【正文】 參數(shù)和模型也簡單易行，這樣就大大提高了系統(tǒng)的柔性、可靠性及實用性。 隨著微電子學(xué)及計算機控制技術(shù)的發(fā)展，高速、高集成度、低成本的微處理器問世及商品化，使全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)成為可能。但是 PMSM 自身就是具有一定非線性、強禍合性及時變性的“系統(tǒng) ”，同時其伺服對象也存在較強的不確定性和非線性，加之系統(tǒng)運行時還受到不同程度的干擾，因此按常規(guī)控制策略很難滿足高性能 PMSM伺服系統(tǒng)的控制要求 )a)。而 PMSM 不需要勵磁電流，逆變器供電的情況下，不需要阻尼繞組， 效率和功率因數(shù)都比較高，而且體積較之同容量的異步電機小，能克服 BLDCM 系統(tǒng)的不足， 常用于高精度、高性能的場合。 根據(jù)電動機反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機 (簡稱 BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)和三相永磁同步電動機 (簡稱 PMSM)調(diào)速系統(tǒng)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應(yīng)電動勢和電流都為正弦波。他控式變頻調(diào)速雖然能夠解決永磁同步電機的起動問題，但仍存在失步、振蕩等問題，因此永磁同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)一般采用自控式運行。 二、永磁同步電動機的分類 根據(jù)永磁同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式不同，可將其分為兩大類 ： 一類是他控式變頻調(diào)速系統(tǒng) ； 另一類是自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)。 因此對電梯門控系統(tǒng)，具有相當(dāng)高的要求。隨著我國國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，高層建筑如雨后春魚般涌現(xiàn)，對電梯的需求就越來越大以及對電梯系統(tǒng)的性能要求也越來越高。但是隨著交流伺服在國內(nèi)的成熟發(fā)展，三相交流電機伺服控制器控制三相永磁伺服電機應(yīng)用于電梯開門機將是一大趨勢，它是繼 VVVF 驅(qū)動技術(shù)后的、 更新一代的驅(qū)動和控制技術(shù) 。 為便于比較， 永磁同步電動機 與其它電 動 機的綜合特性比較 如下 表 11。隨著高磁場永磁材料價格和電動機轉(zhuǎn)子制造價格降低，以及驅(qū)動系統(tǒng)的理論研究和實踐應(yīng)用的不斷完善與提高，永磁同步電動機及其驅(qū)動系統(tǒng)將會得到進一步的發(fā)展及應(yīng)用。信息產(chǎn)業(yè)中永磁電機的應(yīng)用面廣、類型多 。如汽車工業(yè)，電機現(xiàn)以永磁電機為主 。 目前，交流永磁同步電動機由于其體積小、重量輕 ； 結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠 ；損耗小，效率高等一系列優(yōu)點，越來越引起人們重視。 70 年代人們對交流電機提出 了矢量 控制的概念。集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展對永磁同步電動機控制技術(shù)起到了重要的推動作用。這使以單片機為核心的全數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。 （ 3）電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展 集成電路和計算機技術(shù)是電子技術(shù)發(fā)展的代表，規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動機的控制。同時對同步電動機而言解決了起動問題。半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，容量迅速增大，成本大大降低，控制電路日趨完善，它極大地推動了各類電機的控制。 （ 2）新型電力電子技術(shù)器件和脈寬調(diào)制 (PWM)技術(shù)應(yīng)用 電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口，是弱電與被控強電之間的橋梁。在同步電動機中用永磁體取代傳統(tǒng)的電勵磁磁極的好處是：簡化了結(jié)構(gòu)，消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷，實現(xiàn)了無刷結(jié)構(gòu)，縮小了轉(zhuǎn)子體積 :省去勵磁直流電源，消除了勵磁損耗和發(fā)熱?？