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电梯电机普遍选用永磁同步类型,这主要是因为永磁同步电机具备易于实现低转速和高功率输出的特性。这种电机的结构紧凑,功能全面,集成了曳引电机、曳引轮、电磁制动器和光电编码器等多种部件,安装简便,使用方便。尤其在无机房电梯的开发和运用中,将永磁同步曳引电机安置于电梯井道内,不仅节省了机房建造的费用,还提升了建筑物的外观美感。电梯承载量一旦发生波动,永磁同步电机便能够通过调整角度进行适时调整,并且其反应速度极为迅速。
为确保电梯启动和停止时的舒适体验以及精准的楼层到达度,系统内增设了精确的转子定位器和电压电流监测设备,这些装置能够实时监测电机磁场的强度与方向。具体到位置检测部分,我们采用了转子位置传感器,如光电编码器或旋转变压器等。电梯轿厢的负载检测设备能够采用多种方式,如位置型和压力型等,对电梯的负载进行事先的测量和计算,并据此提供合适的力矩方向和大小。该装置能够输出开关量、模拟量(如电压)以及频率量(具有强抗干扰能力,支持远距离传输)。
永磁同步电机,确切地说,应当称作异步启动同步运行的永磁电机。此类电机在应用时,能够以相同尺寸替换原有的Y、Y2、Y3等型号电机,从而简化了更换流程。相较于普通电机,永磁电机具备其独特的特性。
转速保持不变,属于同步转速范畴。相比一般电机,其转速略高,以4极普通电机为例,其转速大约为1400转每分钟,而永磁同步电机的转速则达到1500转每分钟,丢转现象较少。
永磁电机的功率因数较高。在电机正常运行状态下,转子的旋转速度与定子磁场的旋转速度保持同步,且转子磁极由永磁磁钢制成,无需电流参与,这使得定子上的感应电流减少,从而提高了功率因数。通过精心设计,永磁电机能够适应不同的功率因数工作状态,包括滞后、单位以及超前功率因数。通常,滞后功率因数可以达到甚至超过0.95的水平,广泛采用永磁电机能够有效减少对无功功率补偿器等设备的依赖。
效率显著,尤其是在运行过程中。当永磁电机正常工作时,得益于转子磁极选用了永磁材料——钕铁硼磁钢,其磁场足以维持电机的稳定运行,从而消除了转子绕组的损耗。同时,转子铁耗也得以避免,这使得其效率远超普通电机。当前,大多数永磁同步电机的设计都能轻松满足GB/T18613-2012版所规定的二级能效标准,甚至有的能达到一级能效水平;然而,对于普通电机而言,实现同等性能则相对复杂,尤其在低功率电机领域,这一现象尤为突出。
永磁同步电机的经济运行区间相对较广。通常情况下,普通电机的这一范围大约在额定负载的60%至100%之间。当负载低于60%时,电机的效率和功率因数曲线会迅速下滑,导致其运行效率和功率因数均处于较低水平。永磁同步电机的经济运行区间显著宽于普通电机,其效率在额定负载时表现卓越,且在25至120%的额定负载区间内仍保持较高水平。其效率曲线相对平缓,波动较小。电机效率普遍保持在额定效率的80%以上。相比之下,普通电机在35%额定负载附近效率会急剧降低,甚至降至30至40%的较低水平。永磁电机在25%的负载下,其功率因数能够升至0.9及以上,且负载越轻,功率因数提升越明显;相比之下,普通电机在额定负载时的功率因数大约在0.85左右,但随着负载的降低,其功率因数会迅速下降至0.5以下。
体积小巧,重量轻盈。这是因为永磁电机转子采用了稀土永磁材料,从而降低了损耗,提高了效率和功率因数。在确保效率和功率因数的同时,其体积得以缩小,重量也得以减轻。对于需要小机座号且追求大功率的场合,这种电机相较于普通电机具有无法比拟的显著优势。
堵转转矩的倍数显著。一般而言,普通电机的堵转转矩通常为额定转矩的1.6至2.3倍,而永磁电机的堵转转矩则普遍能达到2.4倍以上,部分型号甚至能超过3.5倍。某些情况下,人们将永磁电机称作“高效且具备高起动转矩的同步电机”,面对那些对起动转矩有较高要求的设备,众多情况下会选择使用高滑差电机,然而这类电机的效率却相对较低;此外,还有通过增加电机容量来提升起动转矩的做法,但在实际运行中,负载率往往较低,导致效率和功率因数均不高,从而造成了设施和能源的浪费。采用永磁电机后,在实现相同转矩的条件下,可以适当降低电机的体积和功率;此外,永磁电机的功率因数和运行效率均较高,因而其节能效果尤为显著。
低速运行时效率却很高。市面上10极以上的普通电机并不多见,并非技术限制,而是随着转速降低,效率难以提升,同时机座尺寸增大,功率却相对较小,这在过去被视为不合算。然而,永磁电机却能制造出高极数的电机,例如异步启动的永磁电机就有24极,甚至还有32极的。转速设定得较低,对于某些设备可以直接驱动,无需使用减速装置,从节能的角度来看,这样做能够提升效率。此外,永磁电机由于转子损耗较低,尽管极数较多,其效率仍能实现较高水平,节能潜力巨大。
永磁电机制造成本昂贵,其加工过程亦相当繁琐。这主要是因为采用了性能卓越的稀土永磁材料钕铁硼,导致生产成本上升。此外,永磁体被置于转子内部,其设计和安装工艺的复杂性也相应提升了制造成本。
永磁电机的启动有其独特之处。通常情况下,这类电机不宜采用降压启动方法。以380V、50HZ的普通永磁电机为例,当电压降至330V时,启动会变得尤为困难,转子会出现剧烈抖动现象。对于小功率的永磁电机,一般会选择直接启动的方式。而对于大功率的永磁电机,在变压器容量足够充裕,并且对设备的机械冲击要求不是特别严格的情况下,也可以直接启动。否则,建议采用变频器驱动的软起动方式
三相交流永磁同步电动机的驱动,可通过“定子绕组封星”这一方法实现,从而在电梯非驱动阶段,制动器失灵时,由电动机自身产生制动电磁转矩,以此抑制意外情况下的“快速溜车”。然而,这种连接方式所发挥的功能,不应与电梯的上行超速保护系统、电梯意外移动的安全保护系统相混淆。