引言
近幾年來，隨著無機房、小機房電梯的廣泛應用，永磁同步電動機的無齒輪傳動成為目前電梯行業(yè)的技術(shù)發(fā)展主要趨勢。無齒輪傳動電梯由電動機的輸出軸直接與主機的曳引輪連接，不需要齒輪減速或其它減速機構(gòu)，直接驅(qū)動電梯運行。這種傳動方式具有傳動效率高、噪音低、機械結(jié)構(gòu)簡單等特點，是電梯眾多曳引傳動方式中最佳方案。目前，大多數(shù)電梯產(chǎn)品都采用了變頻驅(qū)動的方式，由傳統(tǒng)的有齒輪傳動電梯到永磁同步電動機的無齒輪傳動電梯，在變頻控制方面有那些不同和要求，這正是本文要討論的問題。
永磁同步電動機的特點（1）永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩比同容量的普通交、直流電動機大
忽略了附加轉(zhuǎn)矩后，永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式為:
（1）上式的反電勢E0為:
（2）從式（1）、（2）可見，T與φ即與B成正比，而永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子磁極采用高性能、低價格的釹鐵硼（NdFeB）稀土永磁材料制成，這種材料在室溫下的剩余磁感應強度高達1.47T，最大磁能積達397.9KJ/m2，比普通電機的B大得多，因而其輸出轉(zhuǎn)矩要大得多。
（2）效率和功率因數(shù)高
該電機不需要無功勵磁電流，可顯著提高功率因數(shù)（可高達1），并減少了定子電流和定子電阻損耗。在電機穩(wěn)定工作時，轉(zhuǎn)子和定子磁場同步運行，轉(zhuǎn)子無感應電流，也就不存在轉(zhuǎn)子電阻損耗，兩者使電動機效率提高2%～8%，而且該電機負載率（P2/PN）在25%～120%范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運行時節(jié)能效果更顯著。
由于異步電動機轉(zhuǎn)子繞組要從電網(wǎng)吸收部分電能勵磁，使得電機得效率及功率因數(shù)較低，尤其電機在負載率小于50%時，兩者都大幅度下降。
（3）永磁同步電動機轉(zhuǎn)子無電流流過，定子繞組中較小或幾乎不存在無功電流，使電動機溫升低，延長了電機使用壽命
綜上所述，雖然采用了高性能的永磁材料，使電機的成本有所提高，但是消除了減速機構(gòu)后，減低了機械制造成本，同時由于電動機效率及傳動效率的提高，使得電梯的變頻調(diào)速裝置容量大為減少。例如，有齒輪傳動的速度為2m/s，載重1000kg的電梯，需要變頻器的容量為22kW，采用永磁同步電動機無齒輪驅(qū)動的同樣電梯，變頻器的容量為15kW。
電梯變頻驅(qū)動裝置的設計要求
（1）由于是無齒輪減速直接曳引，電動機的響應變化將通過鋼絲繩直接作用在電梯轎廂上，因此為考慮電梯的振動、舒適感等指標，需要設計控制精度高，響應速度快的高性能變頻調(diào)速控制器。特別是電流環(huán)的檢測精度和計算響應的速度。
（2）旋轉(zhuǎn)編碼器在永磁同步電動機的控制系統(tǒng)，編碼器除了反饋電動機的轉(zhuǎn)速，還需要檢測電動機的磁極位置，所以編碼器需要能夠反饋磁極位置信號。另外，無齒輪曳引方式，電動機轉(zhuǎn)速較低，因此要求編碼器的分辨率更高，一般要求在4096C/T以上才能使系統(tǒng)有良好的控制性能。所以這種電梯系統(tǒng)一般會選用絕對值或正、余弦的高性能旋轉(zhuǎn)編碼器。而目前一般的變頻器標準配置為A、B相的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，這就要求在變頻器的設計中要考慮新的旋轉(zhuǎn)編碼器的接口和應用設計。
（3）與交流異步電動機比較，永磁同步電動機在額定頻率下并不能自起動，需要在變頻器驅(qū)動下起動。這是因為永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子是永磁體，其轉(zhuǎn)子磁場是恒定的，所以定子磁場的產(chǎn)生需要配合轉(zhuǎn)子磁場磁極的位置，以產(chǎn)生電動機運轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)矩。因此在永磁同步電動機的電梯系統(tǒng)中，變頻器需要設計有通過編碼器反饋檢測磁極位置信號，并根據(jù)磁極位置、電動機的轉(zhuǎn)速、所須轉(zhuǎn)矩等產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場的功能。