紤]綜合指標(biāo)(系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等 )之后，永磁 同步 電機的應(yīng)用正處于上升趨勢，其主要的原因有： （ 1）高性能永磁材料的發(fā)展 1983 年問世的欽鐵硼永磁材料，由于其磁特性和物理特性優(yōu)異，成本低廉且材料來源有保證 (我國占有世界蘊藏量 8%以上的欽資源 )，所以在開發(fā)高磁場永磁材料 (特別是欽鐵硼永磁材料 )方面具有得天獨厚的有利條件，我國的 欽 鐵硼永磁材料特性水平已達(dá)到世界的先進水平，為永磁同步電機的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。有資料做過對比分析，對于 的異步電 機系統(tǒng)效率可達(dá) %，但是同樣容量的永磁 同步 電動機效率可達(dá) %。據(jù)報道，美國 55%以上的電力是消耗在電動機運行上，因此提高電動機的效率很有意義。 相對而言，永磁 同步 電機結(jié)合了直流電機與交流同步電機的優(yōu)點，具有體積小，壽命長，控制簡單，調(diào)速精度高，且不會失步的特點。而后者盡管控制簡單，但直流電機體積大，維護困難，壽命短，電刷結(jié)構(gòu)帶來電磁火花，易形成干擾。這些系統(tǒng)均有其固有的缺陷。但是，它調(diào)速性能差，起動轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低，并且在這類拖動中，其旋轉(zhuǎn)磁場 的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因數(shù)低，輕載時尤甚，這大大增加了線路和電網(wǎng)的損耗，無形中損失了大量電能。接觸式的電流傳輸又限制了直流電動機的使用場合 ； 電樞在轉(zhuǎn)子上，電動機效率低，散熱條件差，冷卻費用高，這些固有的缺點限制了直流電動機向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向發(fā)展。 最老式的用傳統(tǒng)直流電動機調(diào)速的電梯門機一般由電動機配以繼電器、限位開關(guān)和電阻實現(xiàn)開關(guān)門的控制 ，由于 控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置結(jié)構(gòu)簡單，長期以來在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域里占統(tǒng)治地位。 一、各種門機拖動系統(tǒng)的比較 門機拖動 系統(tǒng)從電流型式上分為直流調(diào)速 拖動 和交流調(diào)速 拖動 兩大類，在交流調(diào)速 拖動 中，異步電動機 門機 調(diào)速 拖動 系統(tǒng)和同步電動機 門機 調(diào)速 拖動 系統(tǒng) 已發(fā)展成為占有相當(dāng)比例的兩類調(diào)速 拖動 系統(tǒng) 。它 是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。因此應(yīng)對門保持時間進行很好的選擇 ： 在保證乘客全部安全進出電梯的情況下，盡可能的縮短電梯開關(guān)門時間。在電梯門系統(tǒng)中，還有一個重要的問題就是 門保持時間的選擇 。在 t 6 t 7 的門鎖定階段電機繼續(xù)轉(zhuǎn) 動，轎廂門被壓緊，門刀關(guān)門同時通過機械結(jié)構(gòu)關(guān)閉廳門 直到 t 7 時刻，電機停止轉(zhuǎn)動，門關(guān)閉過程結(jié)束。直到全部乘客進入轎廂，從時刻 t5 開始進入減速階段。從 t4 開始到 t5時刻，為勻速階段。 tlt2時間段為加速階段 ； t2t5為勻速階段 ； t5t 6 為減速階段 ； t6t7 為門 鎖定階段。 (6) 速度曲線及運行過程電梯門機系統(tǒng)的速度曲線如圖 11 所示。有的門機系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測乘客或物體，由于受到性能和成本的限制，應(yīng)用的并不多。當(dāng)乘客或物體仍在門檢測區(qū)域內(nèi)時，電梯的門系統(tǒng)能自動延時關(guān)門，確保乘客全部進入電梯。目前的安全系統(tǒng)主要大都采用光電 式裝置 (如光敏 元件 )，也有的采用電磁式裝置。當(dāng)轎廂門正在關(guān)閉時，如果此時有乘客欲進、出入電梯轎廂 (包括乘客位于轎廂門前某段距離或乘客阻擋轎廂門關(guān)閉 )，則轎廂門應(yīng)該停止關(guān)閉，且重新打開。這部分對乘客安全非常重要。為了提高門系統(tǒng)的快捷性，高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門結(jié)構(gòu)。這部分如同一個小型的電機拖動控制系統(tǒng)。 (1) 梯門電機控制系統(tǒng)這部分主要由門電機控制器、門電機驅(qū)動裝置以及門電動機等組成。電梯門機系統(tǒng)主要由門電動機、門電動機控制器、門電動機驅(qū)動裝置 、門結(jié)構(gòu) (門系統(tǒng)機械部分 )、安全檢測系統(tǒng)、大廳內(nèi)乘客監(jiān)測系統(tǒng)等組成。舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長 ， 因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)。