稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统技术方案

稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统，属于电力电子技术和电机拖动控制技术领域，适于电梯无齿轮１∶１拖动。主要特征是设置以稀土永磁交流同步电机、同步角位移传感器、直流无刷测速单元、速度控制器和三个电流控制方式的电压型ＳＰＷＭ逆变通道组成四象限运转执行核心；以上位计算机、Ｉ／Ｏ锁定控制器、运动控制单元、系统状态检测单元、显示单元等组成电梯运动控制核心；以制动控制器、能耗箱、冷却控制器和风机组成热交换核心。本发明专利技术解决了传统的有减速机构的电梯耗能高、效率低的问题，并且安全可靠，成本低，实现了超低转速、超大转矩输出，小转矩波动和超低噪声，适于新生产电梯配装，也适于老梯旧梯改造，经济、社会效益显著。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统
本专利技术属于电力电子技术和电机拖动控制
，适于电梯拖动控制，尤其适于1∶1无齿轮电梯曳引方式的拖动控制。
技术介绍
现代电梯不仅应该具有很高的安全性、可靠性、乘坐舒适度及平稳性，还应要求其耗能低、效率高。传统电梯的曳引机都带有减速机构，如涡轮涡杆减速机构、多级行星减速机构，多级斜柱齿轮减速机构等等，这些减速机构消耗能量多，因而这类曳引方式的电梯效率低。目前，将稀土永磁交流同步电机及相应的同步变频调速技术应用于电梯拖动，受到该行业普遍关注，是当前电机拖动界最前沿的技术，其系统构成框架方案很多，但尚无优劣之分的较为统一的标准。而其中方波形稀土永磁交流同步电机及与之对应的直流无刷调速系统，其结构简单，技术难度小，性能指标明显优于传统的异步电机变频变压调速系统，但由于存在着运行噪声大、输出力矩波动的问题，不利于其在电梯场合应用。
技术实现思路
本专利技术就是要解决上述已有技术存在的问题，提供一种对电梯1∶1无齿轮拖动的稀土永磁自同步无齿电梯拖动系统，该系统实现了超低转速、大转矩输出，小转矩波动和超低噪声。本专利技术的技术方案如下：设置稀土永磁交流同步电机及相应的拖动控制系统，所述稀土永磁交流同步电机是超低速、大转矩正弦波型永磁交流同步电机(以下简称电机)，拖动控制系统是正弦波交流同步变频调速系统，由四象限运转执行、运动控制、热交换三个核心部分构成，还设有系统状态检测、监控、显示单元及保护电路；a、四象限运转执行部分：包括驱动电机，并设有与电机同轴安装的同步角位移传感器、直流无刷测速单元，还有三个独立的电流控制方式的电压型正弦脉-->冲宽度调制(SPWM)逆变通道，及向逆变通道输出信息的速度传感器，所述逆变通道由电流控制器组、逆变器组的前置通道、逆变器组顺次连接组成，逆变器组向电机的三相绕组注入与电机磁场保持90°夹角关系的三相正弦波电流；在四象限运转执行部分设置系统的内、外环闭环控制通道，内环是电流控制环，即对逆变器组输出的三相正弦波电流相位及幅值进行监测调控的闭环通道，外环是速度控制环，即对电机轴角速度进行监测调控的闭环通道，另外还设有同步位置控制环，在逆变器组的前置通道设有对逆变器进行桥选控制的电路；上述三个电流控制方式的电压型SPWM逆变通道结合速度控制器和桥选控制电路共同完成四象限运转；b、运动控制部分：设有输入