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永磁同步电机在低速下运行的研究摘要:永磁同步电机一般在高速运转时，转速平稳，波动小，但在低速运行时会产生很大转矩波动，本文以电梯中使用的永磁同步电机为例，详细介绍和分析了无齿轮低速永磁同步电动机(以下简称PMSM) 产生转矩波动的原因和消除转矩波动的种种对策。
关键词:低速永磁同步电动机;电梯;纹波转矩;齿槽转矩电力电子技术、钕铁硼永磁材料,以及具有快速运算能力的信号处理器DSP 的发展,为永磁同步电动机带来新的契机。
现代电梯所用的低速无齿轮永磁同步电动机就是一种新的曳引技术。
转子上的位置传感器,实时给出转子位置信息,在专用变频器供电下,始终实时控制定子电流综合矢量在q 轴上,从而使PMSM获得与直流电动机一样优良的转矩特性。
为了获得准确的平层精度,电动机必须在极低的转速甚至接近零转速时,保持运转平稳,且振动小,噪声低。
低速平稳性是宽调速永磁同步电动机一个重要的技术指标,因此对电动机设计带来严格要求。
1.PMSM谐波转矩产生的原因本设计是针对现代高性能电梯开展的,因此对电梯的平层精度、对乘客的舒适感、对减小驱动电机的振动和噪声,尤其对低速甚至在接近零转速时驱动电机运转的平稳性均有高的要求。
为此,必须尽可能减小转矩的脉动。
为产生恒定转矩,PMSM的感应电动势和电流应为正弦波。
但在实际电动机中,永磁转子的励磁磁场或定子绕组的空间分布都不是理想的正弦波,此外给定子供电的变频装置,虽已采用了快速电流跟踪控制技术,尽可能跟踪正弦波,但定子电流还不免含有高次谐波。
因感应电势和定子电流波形畸变所产生的谐波转矩称为纹波转矩。
而因定子齿槽的存在引起的脉动转矩,称为齿槽转矩。
以下分析上述两种谐波转矩产生的原因并讨论减小谐波转矩的措施。
1. 1 纹波转矩产生的原因以下定量分析磁场定向控制PMSM的纹波转矩。
假定:(1) 磁路不饱和,忽略交轴电枢反应的影响;(2) 不考虑转子永磁钢和转子铁心的阻尼效应;(3) 定子绕组三相对称,连接型式为Y型无中线,定子电流中不含3 次和3 次倍数的谐波,定子电流中亦不含偶次谐波。
浅谈永磁同步电动机在电梯中的应用高性能稀土永磁材料是制作永磁同步电动机的主要材料，能够大幅度的提升永磁同步电动机的磁性，而且，在磁密度不断增大的同时，磁体结构的体积也在不断的缩小，通过较少的材料就能达到磁通的目的，也为永磁同步电动机的发展开辟了新的领域。
标签：永磁同步电动机；电梯；转子结构前言永磁同步电动机主要是利用稀土永磁材料制成，以往永磁电动机由于磁性偏低、体积过大的缘故，很少将其应用到电梯的升降运行中，而在近些年的发展中，永磁同步电动机的发展蒸蒸日上，将其应用到电梯的运行中，不仅能够满足电梯的运行要求，同时还弥补了传统电梯运行中升降速度调控低的缺陷，是未来电梯发展中的主要应用结构。
文章主要从永磁同步电动机在电梯中的应用进行分析。
1 永磁同步电动机概述永磁同步电动机是一种驱动电机，应用范围极为广泛，主要由永久磁钢转子、定子、位置传感器等几方面结构组成，具有体积小、结构简单、重量轻等优势。
将永磁同步电动机应用到电梯中，对电动机的相应速度也提出了更高的要求，同时，为了满足运行要求，还针对调速范围的宽度提出了一定的要求。
永磁同步电动机在运行的过程中主要分为直流发电机供电、交流励磁机供电、无励磁机供电等几种励磁方式[1-2]。
直流发电机供电的励磁方式，要求永磁同步电动机必须具备专用的直流发电机，在这种方式下运行，电动机的励磁电流相对独立，而且，在实际的工作中发现，这种运行方式的可靠性极高，具有较少用电消耗的优势，再加上成熟的运行经验，为电梯的运行效率提供一定的帮助；交流励磁机供电的励磁方式又将其称为静止整流装置，也就是一种静止励磁的状态，由于该种励磁机供电过程中，没有滑环、电刷等一些转动部件，使得交流励磁机供电运行的过程中，具有结构简单、工作可靠、制造方便等优势。
但是，交流励磁机供电过程中会存在噪音较大、交流电势谐波分量大等缺点，这都是值得我们注意的。
2 永磁同步电动机在电梯中的应用2.1 永磁同步电动机转子结构分析众所周知，永磁同步电动机在运行的过程中，其转子的磁性起到关键的作用，如果磁性较小的话，在磁通的过程中就会产生一定的障碍，因此，转子结构也是永磁同步电动机运行的关键部件[3]。
