阿尔法EPM曳引机及控制系统在无机房电梯中的应用

随着建筑业的发展，进入90年代世界各大电梯公司纷纷研制出无机房电梯，无机房电梯成了电梯行业的热门话题，也成了各种电梯展和电梯技术研讨会的热点。 　　无机房电梯不是简单的将电梯的机房去掉，而是电梯设计观念上的变革和进步。无机房电梯的应用，节省了建筑物的空间，减少了建筑成本。省掉建筑物顶端的机房给建筑物的外观设计带来更大的灵活性。更重要的是随之应用的一些新技术，新部件，使电梯的性能进一步提高，更加节省能源，更加环保。无机房电梯是电梯工业的一个重要的发展方向。 　　然而，各大电梯公司推出的无机房电梯，要么申请了专利，如通力电梯公司采用碟形无齿同步曳引机制造的无机房电梯；要么采用了自己的专有技术，如OTIS公司最近推出的GEN2无机房电梯，采用钢丝带取代了钢丝绳，使得主机的驱动轮直径也相应减少，曳引机体积更小。这些技术一般中小公司很难仿制和掌握。 　　如此广阔的无机房电梯市场，中小电梯公司真的就只能眼睁睁的看着大公司来瓜分么？回答是否定的，大家都知道，无机房电梯技术的关键是驱动主机和控制系统，德国阿尔法公司的EPM系列曳引机和控制系统正是在这种背景下推出的，是一种面向中小电梯企业的无机房电梯解决方案。 　　一、 无机房电梯常见的井道布置形式 　　1． 主机上置式 　　　　这种布置方式中，主机放在井道顶层轿厢和电梯井道壁之间的空间，为了使控制柜和主机之间的连线足够短，一般将控制柜放在顶层的厅门旁边，这样也便于检修和维护。 　　2． 主机下置式 　　　　主机放在井道的底坑部分，放在底坑轿厢和对重之间的投影空间上，控制柜一般采取壁挂形式。这种放置方式给检修和维护也提供了方便． 　　3． 主机放在轿厢上； 　　　　主机放在轿厢的顶部，控制柜放在轿厢侧面，这种布置方式，随行电缆的数量比较多。 　　4． 主机和控制柜放在井道侧壁的开孔空间内 　　　　这种方式对主机和控制柜的尺寸无特殊要求，但是要求开孔部份的建筑要有足够厚度，并要留有检修门． 　　　几种无机房电梯井道布置示意图如下： 二、无机房电梯对驱动主机和控制系统的要求 大家知道无机房电梯省去了传统的电梯机房，一般情况下将电梯驱动主机和控制系统以及一些其它的部件统统放到了井道中。相应的对电梯的主机和控制系统提出了一些特殊的要求： 　　1、 对主机的要求 　　A． 结构紧凑，功率密度高，适于安装在井道内。 　　B． 噪音低，振动小，运行平稳舒适。 　　C． 可靠性高，平均无故障时间长。 　　D． 高效率，维护费用少，运行成本低。 　　E． 价格低。 　　2、 对电梯控制系统的要求 　　A． 结构紧凑，体积小，便于安装。 　　B． 抗干扰，可靠性高，安全余量大。 　　C． 检修方便。 　　D． 省电高效。 　　三、阿尔法EPM曳引机的结构和特点 　　德国阿尔法高精密变速器制造责任有限公司是高精密变速器专业制造商，其行星齿轮箱的加工技术在世界机械加工行业处于领先地位。阿尔法公司生产的变速器是欧洲航空航天和军工技术的专用产品，广泛应用于航空航天技术、军用技术装置、高精密自动化设备(如机器人、自动化生产线等)。许多国际驰名公司如西门子、大众汽车公司等都是阿尔法公司的固定客户和合作伙伴。　 　　EPM曳引机是采用交流永磁同步电机驱动的行星齿轮曳引机。该曳引机是在两大基础上形成的，一是阿尔法公司在工业驱动技术领域、变频控制技术领域所积累的宝贵经验，二是该公司在高精密减速箱和高效能紧凑型电机领域所掌握的关键技术。 　　采用行星齿轮减速箱有如下优点： 　　结构紧凑：采用两级三行星齿轮传动技术，体积更小．如:EPM300曳引机带电机和曳引轮的宽度只有326mm. 　　传动效率高：由于其结构的对称性，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力互相平衡，便于提高传动效率，其传动效率可达９８％．如：1吨1米／秒的电梯消耗的功率只有7.3KW,节能效果显著. 　　运行平稳：由于其结构的对称性，啮合力相互平衡，故运行平稳．运行噪音小于62分贝。 　　寿命长：齿轮经特殊处理，齿面硬度高并且坚韧耐磨． 　　维护费用低：无漏油渗油，15年不须加润滑油。 　　EPM电梯曳引机是阿尔法公司的专利产品，常用的减速比有２１：１和３１：１两种．采用减速机构有两个优点:一是，改变了转矩，使输出转矩增大，提高了启动和运行时的转矩;二是将输出转速降低，有利于对电梯进行更精确的控制。 　　EPM曳引机采用阿尔法公司自行研制的交流永磁同步电机，并且在电机内部内置了旋转变压器（也称作信号解析器），分辨率为电机每转一周产生１０２４个ｓｉｎ／ｃｏｓ脉冲，旋转变压器用以测量转子的位置和电机的转速。　