输出接口锁定控制器，运动控制单元，机械制动器，与电机同轴安装的光学编码器；运动控制单元经输入输出接口与电梯调度系统的上位计算机进行信息往来，并向四象限运转执行部分发送相应的运行命令和运行曲线，运动控制单元还判读光学编码器送来的电梯位移情况及系统状态检测单元的信息，发现异常即撤消发出的命令，并启动机械制动器刹车，直流无刷测速单元向速度控制器、锁定控制器实时提供电机轴的角速度信息，当电梯开始运动即转速Nf≠0时，输入输出口被关断，转速Nf＝0时输入输出口被打开；c、热交换部分：设有插接在电网交/直流转换器与逆变器组之间的制动控制器、能耗箱，还设有冷却控制器，风机。本专利技术的主要优点是：1、本方案的正弦波形稀土永磁同步电机及调速系统，实现了超低转速、大转矩输出，小转矩波动和超低噪声，解决了电梯拖动控制系统中的难题；2、结构简单，成本低，电梯耗能低，效率高；3、本方案的1∶1电梯曳引方式，不仅新生产的电梯产品可以很容易配装此系统，过去生产的老梯旧梯也能直接进行改造，因此经济效益和社会效益显著。附图说明图1是本专利技术控制系统结构框图图2是稀土永磁同步电机结构剖视图图3是速度控制器及一个电流控制方式的电压型SPWM逆变通道(包括电流控制器、正弦脉冲宽度调制、驱动器、逆变器以及桥选控制器、正/反转控制器、四象限控制器等)实施例电路原理图-->图4是锁定控制器电路原理图图5是制动控制器、能耗箱电路原理图图6是断相检测电路原理图图7是过热保护电路原理图图中：41-定子槽，42磁钢，43-电机轴，44-控制槽，45-转子，46-定子具体实施方式参见图2，所述的超低速、大转矩正弦波交流同步电机定子为多齿槽(120个槽)、斜槽，绕组为分布短距方式，电机转子为均匀气隙结构，具有16-24个磁极(本实施例用20个磁极)，磁钢为切向布置，在安放磁钢的转子铁芯槽内布有特殊的气隙磁场分布控制槽，转子铁芯与电机轴之间不设隔磁套结构件，转子端板用不锈钢或非金属材料制成，用螺杆固定，转子不设冷却风扇叶片。电机采用铷铁硼材料制作。参见图1、图3，所述逆变器组的前置通道的构成是：设有正弦脉冲宽度调制电路11、12、13，其输入端分别接电流控制器8、9、10及三角波发生器29，其输出端分别接对应的驱动器14、15、16，驱动器的输出端再分别接对应的逆变器17、18、19，还设置受控于运动控制单元32的正/反转控制器26、四象限控制器27，四象限控制器还受控于速度控制器25，正/反转控制器26及四象限控制器25分别向桥选控制器28输出信息，桥选控制器还接受由同步角位移传感器21向其输出的固定相位差为120°的三组正弦信号，综合上述情况后桥选控制器28向驱动器组14、15、16发出逻辑指令；同步角位移传感器21还分别向电流控制器8、9、10的前级乘法器输送其固定相位差为120°的三组正弦信号，经运算后输入电流控制器，构成同步位置控制环。