电梯永磁同步电机调速控制系统硬件设计分析

刘德超

摘 要：为了更好的实现电梯的调速控制，需要对电梯永磁同步电机调速控制系统进行设计优化与处理，确保其能够充分发挥作用，进一步实现稳定、舒适的运作需求。本文首先探索了电梯永磁同步电机调速控制系统的整体规划，其次针对系统硬件设计中主回路、电流检测电路、电压检测电路、隔离驱动电路以及保护电路等方面的设计进行有针对性的分析。

关键词：电梯;永磁同步电机;调速控制系统;硬件设计

引言：电梯在运行过程中实现了垂直交通运输，电梯的轿厢需要从静止加速到额定速度并逐渐减速到静止的过程，期间要始终兼顾快速和舒适两大要素，同时也要充分考虑到人们在电梯乘坐过程中生理领域对电梯加速度的承受效果。因此本文针对电梯永磁同步电机调速控制系统的硬件设计进行分析与研讨有重要的社会应用价值和实践意义。

1 电梯永磁同步电机调速控制系统整体规划

在电梯永磁同步电机调速控制系统的整体设计中，主要应用数字信号处理控制芯片（DSP控制芯片）TMS320LF2407A作为整体设计的控制核心，并采用转子磁场定向控制形式进行，具体的控制设计系统结构如图1所示。整个调速控制系统主要分为主回路和控制电路两大类，在功率主回路中主要涵盖了交流电源、整流电路、滤波和智能功率模块等部分，而在控制电路模块中主要涵盖了隔离驱动、电压检测、电流检测、保护电路等多种类型的电路。

2 电梯永磁同步电机调速控制系统硬件设计分析

2.1 主回路系统设计

在主回路系统中主要涵盖了三相交流电源、整流电路、逆变电路等相关细节，其中在不可控整流方式中，因为其整体功率因数较高，因此可以有效减少对电网的干扰，当三相交流电通过整流桥之后，能够有效实现平滑的直流电，随后可以增加功率开关，让其经过SVPWM控制电路的有效控制，进一步实现三相交流电以更好的供给电梯永磁同步电机，确保能够有效运转。主回路系统中所表示的电容，其主要功能在于滤波，确保系统内部直流电压始终保持平稳状态，应用电容也能有效缓解电梯永磁同步电机在运行过程中所产生的无功功率。当系统中限流电阻发生作用时，能够保障在系统上电初始期，如果缺少必要的限流措施，则整体回路电阻会更小，因此可以应用电容实现较大的充电电流，但是这样的电流难免会给三相整流桥造成一定的冲击和损坏，并进一步导致电源和电压出现下降的问题。

在整个电梯永磁同步电机调速控制系统主回路发挥作用过程中，要保证电动机能够快速实现运行状态，并同步实现较好的自动化运行功能，但不容忽视的是在系统主回路中特别是整流部分，大多为不可控的整流。因此一旦电动机处于制动状态则会导致电梯机械运行的机械能会转化为电能，并同样反馈给滤波电容，这样的问题会造成电容出现泵升电压，而电压的不断增大也会给主回路中相关电路和元器件造成严重的损坏和影响。

2.2 电流检测系统设计

电梯永磁同步电机调速控制系统的电流检测系统中，主要采用霍尔电流传感器LT58-S7进行设计和规划，其工作电压为±15V，一次侧额定有效值电流为50A，二次侧额定有效值电流为50mA，转换率为1：1000。此种传感器应用效果更为明显，且线性度相比于其他类型的传感器更好，另具有低温漂、宽频带的优势，对于电流过载能力方面表现良好且抗干扰，效果更强。在电梯永磁同步电机调速控制系统的设计过程中，需要检测电动机三相电流，以更好的实现电梯坐标系统的变换，因此为了实现高效化控制，本设计系统中应用两个传感器以更好的实现两相电流检测定子，其中一项需要有三相平衡关系进行计算而得出。另外电流检测系统中一旦检测到电流信号，经过了转换电路则会将其转变为0A3.3V的电压信号，随后将其输入至端口之中，但是其转换后以及转换中的相应数值则也会保存在寄存器中，更好的实现系统控制。

2.3 电压检测系统设计

本电路系统设计中主要采用霍尔电压传感器LV28-P作为电压检测系统的核心，主要应用零磁平衡式的工作原理进行操作和运转，电压传感器LV28-P的测量范围更加广泛且线性度表现更好。电压传感器LV28-P一次侧额定电流和二次侧额定电流分别为10mA、25mA，传感器的供电电源电压主要为±15V，且测量范围为10V～500V。电梯永磁同步电机调速控制系统的电压检测部分电路中检测电阻分别为R1和R2，二者能够在具体运转过程中，根据所检测的电路电压情况进行有效设定，也能不断提升检测电阻的精度和测量电压的精度。此外，在该系统输出端口处增加二极管，也同样起到电流检测和限幅的作用，避免电压输出量過大而损坏数字信号处理控制芯片，造成不必要的损失，增加系统设备的运行维护成本。

2.4 隔离驱动系统设计

电梯永磁同步电机调速控制系统隔离驱动系统电路主要采用专用驱动模块，模块内部需要具备较强的逻辑短路保护功能，且具备延时保护的特点。在应用专用驱动模块时，需要进行双电源的驱动作用，确保IGBT能够实现可靠通断效果，此类专用驱动模块的驱动功率更大，能够驱动的IGBT模块范围更加广泛，例如600A/600V和400A/1200V等等。电梯永磁同步电机调速控制系统的隔离驱动系统电路设置，首先需要保证信号接收端与专用驱动模块进行有效连接，当信号接收端出现正电平时，驱动模块内部的二极管截止;只有当信号接收端出现负电平状态，专用驱动模块内部的光隔离器才会有效导通。另外当出现IGBT的故障和问题时，应用隔离驱动系统能够有效实现电路过流时的软关断，避免IGBT受到电流和电压的影响，出现损坏问题。

2.5 保护电路系统设计

在整个电梯永磁同步电机调速控制系统中，为了进一步实现整个系统的安全稳定运行，避免系统出现故障，需要应用多重保护电路，以进一步满足电路运行过程中的安全性和稳定性需求。大多数情况下，需要配备有功率开关器械的短路保护、过热保护、过流保护、过电压保护等多个系统，与此同时各个保护系统中的保护信号同样需要输送至TMS320LF2407A控制芯片之中，而控制芯片则可以根据不同的保护信号检测系统运行过程中的故障状态。其中，针对需要立即反馈的短路信号和保护信号，需要通过保护电路进行有效控制，实现即时关断功率开关器件的作用。

总结：总而言之，电梯永磁同步电机调速控制系统的设计与规划对于当前电梯运行控制至关重要。因此本文从系统整体规划入手，结合主回路、电流检测、电压检测、隔离驱动、保护电路等多个系统的设计进行有针对性的研究与探讨，希望能够有效实现电梯永磁同步电机调速控制系统的设计与规划，进一步实现节能和高效控制的目的。

参考文献：

[1]季秉伟.电梯永磁同步电机调速控制系统硬件设计[J].质量技术监督研究，2020（03）：21-24.

[2]燕罗成. 永磁同步电机转矩脉动机理及抑制算法研究[D].重庆大学，2019.

[3]王翔. 基于超级电容的电梯节能技术研究[D].厦门理工学院，2019.