机电一体化技术在电梯中的应用摘要：随着科学技术的发展，电梯出现在人们生活中，其不仅为运输提供了极大便利，还改变了人们上下楼的生活方式，尤其是在高层建筑逐渐增多的今天，电梯更是发挥着不可替代的作用。
为进一步发挥电梯的作用，更好的为人民服务，将机电一体化技术融入于电梯中，可使电梯性能得到明显的改善与提高。
本文浅析机电一体化技术在电梯中的应用。
关键词：机电一体化电梯应用引言高层建筑的逐渐增多，电梯这一作为建筑中的一种重要交通工具必不可少，电梯的诞生距今已经百年间，在科学技术的不断发展融合下，电梯运行中含有多种科学技术。
我国作为电梯制造大国，做好电梯研究，保证电梯的安全性能、舒适性能、高效等，需要相关研究者从各种技术入手，以此推动电梯技术进一步发展。
经过时间的发展，机电一体化的应用为电梯的正常稳定运行，保障使用着的安全提供保障。
1构成电梯的基本结构电梯是一款机电一体化的大型复杂机械，在电子信息化技术的不断发展与推动下，电梯日益发展，使电梯的舒适性、快速性、安全性、节能性等大大增加。
目前我国所使用的电梯的基本结构分为以下几部分：拖动系统、曳动系统、电梯导向系统、安全保护措施系统、电气监督控制系统等。
2机电一体化技术在电梯中的应用2.1曳引系统在电梯之中，曳引系统主要是为了电梯运输动力的提供。
在曳引系统之中，曳引机是其最重要的组成部分，曳引机的性能会直接对电梯的加速度、本身速度、运行可靠性以及起制动灯指标产生直接的影响，因此，也被人们称之为电梯的“心脏”。
同时，随着结构简单、成本低廉的永磁同步无齿轮传动曳引机技术的发展，原本传统的技术已经被淘汰。
这一技术的应用不但满足现代环保理念的要求，可以减少对环境的污染，同时，电梯的维修频率和事故率都得到大幅度的降低，避免过高费用的投入。
永磁同步曳引机相比交流异步电动机，拥有交流异步电机无法达到的优势，其拥有的特征如下：第一，运用可靠性较高，噪声小，低振动，能够实现快速的响应。
电梯行业智能化电梯设计与制造技术创新方案第1章智能化电梯概述 (4)1.1 电梯行业发展趋势 (4)1.2 智能化电梯的定义与特点 (4)1.3 智能化电梯的技术架构 (5)第2章电梯控制系统创新设计 (5)2.1 控制系统硬件设计 (5)2.1.1 主控制器设计 (5)2.1.2 驱动器设计 (5)2.1.3 传感器与执行器设计 (5)2.2 控制系统软件设计 (5)2.2.1 控制系统软件架构 (5)2.2.2 人机交互界面设计 (6)2.2.3 数据处理与分析 (6)2.3 控制算法优化 (6)2.3.1 电梯群控算法优化 (6)2.3.2 速度与加速度控制算法优化 (6)2.3.3 故障诊断与自愈算法优化 (6)2.3.4 能耗优化算法 (6)第3章电梯驱动与调速技术创新 (6)3.1 电梯驱动技术 (6)3.1.1 永磁同步电机驱动 (6)3.1.2 伺服驱动技术 (6)3.1.3 磁悬浮驱动技术 (7)3.2 调速技术 (7)3.2.1 变频调速技术 (7)3.2.2 矢量控制调速技术 (7)3.2.3 智能调速技术 (7)3.3 能量回馈与节能技术 (7)3.3.1 能量回馈技术 (7)3.3.2 节能控制策略 (7)3.3.3 电梯群控系统 (7)3.3.4 蓄能驱动技术 (7)第4章人工智能在电梯设计中的应用 (7)4.1 人工智能技术概述 (7)4.2 电梯群控系统优化 (8)4.2.1 群控策略优化 (8)4.2.2 实时调度优化 (8)4.3 基于大数据的电梯故障预测与维护 (8)4.3.1 故障数据采集与分析 (8)4.3.2 故障预测与预警 (8)4.3.3 智能维护决策 (8)第5章电梯安全监测技术创新 (9)5.1 电梯安全监测系统设计 (9)5.1.1 系统架构 (9)5.1.2 监测参数 (9)5.2 传感器技术 (9)5.2.1 传感器选型 (9)5.2.2 传感器布置 (9)5.3 数据处理与分析 (9)5.3.1 数据预处理 (9)5.3.2 数据分析 (9)第6章电梯舒适性设计与创新 (10)6.1 舒适性评价指标 (10)6.1.1 速度平稳性 (10)6.1.2 加速度与减速度 (10)6.1.3 振动水平 (10)6.1.4 噪声水平 (10)6.1.5 空气质量 (10)6.1.6 温湿度控制 (10)6.1.7 乘坐体验 (10)6.2 振动与噪声控制技术 (10)6.2.1 