永磁同步无齿轮曳引机技术解决方案

1）关键软硬件技术概述

（1）电梯扶梯节能改造的关键硬件技术

主要考虑电气系统部分改造。

①电梯控制系统。

从传统的继电器、PLC控制到现在的微机控制，以至现在功能更全面更先进的一体化控制。

②驱动系统。

从直流调速、交流变极调速驱动、调压调速驱动到现在的变压变频调速技术。

③曳引系统。

从行星齿轮曳引机、蜗轮蜗杆曳引机到现在的永磁同步无齿轮曳引机。

④光源系统。

从白炽灯、日光灯到现在更节能的LED灯。

⑤电能回馈装置。

电梯电能回馈装置安装方便，无需调试，节电效果明显，据统计，一般在高速电梯上加装电梯电能回馈装置，其节电达30%；一般在低速电梯上加装电梯电能回馈装置，其节电也能达10%。

⑥扶梯感知系统。

电梯、自动扶梯属于负载率很低的设备，轻载或空载的时间占绝大多数，而满载运行的时间相对来说是很少的，在自动扶梯上采取适当的措施进行节能其效果是非常惊人的。

（2）电梯扶梯节能改造的关键软件技术

①功能时段集选原则，上下班上下集选择。

根据上下班的时间，对电梯软件写入上下班的时间段，并要求在上班时间电梯进行上集选控制，在下班时间切换到下集选控制，这样就能提高电梯的运行效率，降低电梯的能耗。

②功能楼层停梯原则，避免层层停梯。

电梯有一部分能耗是消耗在电梯启动和制动的过程中。如果有多台电梯，可以设置一部分电梯单层停靠，另外一部分电梯双层停靠；对于低楼层，电梯不停靠；增加楼层按钮防捣乱的功能等。这样就可以避免层层停梯，从而降低电梯的能耗。(www.xing528.com)

③并联、群控。

当有两台或两台以上的电梯时，可以采用并联控制或群控。电梯群控系统是通过对电梯群的运行状态进行实时监测与分析，再根据不同的实际情况对多台电梯进行优化调度和合理分配。电梯群控系统采用优化控制策略来管理多台电梯协调运转，可以提高电梯的运行效率，缩短人们的候梯时间，减少电梯能量的损耗。

④交通流量分析。

对既有建筑要进行交通流量分析，了解楼层数、楼层间距、楼层功能以及一天当中客流密度的相关资料，可以计算出入流量，从而得出需要配置电梯多少台、电梯的额定速度、额定载重量。通过交通流量分析，可以合理配置电梯的数量、种类，降低采购的成本。

2）电梯节能主要技术

（1）电梯群控技术

在高层建筑物中，通常都是要并联设置若干台电梯的，那么各个电梯之间怎样连接就成了一个重要问题了。如果并联的电梯之间是相互独立的，那么即将使用电梯的用户就会同时按下多台电梯的呼梯按钮，这样就很容易出现轿厢扎堆的问题，同时也降低了电梯的工作效率。因此在20世纪40年代出现了所谓的电梯群控技术，其工作原理就是将若干台电梯组成一组，控制系统选择分布式的方式，在对各台电梯进行协调和控制的过程中，可以充分地分析高层建筑的使用情况，从而选择最佳的输送方式。电梯群控技术的出现，不但降低了召唤电梯的响应时间，同时也提高了建筑物内部各台电梯的工作效率，起到了节能的作用。

通常情况下，电梯群控系统都是通过继电器控制的，也就是所谓的自动方式选择系统。但是，这种方式有着明显的缺点，不但无法进行复杂的逻辑推理，同时结构复杂、维修困难并且可靠性较低。但是，随着近些年来集成电路的快速发展，电梯群控系统的结构得到了一定的简化，同时可靠性也得到了进一步的加强。从20世纪80年代开始，电梯群控系统中也相继应用了模糊控制、人工神经网络以及专家诊断系统等先进技术，大大提升了电梯群控系统的智能化程度。

（2）永磁同步无齿轮曳引机技术

长久以来，在选择电梯的驱动机构时，都是选择蜗轮蜗杆曳引机，因为其具备结构简单、传送稳定并且传动比大的优点。但是，在21世纪随着我国科学技术水平的高速发展，对于电梯产品的使用性能也提出了更高的要求。同时，市场中出现很多新型的电梯产品，如小机房电梯和无机房电梯等。而要想与这些新型产品相配套，那么电梯的驱动机构就必须具备体积小并且低速大转矩的特点，而传统的蜗轮蜗杆曳引机就无法满足这种需求了。因此，最新研发成功的永磁同步无齿轮曳引机就应运而生了。这种技术在应用先进的电子控制技术和高密度的永磁材料的基础上，采用了经过优化的CAD计算方法，并且已经研制出了多种结果和多种规格的永磁同步发动机，常见的有自起动潜油结构、变频外转子结构、音圈式直线结构以及变频无阻尼绕组内转子结构等。其在不需要励磁电流的前提下就可以将曳引轮安装在电机的转子上，降低了电机的体系，也提高了电机的使用效率。

