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电梯人生

花果山的电梯人生……

 
 
 

日志

 
 
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来自于黄海之滨、花果山上的一只猴。 读书时即与电梯结缘。工作后最大的心愿是争取做一名出色的电梯电气工程师。偶有技术及管理类文章散见于《中国电梯》、《微计算机信息》、《电气传动》、《自动化应用》、《变频器世界》等专业期刊。

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永磁同步变频技术在电梯驱动系统中的应用  

2008-03-13 22:01:03|  分类: 文章发表 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 【本文刊载于《中国电梯》2006年21期】

 

摘  要:以GeN2永磁同步曳引机及安川676GL5-IP变频器为例介绍永磁同步变频技术在电梯驱动系统中的应用。结合永磁同步变频技术的基本原理,进行了配件选择,对系统组成进行了设计,研究并分析了相关参数的设置。

关键词:永磁同步电机  电梯  VVVF  驱动

Application of PMS Varied Speed Technology in Elevator Drive System

Abstract:The application introduction of PMS technology in elevator drive system, according to GeN2 PMS machine and YASKAWA  676GL5-IP varispeed.According to the PMS theory, we design the structure of system, analyzing the correlative parameters’ setup and making the parts choice.

Keywords: PMS;elevator;VVVF;drive

1前言

现代生活、生产和建筑的蓬勃发展,大大推进了电梯驱动技术的发展,从而对电梯驱动系统提出了越来越高的要求。

电梯驱动系统对电梯的起动、加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。驱动系统的性能直接影响电梯的起制动加减速度、平层精度和乘坐的舒适性等指标。传统的电梯驱动普遍采用异步电动机和减速齿轮箱相结合的曳引机,配以VVVF(变压变频)调速控制系统[1]。这种系统虽然调速性能较优,但是整个曳引机的体积庞大。减速齿轮箱的应用不但降低了驱动系统的效率,日常维护更换的润滑油也对环境产生了一定的污染。

近年来,永磁同步电机以其体积小、转矩输出响应快等优点开始应用于电梯驱动系统。永磁同步曳引机因省去了齿轮减速箱,在曳引效率得以提高的同时其能耗也相应降低;采用此系统的电梯产品更因无需加油润滑、绿色环保等亮点被广大有远见的用户所青睐。

2永磁同步电机的结构和基本原理

同步电动机是以其转速 和供电电源频率 之间保持严格的同步关系而命名的,即只要供电电源的频率 不变,同步电动机的转速就恒定为常值[2]。永磁同步电动机的定子与异步电动机一样,只是在转子表面贴有(或嵌有)永磁铁(铷铁硼),因此,转子就没有滑环和电刷了(如图1所示)。

当定子的三相绕组通入对称的三相电流后就会产生一个空间旋转磁场,旋转磁场的同步转速 为

     (式中, 为定子电源频率, 为电动机极对数。)[3]

             

图1  永磁同步电机结构                              图2  永磁同步电机矢量图


永磁同步电动机的永磁磁场可以设计得较高,因此永磁同步电动机的功率密度可以做得较大,也就是同容量的永磁同步电动机比异步电动机小很多。此外,多极、低速、大力矩的特性非常适用于电梯驱动系统。

根据图2所示的永磁同步电机矢量图,永磁同步电机运转前必须设法检测转子的

位置 。然后希望 与d轴,即与M轴的夹角 ,这样:

,即定子电流没有励磁分量。

,即定子电流完全为力矩分量。

∴ 

所以永磁同步电动机必须有转子位置检测器随时检测转子的位置,然后控制定子电流矢量[3]。为使变频器工作在最佳状态,还需使变频器对所驱动的电动机进行参数自学习。

3系统选型

3.1曳引机的选择

曳引机采用OTIS公司的GeN2永磁同步曳引机。GeN2曳引机采用植入式永磁同步十极电机,整个曳引机效率高达90%(采用普通异步电机的有齿轮曳引机效率只有70%左右)。曳引机采用密封轴承,没有齿轮箱,所以不需要使用润滑油。GeN2曳引机的曳引轮直径只有100毫米(普通有齿轮曳引机的曳引轮直径一般为500-650mm),驱动轮和电机轴杆为一体化设计,电磁式碟片形制动器已经集成在曳引机中;体积小,所需要的空间只有传统曳引机的10%,可以放置在井道内导轨顶部。不需要增加顶部空间,更省去了常规电梯的机房。