振动源识别与隔离 (10)6.2.1.1 电机与减速机振动控制 (10)6.2.1.2 导轨与轿厢连接部位减振 (10)6.2.2 噪声控制技术 (10)6.2.2.1 噪声源识别与处理 (10)6.2.2.2 声学隔音材料应用 (10)6.2.2.3 轿厢密封技术 (10)6.2.3 智能控制策略 (10)6.2.3.1 速度优化算法 (10)6.2.3.2 运行模式自适应调整 (10)6.3 电梯内饰与照明设计 (10)6.3.1 内饰设计原则 (10)6.3.1.1 人机工程学应用 (10)6.3.1.2 美学设计 (10)6.3.1.3 耐用性与易于清洁 (11)6.3.2 照明系统设计 (11)6.3.2.1 照明布局优化 (11)6.3.2.2 照明色温与亮度控制 (11)6.3.2.3 节能照明技术 (11)6.3.3 舒适性内饰材料选择 (11)6.3.3.1 吸音材料 (11)6.3.3.2 环保与健康材料 (11)6.3.3.3 舒适性表面处理技术 (11)第7章电梯物联网技术与应用 (11)7.1 物联网技术概述 (11)7.2 电梯物联网架构设计 (11)7.2.1 感知层设计 (11)7.2.2 网络层设计 (11)7.2.3 应用层设计 (12)7.3 物联网在电梯故障诊断与远程监控中的应用 (12)7.3.1 故障诊断 (12)7.3.2 远程监控 (12)7.3.3 预警与维护 (12)第8章绿色电梯设计与制造 (12)8.1 绿色设计理念 (12)8.1.1 生态优先原则 (12)8.1.2 循环经济理念 (13)8.1.3 人性化设计 (13)8.2 节能环保技术 (13)8.2.1 高效驱动系统 (13)8.2.2 节能控制策略 (13)8.2.3 轻量化设计 (13)8.2.4 绿色照明系统 (13)8.3 电梯回收与再利用 (13)8.3.1 电梯拆卸与回收技术 (13)8.3.2 零部件再制造技术 (13)8.3.3 废旧电梯回收体系 (13)8.3.4 电梯废弃物处理技术 (13)第9章智能化电梯生产制造工艺创新 (14)9.1 智能化生产线设计 (14)9.1.1 生产线结构优化 (14)9.1.2 智能化设备选型与应用 (14)9.1.3 生产过程信息化管理 (14)9.2 技术应用 (14)9.2.1 焊接技术 (14)9.2.2 涂装技术 (14)9.2.3 组装与调试 (14)9.3 质量检测与控制 (14)9.3.1 在线检测技术 (14)9.3.2 智能化检测设备 (14)9.3.3 质量数据分析与追溯 (14)9.3.4 质量控制体系优化 (15)第10章智能化电梯市场与发展策略 (15)10.1 市场需求与竞争态势分析 (15)10.1.1 市场需求 (15)10.1.2 竞争态势 (15)10.2 智能化电梯推广策略 (15)10.2.1 产品定位 (15)10.2.2 市场渠道拓展 (16)10.2.3 售后服务 (16)10.3 持续创新与发展趋势展望 (16)10.3.1 技术创新 (16)10.3.2 绿色环保 (16)10.3.3 安全功能提升 (16)第1章智能化电梯概述1.1 电梯行业发展趋势城市化进程的加快以及建筑高度的不断提升，电梯行业呈现出稳步增长的态势。
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，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，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（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。
其控制方式一般有：（1）id=0控制方式、（2 cosΦ= 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，ψ m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GB7588—2003（电梯制造与安装安全规范》9．10轿厢上行超速保护装置的要求。
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。
