永磁同步电机在电梯技术上的应用

1、永磁同步电机在电梯技术上的应用摘 要：新材料、新工艺的研究与应用，产生了当今技术成熟的永磁同步电机。本文基于永磁同步电机的结构特点，阐述了其在电梯技术应用的控制方式和驱动系统，并对其安全可靠性等优点作出一定的评价。关键词:永磁同步电机；永磁材料；剩磁密度；矫顽力；超速保护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，

2、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，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，

3、或嵌在转子铁心中，分内转子型和外转子型两种。 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（NdFeB）。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B

4、H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，240kjm3，Sm2Co17（BH）max，3300kjm，。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 年代初开发的钕铁硼（NdFeB）稀土永磁材料，性能十分优越，（BH）max，3800kjm3（l图1曲线4），到90年代，其（BH）max，500kjm 。NdFeB稀

5、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（NdFeB）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。其控制方式一般有：（1）id=0控制方式、（2 cos= 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f是永磁体产生的磁链，由f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I

6、d和q轴分量lq，d轴分量 Id产生去磁磁势，引起磁链ad，q轴分量Iq产生q轴磁势，引起磁链aq这时，电动机的合成磁链为 m， m引起的电动势为Em，Em也可以看作是Eo与ad产生的电动势jIdXd及aq产生的电动势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 为同步机的功率，u与I的夹角为功率因素角， o是电枢电流与q轴的夹角。 如控制逆变器的导通相位角 o=0，则id=0，电枢电流中没有励磁分量，图中的ad=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

7、。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器（光电编码器

8、器或旋转变压器等）。轿厢负载检测装置可采用位置型、压力型等多种形式，对电梯负载进行预先测量并计算，给出恰当方向和大小的力矩，可输出开关量、模拟量（电压）和频率量（高频抗干扰性强，能远距离传送）等。 将反馈的信号与给定信号相比较、运算、按预定的控制方式加以控制，可以得到优于其它驱动系统的性能。5 永磁同步电机在电梯开发应用的安全性和可靠性 永磁同步电机在电梯的设计、生产中，得以开发利用，较高地提高了电梯曳引系统安全性和可靠性。当曳引机制动失灵或其它故障引起电梯向上行方向溜车，乃至飞车时，它具有安全保护作用，满足我国技术标准GB75882003（电梯制造与安装安全规范910轿厢上行超速保护装置的要

9、求。使用永磁同步曳引电机的电梯，在失电视又解除其长必出点将电动机电枢绕组短截（或串接可调电阻器后短接），当出现超速（不论上行、下行）故障时，控制系统检测到超速信号，立即切断控制器供电回路，并将电动机电枢绕组短接（或串联可调电阻器后短接）。这时，静止的绕组切割旋转的永磁体产生的磁场而感应出电动势，在闭合的电枢绕组回路中引起电流，该电流在磁场作用下引起力矩，企图带动电枢绕组随磁极一起旋转；同时，该转矩受反力矩则作用在转子磁极上，力图使转子随定子电枢绕组一起停止下来，是一个制动转矩。该过程类似于直流电机的能耗制动，从而实现了防坠落防飞车（制动转矩可通过电阻器调节使溜车速度可控）。永磁体和闭合的电枢绕

10、组相互作用，产生停车自闭这种非接触双向保护，大大增加了电梯的安全性和可靠性，特别减小了各类超高速电梯的安全钳锲块在高速动作时因高温损毁所引起的安全风险。 由于无齿轮曳引机的曳引轮与电动机同轴，通常曳引轮与制动轮同体，因此，采用永磁同步无齿轮曳引电机技术，可不设上行超速保护系统，在电梯验收检验中当然也就可以不作要求。 另外，同步电机可以通过向电枢绕组供直流电来实现带负载零速停车，从而可以真正做到无须抱闸的机械制动，实现电气的零速停车。这样可防止由于抱闸失灵造成溜车的故障，进一步提高系统的可靠性。6 结束语 在电梯的设计、生产中，开发应用永磁同步电机，作为电梯的曳引电机，是一种技术的进步。其优点主