所述逆变器组的前置通道中，正弦脉冲宽度调制11采用积分器IC4C，驱动器14采用IGBT专用驱动器IC7、IC8，桥选控制器28、正/反转控制器26、四象限控制器27由受控于逻辑控制计算机IC11的两组与门电路IC6A、IC6B及反向门IC5A、相应的A/D转换器1C12、IC13、IC14、IC15、IC16构成，积分器IC4C的正输入端接电流控制器8的输出端，负输入端接三角波发生器29的输出端，积分器IC4C的输出端分别接与门IC6A、IC6B的一个输入端，与门IC6A的另一-->个输入端接逻辑控制计算机IC11的O/I接口P10，与门IC6B的另一个输入端接反向门IC5A的输出端，反向门IC5A的输入端接逻辑控制计算机IC11的同一个O/I接口P10，与门IC6A、IC6B的输出端分别经电阻R20、R21、晶体管T4、T5接IGBT专用驱动器IC7、IC8，逻辑控制计算机IC11的接口P00接运动控制单元32，接口P01经A/D转换器IC14接速度控制器25，接口P02、P03、P04分别经A/D转换器IC15、IC16、IC13接同步角位移传感器21，接口P05、P13经A/D转换器IC12接电流传感器CT4，电流传感器CT4再接制动控制器2；其它两组正弦脉冲宽度调制12、13与驱动器15、16电路结构与上述相同。所述的电流控制器8采用积分器IC4B，其正输入端接地，负输入端经电子开关K1与乘法器IC3或称重放大单元39相接；所述逆变器17采用绝缘栅双极晶体管T6、T7，两个晶体管T6、T7的基极分别经电阻R14、R15接IGBT专用驱动器IC7、IC8的输出端，在基极上还分别跨接稳压管D4、D5、D6、D7，晶体管T6的发射极接晶体管T7的集电极，作为逆变器的输出端，并在该输出端挂接电流传感器CT1；其它两组逆变器18、19的电路结构与上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统，包括稀土永磁交流同步电机及相应的拖动控制系统，其特征在于：所述稀土永磁交流同步电机是超低速、大转矩正弦波型永磁交流同步电机（以下简称电机），拖动控制系统是正弦波交流同步变频调速系统，由四象限运转执行、运动控制、热交换三个核心部分构成，还设有系统状态检测、监控、显示单元及保护电路；ａ、四象限运转执行部分：包括驱动电机，并设有与电机同轴安装的同步角位移传感器、直流无刷测速单元，还有三个独立的电流控制方式的电压型正弦脉冲宽度调制（ＳＰＷＭ ）逆变通道，及向逆变通道输出信息的速度传感器，所述逆变通道由电流控制器组、逆变器组的前置通道、逆变器组顺次连接组成，逆变器组向电机的三相绕组注入与电机磁场保持９０°夹角关系的三相正弦波电流；在四象限运转执行部分设置系统的内、外环闭环控制通道，内环是电流控制环，即对逆变器组输出的三相正弦波电流相位及幅值进行监测调控的闭环通道，外环是速度控制环，即对电机轴角速度进行监测调控的闭环通道，另外还设有同步位置控制环，在逆变器组的前置通道设有对逆变器进行桥选控制的电路；上述三个电流控制方式的电压型ＳＰＷＭ逆变通道结合速度控制器和桥选控制电路共同完成四象限运转；ｂ、运动控制部分：设有输入输出接口锁定控制器，运动控制单元，机械制动器，与电机同轴安装的光学编码器；运动控制单元经输入输出接口与电梯调度系统的上位计算机进行信息往 来，并向四象限运转执行部分发送相应的运行命令和运行曲线，运动控制单元还判读光学编码器送来的电梯位移情况及系统状态检测单元的信息，发现异常即撤消发出的命令，并启动机械制动器刹车，直流无刷测速单元向速度控制器、锁定控制器实时提供电机轴的角速度信息，当电梯开始运动即转速Ｎｆ≠０时，输入输出口被关断，转速Ｎｆ＝０时输入输出口被打开；ｃ、热交换部分：设有插接在电网交／直流转换器与逆变器组之间的制动控制器、能耗箱，还设有冷却控制器，风机。...