本部分內(nèi)容主要是電梯的電力 拖動 系統(tǒng) 方案設(shè)計 。轎廂的運動由曳引電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進行減速、改變運動形式（將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動）來實現(xiàn)驅(qū)動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動。第一章 電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計 電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源，它驅(qū)動電梯部件完成相應(yīng)的運動。在電梯中主要有如下兩個運動：轎廂的升降運動，轎門及廳門的開關(guān)運動。轎門及廳門的開與關(guān)則由開門電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)開門機構(gòu)進行減速、改變運動形式來實現(xiàn)驅(qū)動，其驅(qū)動功率較小（通常在 200W 以下），是電梯的輔助驅(qū)動。 電梯門 機 拖動系統(tǒng)方案 的創(chuàng)新性 設(shè)計 電梯門機系統(tǒng)簡介 在電梯系統(tǒng)中，為了使其能夠正常工作 ， 也為了提高電梯系統(tǒng)的可靠性一般在電梯系統(tǒng)中都有一些附屬裝置，電梯門機系統(tǒng)即是其中一個。 在電梯中 ，門機系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收來自上位管理與調(diào)度系 發(fā)送的門機控制信號，驅(qū)動門電動機運行，以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動開關(guān)。下面簡單介紹各個組成部分及其速度曲線和運行過程。其中門電機控制器主要用來控制門電機，使其沿給定門機曲線運行，以快速、安靜、準(zhǔn)確的開關(guān)電梯轎廂門和廳門。 (2) 電梯的門結(jié)構(gòu)此部分主要由門扇、導(dǎo)軌、廳門門鎖等構(gòu)成，目前主要采用單扇門和中分門兩種結(jié)構(gòu)。其中門扇必須具 有堅固、防火的特點 ； 導(dǎo)軌用來支撐門扇，故必須表面光滑、堅固且足夠大，以便門扇可靠的移動 ； 廳門門鎖必須滿足安全要求，當(dāng)門扇到達(dá)關(guān)門點時應(yīng)及時的鎖住門。 (3) 安全檢測在電梯控制系統(tǒng)中，為了避免乘客被正在關(guān)閉的門扇傷害，在門系統(tǒng)中大都設(shè)置安全檢測系統(tǒng)，以檢測關(guān)門時是否還有乘客從電梯門上通過。轎廂門打開則不必有此過程。 (4) 大廳內(nèi)乘客檢測系統(tǒng)在一些高性能的電梯系統(tǒng)中，都設(shè)置了大廳內(nèi)乘客檢測裝置，確定乘客是否全部進入電梯。目前主要采用光電裝置和紅外光幕保護 裝置來檢測乘客或物體。 (5) 門過載保護裝置有的門系統(tǒng)設(shè)有門過載保護開關(guān)裝置，當(dāng)電梯在開關(guān)門過程中，因轎廂門受阻而導(dǎo)致動作力矩過大，梯門會自動 向反方向動作，從而達(dá)到保護門電機的作用。速度曲線大致可分為四個階段 ： 加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。 以關(guān)轎廂門為例，在 t1 時刻，門電機得到控制信號 (一般為脈沖信號 )，經(jīng)過一段時間延遲，轎廂門開始動作，一直到 t2 時刻，此段時間為加速階段，其運行距離一般較短。此時，如果有乘客在轎廂門前一定距離內(nèi)或者在門扇 中間阻擋轎廂門的關(guān)閉，則電機得到一個脈沖信號，則電機提前進入減速階段，如 t3t4時刻所示，然后反轉(zhuǎn)，轎廂門重新打開。在 t6 時刻，轎廂門實際已經(jīng)關(guān)閉。 圖 電梯門機運行速度曲線 以上簡要敘述了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。 因為門的保持時間過長，會影響電梯的運行效率，而保持時間過短又不能保證乘客全部安全的進入轎廂。 v1v2v2t1t 3t 4t 5t 6t 7t1v 門機拖動系統(tǒng) 方案 設(shè)計 電梯門機 拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)，相對整個電梯系統(tǒng)來說， 是不容忽視的。因 此在實際應(yīng)用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)，其設(shè)計就顯得尤為重要。 目前 有 三大類 門機拖動 系統(tǒng) ： 直流電動機 門機 拖動 系統(tǒng)、異步電動機 門機 拖動 系統(tǒng)、永磁同步 門機 拖動 系統(tǒng)。