从结构上讲旋转变压器由定子和转子组成，定子和转子又分别具有两个空间上成９０度的绕组，若在一个定子绕组上施加交流参考电压（即励磁电压），则转子绕组与定子绕组平行时在转子绕组内产生最大电压，当转子绕组与定子绕组成９０度时，组转子输出为零，随着电机轴的转动，在一个转子绕组内产生的电压呈正弦波，而另一个转子线圈内感应的电压成余弦波。 　　即 　　其中K为幅值 　　ω为励磁电压的角频率　 　　θ为轴角，即转子绕组与定子绕组的夹角　　 　　根椐测量的Eｓ　、Eｃ的值就可以计算出转子的转速和位置作为对转子进行精确控制的依据。 从结构和原理上采用旋转变压器测量电梯的位置和转速精确性和稳定性更高．不会出现丢失脉冲的情况． 结构上，交流永磁同步电机由旋转的永磁转子和绕组组成的定子构成。 　　定子中有一个三相线圈，电流流过线圈产生一个旋转磁场。 　　永磁转子由特殊的稀土材料做成，这些特殊的稀土材料将强剩磁感应和强永磁场强等优点结合起来，特别适于制造小体积小惯量高效能电机。由于采用了永磁材料，省掉了传统意义上的转子励磁，换向器和碳刷，使电机结构更加紧凑。运行时，根据永磁转子的位置，给定子施加一定的控制电压，从而驱动永磁转子转动，达到驱动负载运行的目的．曳引机的制动器采用颚式安全制动技术，双制动线圈。内置磨损监控装置，使机器运行更安全可靠。 　　四、阿尔法电梯控制系统 　　控制柜有PLC控制柜和微机控制串行通讯控制柜两种。 　　两种控制系统功能齐全，井道信号简单，采用井道自学习方式，省掉了井道中的换速信号，减少安装和调试的时间。全部留有远程监控接口，可与本公司的远程监控系统连接。可选配电梯停电应急电源。抗干扰能力强，能适应环境恶劣的现场。 　　由于EPM电梯曳引机采用交流永磁同步电机，因此对控制系统提出了比一般异步电机更高的要求。由于控制同步电机不仅要知道电机的转速而且要知道转子的位置，因此要采用能够驱动同步电机的伺服驱动器，一般的通用变频器不能满足要求。目前阿尔法电梯控制系统可以选配KEB，DIETZ、CT等厂家的驱动器。这些公司的驱动系统经过实践证明可以和阿尔法的EPM曳引机很好的匹配，完全能够满足系统的要求。 PLC控制柜的电梯内选、外呼输入输出共用一根信号线，井道接线减少一半。 　　控制柜的尺寸可以根据装在井道中的不同位置进行调整，满足不同现场的要求。 　　五、采用EPM曳引机的应急救援方式 　　无机房电梯由于将机房省掉，给乘客救援带来不便。 　　采用EPM曳引机的无机房电梯可以采用如下的救援方法： 　　１． 手动轮救援解困法 　　停电救援时，将总电源开关断开，切断电梯控制系统与外电网的联系，将电梯电机绕组接成短路。 在确保门关好的情况下，松开抱闸，轿厢因为齿轮箱内磨擦力很小，而会马上动起来，等轿厢滑到平层位置，将门打开，放出乘客。 　　将电机绕组接成短路是因为当电梯溜车时，因为永磁转子的运动，可以在电梯短路的定子中产生感应电动势，因为定子短路，所以在定子中产生感应电流，感应电流产生了力矩正好阻止转子的转动，这样可以防止电梯溜车速度过快而产生危险。 　　若因为摩擦力大，轿厢不能自己动起来，可以用EPM曳引机附件中所带的手动轮或手动斜齿轮，将轿厢手动盘车到平层位置，然后开门放人。 　　因为曳引机采用齿轮减速，因此用很小的力矩就可以转动轿厢，这一点是永磁同步无齿轮曳引机所无法比拟的。 　　２． 采用与EPM曳引机配套的应急电源。 　　阿尔法公司有专门与EPM曳引机配套的电梯应急电源，结构紧凑、易于安装，能够驱动永磁同步电机。 正常时，应急装置处于充电待机状态。蓄电池电量充到一定程度后，处于浮充状态。 停电时，若电梯不在平层位置，则应急电源自动投入运行，利用蓄电池中储存的电能将电梯轿厢拉到平层位置，然后开门放人。 　　因此，采用阿尔法曳引机可以方便的进行应急救援。 　　目前该应急系统已经过多家用户使用,效果很好。 　　六、怎样减小振动和噪音 　　电梯运动就会产生噪声和振动，因此若要消除振动和噪音是不可能的，除非让电梯停下来。 　　我们要讨论的是怎样减小振动和噪音。 　　电梯振动和噪音的产生的原因很多，不外乎产生在如下部位：电梯电机、变频器、减速箱、表面粗糙的电梯导轨、制动器、轿厢结构产生的共振等等。这里我们着重介绍怎样消除由电梯主机和变频器产生的振动和噪音。 　　大家知道人耳朵能分辨出来的声音范围是：20HZ－20KHZ，设置变频驱动器的载波频率时，尽量设的大一些，现在大部分变频驱动器的载波频率都可以设定在12KHZ以上，这样，可以基本上将变频器产生的噪音控制在人耳朵分辨范围之外，因为超过15KHZ的频率人的耳朵几乎是听不到的。 　　还有就是变频器的参数要与所驱动的电机参数匹配，现在好多变频器具有自学习功能，通过自学习，可以自动调整变频器的某些参数与电机相匹配，阿尔法EPM电梯曳引机在正式运行使用