【技术特征摘要】
1、一种稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统，包括稀土永磁交流同步电机及相应的拖动控制系统，其特征在于：所述稀土永磁交流同步电机是超低速、大转矩正弦波型永磁交流同步电机(以下简称电机)，拖动控制系统是正弦波交流同步变频调速系统，由四象限运转执行、运动控制、热交换三个核心部分构成，还设有系统状态检测、监控、显示单元及保护电路；a、四象限运转执行部分：包括驱动电机，并设有与电机同轴安装的同步角位移传感器、直流无刷测速单元，还有三个独立的电流控制方式的电压型正弦脉冲宽度调制(SPWM)逆变通道，及向逆变通道输出信息的速度传感器，所述逆变通道由电流控制器组、逆变器组的前置通道、逆变器组顺次连接组成，逆变器组向电机的三相绕组注入与电机磁场保持90°夹角关系的三相正弦波电流；在四象限运转执行部分设置系统的内、外环闭环控制通道，内环是电流控制环，即对逆变器组输出的三相正弦波电流相位及幅值进行监测调控的闭环通道，外环是速度控制环，即对电机轴角速度进行监测调控的闭环通道，另外还设有同步位置控制环，在逆变器组的前置通道设有对逆变器进行桥选控制的电路；上述三个电流控制方式的电压型SPWM逆变通道结合速度控制器和桥选控制电路共同完成四象限运转；b、运动控制部分：设有输入输出接口锁定控制器，运动控制单元，机械制动器，与电机同轴安装的光学编码器；运动控制单元经输入输出接口与电梯调度系统的上位计算机进行信息往来，并向四象限运转执行部分发送相应的运行命令和运行曲线，运动控制单元还判读光学编码器送来的电梯位移情况及系统状态检测单元的信息，发现异常即撤消发出的命令，并启动机械制动器刹车，直流无刷测速单元向速度控制器、锁定控制器实时提供电机轴的角速度信息，当电梯开始运动即转速Nf≠0时，输入输出口被关断，转速Nf＝0时输入输出口被打开；c、热交换部分：设有插接在电网交/直流转换器与逆变器组之间的制动控制器、能耗箱，还设有冷却控制器，风机。2、根据权利要求1所述的稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统，其特征在于：所述的超低速、大转矩正弦波永磁交流同步电机定子为多齿槽、斜槽，绕组为分布短距方式，电机转子为均匀气隙结构，具有16-24个磁极，磁钢为切向布置，在安放磁钢的转子铁芯槽内布有特殊的气隙磁场分布控制槽，转子铁芯与电机轴之间不设隔磁套结构件，转子端板用不锈钢或非金属材料制成，用螺杆固定。3、根据权利要求1所述的稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统，其特征在于：所述逆变器组的前置通道的构成是：设有正弦脉冲宽度调制电路(11、12、13)，其输入端分别接电流控制器(8、9、10)及三角波发生器(29)，其输出端分别接对应的驱动器(14、15、16)，驱动器的输出端再分别接对应的逆变器(17、18、19)，还设置受控于运动控制单元(32)的正/反转控制器(26)、四象限控制器(27)，四象限控制器还受控于速度控制器(25)，正/反转控制器(26)及四象限控制器(25)分别向桥选控制器(28)输出信息，桥选控制器还接受由同步角位移传感器(21)向其输出的固定相位差为120°的三组正弦信号，综合上述情况后桥选控制器(28)向驱动器组(14、15、16)发出逻辑指令；同步角位移传感器(21)还分别向电流控制器(8、9、10)的前级乘法器输送其固定相位差为120°的三组正弦信号，经运算后输入电流控制器，构成同步位置控制环。4、根据权利要求1或3所述的稀土永磁自同步无齿电梯拖动控制系统，其特征在于：所述逆变器组的前置通道中，正弦脉冲宽度调制(11)采用积分器(IC4C)，驱动器(14)采用IGBT专用驱动器(IC7、IC8)，桥选控制器(28)、正/反转控制器(26)、四象限控制器(27)由受控于逻辑控制计算机(IC11)的两组与门电路(IC6A、IC6B)及反向门(IC5A)、相应的A/D转换器(IC12、IC13、IC14、IC15、IC16)构成，积分器(IC4C)的正输入端接电流控制器(8)的输出端，负输入端接三角波发生器(29)的输出端，积分器(IC4C)的输出端分别接与门(IC6A、IC6B)的一个输入端，与门(IC6A)的另一个输入端接逻辑控制计算机(IC11)的O/I接口(P10)，与门(IC6B)的另一个输入端接反向门(IC5A)的输出端，反向门(IC5A)的输入端接逻辑控制计算机(IC11)的同一个O/I接口(P10)，与门(IC6A、IC6B)的输出端分别经电阻(R20、R21)、晶体管(T4、T5)接IGBT专用驱动器(IC7、IC8)，逻辑控制计算机(IC11)的接口(P00)接运动控制单元(32)，接口(P01)经A/D转换器(IC14...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德全，吕笑岩，赵宏安，兰刚，樊如英，李滔，高春月，王首，
申请(专利权)人：杭州航天万源稀土电机应用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]