3.2变频器的选择

变频器选用安川公司的676GL5-IP电梯专用矢量控制变频器。除了具备通用变频器的功能外,还具有启动力矩补偿、停电时控制(蓄电池就近平层运转)、自动S字加减速运行、抱闸控制、电梯超速检测等电梯专用功能[4]。并可使用普通A、B、Z相编码器检测目前所有永磁同步电机的磁极位置。

3.3编码器的选择

永磁同步电机所使用的编码器,不仅仅要向变频驱动控制系统提供速度反馈,而且需要提供电机磁极位置检测功能。只有检测出转子的磁极位置后,才能确定变频器的通电方式、控制模式以及输出电流的频率和相位,以保证永磁同步电机的正常工作。根据安川676GL5-IP变频器的需求,选用海德汉公司的ERN 461型A、B、Z三相编码器,安装于永磁同步电机转子轴端。

3.4驱动控制回路

其中:

JAQ-安全接触器

JYX-运行接触器

JYJ-紧急运行接触器

PG-编码器

JXW-相序继电器

PA、PB-分频脉冲输出

V1、V2、V3-逻辑控制速度端子组合

图3  驱动控制回路

4系统调试及参数设置

图3所示为驱动控制回路图。变频器和逻辑控制器通讯时采用开关量而不用模拟量,增加了抗干扰性。由于676GL5-IP为电梯专用型变频器,为了满足电梯运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求,其系统调试及参数设置比通用型变频器要复杂得多。下面仅介绍调试环节的几个主要步骤。

4.1磁极位置辨识及电机参数自学习

在进行磁极位置检测及电动机参数自学习之前,保证曳引电动机处于完全空载状态。再将电动机铭牌相关参数设定进入变频器后,打开曳引机抱闸,接通用户电源、变频器、曳引电动机间的电源回路, 进入变频器参数菜单T级参数进行相应参数调整后即可自动辨识磁极位置、识别并存储电动机有关参数。

4.2速度曲线参数设置

为了提高运行效率,各速度参数设定应按实际需求进行计算。本系统快车频率D1-07=30Hz;而爬行频率要尽可能低些,以减小停车冲击,故选D1-04=3Hz。检修慢车频率可选D1-05=8Hz。

为了减小启动冲击及增加乘梯的舒适感,变频调速系统的速度环的比例系数宜小些,而积分时间常数宜大些,故选C5-01=6、C5-02=3。电梯运行理想曲线及本系统时序如图4所示,“S”曲线特性可防止电梯启动、换速或停止时产生振动。调整变频器参数保证曲线拐点的圆滑,可大大提高电梯运行舒适感。

图4  电梯运行理想曲线

变频器的其它主要参数设置如下表:

参数号

名称

推荐设定

参数号

名称

推荐设定

B1-02

速度指令选择

1

E3-03

电机额定电压

根据电机

铭牌参数设定

B1-03

停止方法选择

0

E3-04

电机额定电流

B1-04

反转选择

0

E3-05

电机极数

B1-05

未满最低速时的动作

0

E3-06

电机最高转速

B2-01

零速电平

0.5

E3-07

电机基本转速

C1-01

加速时间1

2.9

E3-08

最低转速

0

C1-02

减速时间1

2.9

E3-09

电机定子电阻

电机参数

自学习获得

C1-03

加速时间2

1.5

E3-10

电机d轴电感

C1-04

减速时间2

2.2

E3-11

电机q轴电感

C2-01

加速开始S字时间

0.6

E3-12

电机的感应电压参数

C2-02

加速结束S字时间

0.6

E3-18

PG原点脉冲补偿量

磁极位置辨识

C2-03

减速开始S字时间

0.6

E3-23

磁铁力矩系数

电机参数

自学习获得

C2-04

减速结束S字时间

0.6

E3-24

额定力矩系数

E3-01

电机种类

1

F1-01

PG脉冲数

3600

5 结束语

实践证明,将永磁同步变频技术应用于电梯驱动系统,既可为用户节省空间及能源,也为绿色环保的无机房电梯产品研发探索出了一条新路。

 

参考文献:

[1] 朱昌明,洪致育,张惠侨.电梯与自动扶梯——原理 结构 安装 测试.上海交通大学出版社,2000.2.

[2] 冯垛生,张  淼.变频器的应用与维护.华南理工大学出版社,2001.9.

[3] 黄立培.电动机控制.清华大学出版社,2003.9.

[4] 安川676GL5-IP电梯专用变频器使用说明书.上海安川同济机电有限公司,2002.4.

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