（4）在目前的系統(tǒng)中，對永磁同步電動機的磁極檢測，在變頻器的設計上，需要對變頻器參數(shù)進行初始化設定。很多時變頻器需要對電動機進行空載運轉(zhuǎn)來作設定，但是對于電梯產(chǎn)品，當一臺電梯安裝完成后，這是電動機上已經(jīng)掛上了轎廂、對重等負載，再進行空載運轉(zhuǎn)來作磁極位置初始化設定并不實際，所以在這種電梯系統(tǒng)中，變頻器需要有不需空載運轉(zhuǎn)來作磁極位置初始化設定的功能。
（5）為了保證在各種負載條件下電梯都獲得較好的起動特性和制動特性，在無齒輪曳引驅(qū)動控制系統(tǒng)中設置負載檢測裝置是十分必要的。在系統(tǒng)中，由于如前所述，采用絕對值或正、余弦的高性能旋轉(zhuǎn)編碼器，變頻器的設計可以利用旋轉(zhuǎn)編碼器的性能，在電梯起動瞬間，計算出需要補償?shù)牧兀⒀a償進輸出力矩上，從而達到平穩(wěn)起動。這需要變頻器在信號檢測精度、抗干擾能力和計算響應速度上都有一定程度的提高。
（6）考慮到無齒輪曳引，需要低速大轉(zhuǎn)矩，因此電動機要采用多極數(shù)的設計，一般都在20極以上，甚至有40及或更高的。所以電梯用的變頻器比以前需要能適應更高電動機極數(shù)的要求。
（7）噪音傳統(tǒng)的電梯系統(tǒng)，由于采用的是有齒輪減速箱的傳動方式，所以電梯機房的噪音一般是以齒輪箱的噪音為主。而采用永磁同步電動機的無齒輪傳動的電梯，由于沒有了齒輪減速箱，電動機的電磁噪音就成了電梯機房噪音的主要成分。所以系統(tǒng)對變頻器在電動機噪音抑制方面也提出了更高的要求。
（8）保護一般的變頻調(diào)速電梯，其變頻器的設計在對自身的保護和對系統(tǒng)及安全方面的保護都作了不少的考慮，但是對于永磁同步電動機的無齒輪傳動的電梯，在傳統(tǒng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)無齒輪傳動的特點以及永磁同步電動機的特點，在電梯的安全性方面進行新的設計。如對電動機可能因磁極位置檢測錯誤而發(fā)生的失速動作進行保護，這需要變頻器有專門的設計，同時有更高的檢測和計算速度。
（9）能量回饋電梯作為垂直運輸?shù)慕煌üぞ�，其特點決定其運行過程中必然存在電動和發(fā)電兩種狀態(tài)。傳統(tǒng)的電梯變頻器在設計上，一般是將電梯在發(fā)電狀態(tài)運行時反饋的能量通過電阻消耗掉。一方面，變頻器這樣的設計會比較簡單，成本較低；另一方面，傳統(tǒng)的電梯采用有齒輪減速箱的傳動方式，效率較低，所以反饋的能量也較少。但是采用永磁同步電動機的無齒輪傳動的電梯，由于沒有齒輪減速箱，效率提高了，所以反饋的能量也相應增加了不少。如果還是采用傳統(tǒng)的方法，通過電阻消耗，一個是電阻的功率、體積和成本都大幅提高，另一個在能源緊缺的今天，也不符合節(jié)能環(huán)保的趨勢。因此在永磁同步電動機的無齒輪傳動的電梯系統(tǒng)中，變頻器的設計需要有能量回饋的功能，將這些反饋的能量通過變頻器回饋到電網(wǎng)。
系統(tǒng)的一些實際應用情況
4.1電梯運行過程的噪音距電機
1米的上、前、后、左、右五點進行測試，取平均值根據(jù)該值與環(huán)境噪音差值進行修正，結(jié)果為58dB，小于企業(yè)標準75dB，比現(xiàn)行電梯系統(tǒng)噪音低得多。
4.2電梯運行舒適感
它指電梯運行過程中加、減速及勻速過程中的振動加速度，從圖3、圖4可見，勻速運行的振動加速度小于15gal，低于20gal設計值。加、減速過程的振動加速度超過20gal但小于25gal滿足設計要求。
該系統(tǒng)經(jīng)過應用設計被成功運用在電梯產(chǎn)品上，到今年已經(jīng)在全國多個客戶安裝運行，客戶普遍反映該產(chǎn)品具有運行噪聲低、耗電少、運行平穩(wěn)的特點。