但是由于直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、故障多、維護困難且工作量大，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn) ； 機械 換向器的換向能力限制了電動機的容量、電壓和速度 。 在交流電網(wǎng)上，因異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護簡單等優(yōu)點，所以長期以來，在不要求調(diào)速的場合，異步電動機占有主導(dǎo)地位，例如風(fēng)機、水泵、普通機床的驅(qū)動中，人們廣泛使用交流異步電動機來拖動機械工作。 當(dāng)前，電梯門機控制系統(tǒng)主要有由交流電機及其 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的， 也有少數(shù)由直流電機及其調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的。除整套系統(tǒng)的成本較高外，前者雖然體積小，壽命長，但控制較復(fù)雜，對控制系統(tǒng)中的處理器性能要求較高，而且如果為同步電機，在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。這些缺陷在電梯實際運行中就表現(xiàn)為電梯 門開關(guān)不正常，維護工作量大等困擾操作人員的問題，進一步可造成嚴(yán)重經(jīng)濟損失甚至人身傷害。而且，從提高效率，節(jié)約能量方面看，永磁 同步 電機也有優(yōu)勢。在所有類型電機中，永磁 同步 電動機的損耗最小、效率最高。 隨著電子技術(shù)的進步，電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件的價格不斷下降。 永磁材料的發(fā)展極大地推動了 永磁同步電動機的開發(fā)應(yīng)用。當(dāng)今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。自 1958 年世界上第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件、第三代復(fù)合場 控器件直至 90 年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路 IPM。 70 年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，為交流電機的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。對最新的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆變電路是其控制系統(tǒng)中必不可少的功率環(huán)節(jié)。隨著電子技 術(shù)的發(fā)展，各種集成化的數(shù)字信號處理器 (DSP)發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到了很大提高，出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的 DSP。計算機技術(shù)的應(yīng)用除了實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，便于故障監(jiān)視、診斷和保護等功能外，還可以用于計算機輔助分析和數(shù)字仿真。它們的飛速發(fā)展促進了電機控制理論的發(fā)展與創(chuàng)新。這種理論的主要思想是將交流電機電樞繞組的三相電流通過坐標(biāo)變換分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，從而將交流電動機 模擬 成直流電動，獲得與 直流電動機 一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性。永磁電機幾乎遍及航空，國防，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 日常生活的各個領(lǐng)域。數(shù)控和精密機床也大量應(yīng)用永磁電機 。家用電器中永磁電機取代異步電機的地方也不少 ，如空調(diào)器己開始用永磁直流無刷電動機帶動空調(diào)壓縮機和通風(fēng)機，洗衣機用永磁直流無刷電動機帶動洗衣桶旋轉(zhuǎn)等。可以毫不夸張地說，永磁同步電動機己從小到大，從一般控制驅(qū)動到高精度的伺服驅(qū)動，從人們?nèi)粘Ｉ畹礁鞣N高精尖的科技領(lǐng)域作為最主要的驅(qū)動電機出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。 表 11 三種 伺服系 統(tǒng)控制方案比較 伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng) 永磁同步伺服系統(tǒng) 異步交流伺服系統(tǒng) 電機結(jié)構(gòu) 有電刷 和換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 比較簡單 簡單 最大轉(zhuǎn)矩約束 整流火花，永磁體退磁 永磁體退磁 無特殊要求 發(fā)熱情況