁电机退磁现象；此时，同步电机的相量图如图3.这时，电机的电枢反应只存在于交轴（q轴），功角和电机的端电压均随负载的增加而增大。 4电梯永磁同步曳引电机的驱动系统 采用永磁同步电机的电梯曳引系统，通常为无齿轮曳引方式。突显了永磁同步电机易于
8、做成低转速、大功率的优点。其结构紧凑，功能齐全，集曳引电机、曳引轮、电磁制动器、光电编码器于一身，易于安装，便于使用。特别是在无机房电梯的开发应用中，将永磁同步曳引电机安装在电梯的井道里，既节约了机房的建造成本，又美化了建筑物外观。其控制图如图4.当电梯负载变化时，永磁同步电机通过调节夹角8来适应，其响应速度很快。为了使电梯有良好的起、制动舒适性和平层准确度，在系统中加入了准确的转子位置装置和电压电流检测装置，随时确定电机磁场的大小、方向。位置检测装置采用转子位置传感