在与传统的蜗轮蜗杆曳引机对比的过程中，其工作性能不但具有明显的优势，如结构简单、稳定性高、体积小、污染小以及低速大转矩等，同时它还有着明显的节能优势。第一，永磁同步无齿轮曳引机的转子部分采用了高性能的永磁材料，其工作时不需要励磁电流，电源对其干扰也较少，电机的铁耗和铜耗都得到了降低，其满载启动电流只需异步电机启动电流的1/2；第二，永磁同步无齿轮曳引机不用减速机构，电能可以直接被转化成为机械能，机械传动效率几乎可以达到100%，节能效果十分明显。

当然，现阶段要想永磁同步无齿轮曳引机完全取代传统的结构是不现实的。在超低速的运行环境下，其稳定性略显不足，而很多大吨位的超低速货梯，还是建议选择传统的驱动机构。

（3）电梯变压变频调速技术

从出现电梯开始，其拖动设备几乎都是选用直流电动机，而直流电动机也是有着明显的优缺点，其工作时噪声小并且平滑性好，同时其应用范围也很广，但是它体积较大并且结构较为复杂，后期对其的维修有很大的困难。所以，怎样使用交流异步电动机取代直流电动机就是一个很重要的问题了，而核心问题就是异步交流电动机的调速性能，以往使用过的变极调速和调压调速的方式都有着一定的缺点，近些年来，一种名为变压变频调速的技术占据了世界电梯的主要市场，其工作原理为通过调节电机定子绕组供电电压的频率和幅值来调节电机的转速，这种技术的节能效果十分优异，主要体现在以下两个方面。

①传统的调速方式都是要留有足够的余量，而电机也无法在满负荷的状态下工作，这样很多电能就被浪费了，而这种技术能够通过动态调整的方式来适应负载变动，从而提高了电机的工作效率。

②传统的调速方式对于电机的启动力矩是有着明确的要求的，要从电网中吸收足够大的启动电流，这样就会对电网的电压波动产生一定的危害，也造成了电能的浪费，而这种技术具备软启动功能，缓慢地调至额定电流，对电梯的转速冲击以及对电网的冲击都会降低，在节约电能的同时，也延长了电梯的使用寿命。

（4）电梯能量回馈技术

进入21世纪后，在永磁同步无齿轮曳引机节能技术快速发展的基础上，电梯行业也推出了能源再生电梯，从此真正地进入了电梯行业的“造能”时代。当电梯处于满载或是重载下行以及空载或轻载上行的工作状态时，通常都会产生一定的再生电量的。现阶段使用的变压变频调速电梯，这些电量是被存放在电容器中的，这样母线的回路电压就会慢慢升高，而电容器中所存放的直流电能如果不能及时地得到释放，电梯就会出现故障并且停止工作。通常都是采用电阻消耗电容中储存电能的方式来释放这部分的直流电能，因此，电梯运行时电阻耗能所产生的热量很高，不但影响了机房的环境，也降低了系统的工作效率。而所谓的能量回馈技术就是指在变频器直流母线的两端安上能量回馈装置，应用有源逆变技术将再生的能量转变为交流电并返送到电网中去。这种装置的节能效果十分理想，节电的效率为30%左右。另外，采用能量回馈技术，也能进一步降低机房的温度，那么机房空调的耗电量就也随之下降了，也起到了节能的作用。

这种电梯行业的能量回馈技术的节能效果十分优异，但其应用程度还并不十分广泛。究其原因，主要有：第一，这种技术的安装成本较高，而电梯的安装费用和运行费用都是要居住的用户来支付的，通常开发商都不愿意为居住用户承担这一部分费用。第二，能量回馈技术所采用的变频器是一个逆变的环节，其波形也有很大的发生畸变的可能性，因此其对很多用电设备都会造成一定的影响，这在某种程度上也限制了此项新兴技术的推广和应用。随着人们观念的改变和科学技术的发展，这些问题逐渐得到更好的解决后，能量回馈技术也必将得到更多的推广和应用。