永磁同步无齿轮电梯原理、驱动系统及其控制方式

陆毅臻

【摘 要】 近些年来，随着时代经济的飞速发展以及科学技术的日新月异，现代化楼宇也在蓬勃发展着，同时人们对于电梯的需求逐渐增加，并对电梯提出了更高的要求，进而使得永磁同步无齿轮电梯应运而生，对于电梯的稳定性高校安全运行有着一定的重要作用。本文在对永磁同步无齿轮电梯原理、驱动系统及其控制方式进行研究分析时，首先分析了永磁同步无齿轮电梯原理，其次分析了永磁同步无齿轮电梯的驱动系统，最后探讨总结了永磁同步无齿轮电梯的控制方式。

【关键词】 永磁同步无齿轮电梯；原理；驱动系统；控制方式

21世纪的今天，社会经济的不断进步和科技的不断成熟，人们的生活质量也在不但提高着，电梯作为人们日常出行的一种重要的工具，近些年来，人们对于电梯的稳定性和安全性提出了更高的要求。而永磁同步无齿轮电梯作为一种全新的高性能工具，和传统电梯相比较，往往有着一定的优越性。因此本文对永磁同步无齿轮电梯原理、驱动系统和其控制方式进行研究有一定的理论价值和现实意义。

一、永磁同步无齿轮电梯原理

一般而言，所谓的永磁同步无齿轮电梯实质上就是一种永磁同步电动机，借助于永磁材料将励磁磁场产生的一种电动机，电励磁用永磁体进行替代，同时定子绕组和电励磁同步电动机在某种程度上基本相同。这种永磁同步无齿轮电梯基本上不需要一定的励磁电流，同时转子中也没有一定的励磁损耗。一旦永磁材料有着不同的性能，同样也将有着不同的应用领域，现如今，稀土永磁材料的使用相对较多，永磁同步无齿轮电动机的结构原理图如图1所示，永磁同步无齿轮电梯的电动机主要有转子和定子两个部分组成的。

永磁同步无齿轮电梯电动机的发热状态在某种程度上和定子绕组电流的大小有着直接性的关联，同时电磁转矩和其定子电流在某种程度上有着一定的线性比例关系。

二、永磁同步无齿轮电梯驱动系统

永磁同步无齿轮电梯的曳引机在实际的驱动控制过程中，永磁同步无齿轮电梯系统原理图如图2所示：

和异步电动机变频调速系统相比较而言，一旦負载发生变化，异步电动机将会通过对供电频率和转差率进行调整，同步电动机主要是对定子绕组电源和感应电动势之间的夹角进行调整，这就在某种程度上说明，同步电动机往往有着相对较快的相应速度，对于永磁同步无齿轮曳引技术而言，更重要的是如何实现对转子位置的一种精确性的控制，并做好电梯的起动控制和制动的舒适性。

永磁同步无齿轮电梯系统传感器主要是对光电编码器和旋转变压器加以采用，一般而言，永磁同步无齿轮电梯中往往借助于变压器的基本原理，尽可能的将二相交流绕组在定子和转子上安装，其对称电压的角度差为90度，并在其气隙之间将旋转磁场产生。转子绕组中，通过对感应电压和定制的基准电压之间的相位差进行计算，进而可以科学性的判断出转子的位置。

三、永磁同步无齿轮电梯的控制方式

永磁同步无齿轮电梯控制的过程中，本文主要采取PMSM矢量控制方法，对永磁同步无齿轮电梯进行综合性的控制，并将齿轮箱和齿轮传动机构减少，节约建造成本。

（一）PMSM数学建模

电机极对数用表示，定子电阻用表示，永磁同步电动机的直轴主电感和交轴主电感用和表示，其电磁转矩仅仅为励磁转矩，同时第二项磁阻转矩的值为0。

（二）PMSM矢量控制

PMSM矢量控制的过程中，通过对=0矢量控制系统进行构建，并对三项电压源逆变器加以选用，将其作为一种主电路的拓扑结构，并保持所给定的电流=0。进而使得直轴和交轴实现完全解耦的控制，其=0的PMSM的矢量控制图如图4所示。

（三）空间电压矢量调制

空间电压矢量调制的过程中，也即是磁链跟踪调制法，通过将逆变器和其电视机构成一个整体，并实现对输出相电压控制，对磁场进行控制的一种目的。这种电压源逆变器电路拓扑图的机构如图5所示：

（四）仿真

仿真过程中，通过对MALAB/SIMULINK加以采用，并对仿真模型进行建立，相电流、输出转矩以及转速的仿真结果如图6所示。

仿真结果表明，永磁同步无齿轮电梯这种控制方式，有着一定的有效性和可行性，这种电流双闭环数字矢量控制系统，有着一定的科学性和高效性，对于永磁同步无齿轮电梯的安全高效可靠运行有着极大的保障。

总而言之，永磁同步无齿轮电梯控制过程中，不仅仅在较低的速度状态下实现大功率的输出，同时这种发动机也有着直接驱动的方式，进而对传统电动机、减速箱、曳引轮和其负载加以改变，进而保证其永磁同步无齿轮电梯控制系统结构有着一定的紧凑性和较轻的重量。

四、结语

随着时代经济的飞速发展和科技的进步，永磁同步无齿轮电梯电动机的原理和其系统控制是对电梯安全可靠高效运行的一种极大保障，同时永磁同步无齿轮电梯作为一种全新的高性能工具，和传统电梯相比较，往往有着一定的优越性，本文在对永磁同步无齿轮电梯电动机的原理进行分析时，总结得出永磁同步无齿轮电梯电动机的发热状态在某种程度上和定子绕组电流的大小有着直接性的关联，同时电磁转矩和其定子电流在某种程度上有着一定的线性比例关系。PMSM矢量控制方法，通过对永磁同步无齿轮电梯进行综合性的控制，有着一定的有效性和可行性，对于永磁同步无齿轮电梯的安全高效可靠运行有着极大的保障。

参考文献：

[1]张小凤.电梯能馈系统及其电能质量控制方法研究[D].华南理工大学，2012.

[2]高菊玲.永磁同步无齿轮曳引机电梯的控制系统[J].电机技术，2013，01：19-21+30.

[3]张颖，肖野等.浅论永磁同步无齿轮曳引技术在电梯领域的应用[J].科技创新与应用，2014，17：283.