11、要表现在：结构简单紧凑，少维护；安全可靠性高；对环境的噪声污染低、无油脂污染，并能提高电力功率因素，是理想的环保产品；提高机械传动效率，使用节能、经济，具有较高的性价比；与交流无齿轮异步电动机驱动系统相比，低速性、快速性、硬机械特性和停车自闭等优点，是异步电动机所无法相比的；与直流无齿轮电动机驱动系统相比，具有更高的低速性能、调速精度、快速响应性能，且寿命长、耗电少、维护简单；此外，还易于实现低转速、大转矩的电梯理想驱动模型。参考文献附录资料：不需要的可以自行删除火电厂工艺流程火力发电厂。以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂1、火电厂的分类（1）按燃料分类：燃煤发电厂，即以煤作为燃料

12、的发电厂；邹县、石横青岛等电厂燃油发电厂，即以石油（实际是提取汽油、煤油、柴油后的渣油）为燃料的发电厂；辛电电厂燃气发电厂，即以天然气、煤气等可燃气体为燃料的发电厂；余热发电厂，即用工业企业的各种余热进行发电的发电厂。此外还有利用垃圾及工业废料作燃料的发电厂。（2）按原动机分类：凝汽式汽轮机发电厂、燃汽轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽-燃汽轮机发电厂等。（3）按供出能源分类：凝汽式发电厂，即只向外供应电能的电厂；热电厂，即同时向外供应电能和热能的电厂。（ 4）按发电厂总装机容量的多少分类：容量发电厂，其装机总容量在100MW以下的发电厂；中容量发电厂，其装机总容量在100250MW范围内的发电厂

13、；大中容量发电厂，其装机总容量在250600MW范围内的发电厂；大容量发电厂，其装机总容量在6001000MW范围内的发电厂；特大容量发电厂，其装机容量在1000MW及以上的发电厂。（5）按蒸汽压力和温度分类：中低压发电厂，其蒸汽压力在3.92MPa（40kgfcm2）、温度为450的发电厂，单机功率小于25MW；地方热电厂。高压发电厂，其蒸汽压力一般为9.9MPa（101kgfcm2）、温度为540的发电厂，单机功率小于100MW；超高压发电厂，其蒸汽压力一般为13.83MPa（141kgfcm2）、温度为540540的发电厂，单机功率小于200MW；亚临界压力发电厂，其蒸汽压力一般为16.

14、77MPa（171 kgfcm2）、温度为540540的发电厂，单机功率为30OMW直至1O00MW不等；超临界压力发电厂，其蒸汽压力大于22.llMPa（225.6kgfcm2）、温度为550550的发电厂，机组功率为600MW及以上，德国的施瓦茨电厂;超超临界压力发电厂, 其蒸汽压力不低于31 MPa、温度为593.水的临界压力：22.12兆帕；临界温度：374.15（6）按供电范围分类：区域性发电厂，在电网内运行，承担一定区域性供电的大中型发电厂；孤立发电厂，是不并入电网内，单独运行的发电厂；自备发电厂，由大型企业自己建造，主要供本单位用电的发电厂（一般也与电网相连）。2、火力发电厂工艺

15、流程。燃煤，用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型 HYPERLINK /view/145622.htm t _blank 火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉。磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热烟气加热空气。这样，一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的

16、热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。火力发电厂在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤受燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大

17、的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入 HYPERLINK /view/33757.htm t _blank 汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动 HYPERLINK /view/3824255.htm t _blank 汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与 HYPERLINK /view/54769.htm t _blank 发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动 HYPERLINK /view/3824654.htm t _blank 发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一台小直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子

18、成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生 HYPERLINK /view/10897.htm t _blank 电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为 HYPERLINK /view/48797.htm t _blank 电能。电能经变压器将 HYPERLINK /view/10954.htm t _blank 电压升压后，由输电线送至电用户。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。乏汽在 HYPERLINK /view/1090375.htm t _blank 凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，重新凝结成

19、水，此水成为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄露，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、低压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。大致工艺流程如下图：3、火力发电厂的三大系统。燃烧系统燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱硫等组成。是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过 HYPERLINK /view/974489.htm t _blank 给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤机），经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过 HYPERLINK /view/1337753.htm t _blank 电除尘脱出粉尘再将烟气送至 HYPERLINK /view/566699.htm t _blank 脱硫装置，通过石浆喷淋脱出硫的气体经过吸风机送到烟筒排入天空。燃烧系统还可细分为：风烟系统、制粉系统、灰渣系统。我公司运行参数主要显示在制粉系统中。汽水系统火力发电厂