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基于发电机转矩特性分析无齿轮电梯“封星”的应用
——浙江玛拓驱动设备有限公司 李树国
2010-12-14 12:47:35  作者:  来源:《赛尔电梯市场》90期
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  •   自永磁同步无齿轮曳引机在电梯上应用开始,其“封星”制动功能一直被作为优点宣传和应用,在其为电梯提供安全保护的同时,也增加了电梯事故的风险。本文从控制电路的角度分析目前应用封星的风险,从永磁同步发电机转矩特性的角度分析“封星”后的电梯转矩与电机转矩关系,提出“封星”用于紧急救缓的方案,供同行参考。

  摘要:自永磁同步无齿轮曳引机电梯上应用开始,其“封星”制动功能一直被作为优点宣传和应用,在其为电梯提供安全保护的同时,也增加了电梯事故的风险。本文从控制电路的角度分析目前应用封星的风险,从永磁同步发电机转矩特性的角度分析“封星”后的电梯转矩与电机转矩关系,提出“封星”用于紧急救缓的方案,供同行参考。

  永磁同步无齿轮曳引机将三相绕组引出线用导线或者串联电阻按星形连接,行业内称为“封星”。此时曳引机作为三相交流永磁发电机,电梯机械系统的不平衡力矩带动曳引轮运转,则发电机吸收机械能转化为电能,通过“封星”导线或电阻形成的闭合回路将电能消耗掉。当机械转矩与电机电磁转矩相平衡时,曳引机即可以匀速运行。

  从无齿轮曳引机开始应用,“封星”就是一直被作为安全保护功能使用,甚至有地方检验机构要求无齿轮电梯必须有封星控制功能。目前电梯控制系统常用的封星方法有四种,具体电路图见图一到图四。

  

  图一

  图一的方法以主接触器KM1的辅助触点来实现封星,其特点是成本低,控制简单。风险有两个,一是KM1主触点和辅助触点同时动作,辅助触点的动作稍超前主触点,就有可能导致变频器短路;二是接触器的辅助触点容量不足以通过短路溜车时的电流。

  

 

  图二

  图二的方法是以永磁曳引机专用的接触器KM1来实现封星,KM1自身的主触点有两组,一组作为主触点来控制变频器输出,另一组自带延时功能实现封星,接触器的结构能保证两组触点不会同时闭合,同时能保证常闭触点断开后延时接通常开触点,常开触点断开后延时接通常闭触点,此方法可靠性较高。

  

  图三

  图三的方法是使用一个封星接触器KM2来实现封星,由电梯控制主板或者时序控制板来控制KM1、KM2的时序关系。电梯正常运行过程能保证不出现安全事故,如遇停电等意外情况难以保证两个接触器同时断开,导致曳引机带速短路。

  

  图四

  图四也是使用封星接触器KM2来封星,主接触器KM1是专用接触器,其失电后主触点立即断开,其辅助触点延时动作断开KM2,实现延时封星的功能。

  所有封星方法的目的都是为了增加电梯安全,同时都带来隐患。在变频器有输出的情况下封星都会对变频器造成短路,有可能会损坏变频器;在曳引机带速的情况下封星都会对电机造成冲击,导致电机永磁体有失磁、绝缘损坏、定子结构变形、磁钢失磁或脱落等风险,甚至控制柜有着火引起机房火灾的风险。按一台6.7kw的曳引机、梯速为1m/s为例,如果检修速度为0.3m/s,则0.3m/s速度时瞬间短路绕组的电流可达50A,是额定电流的3.5倍。如果一台17kw的曳引机、梯速为2.5m/s,在额定速度下出现了封星情况,则短路电流可达530A,是额定电流的14倍。线路故障、接触器故障、安全回路动作、停电、误操作,都有可能导致带速封星的可能。笔者亲历过电梯在进行上行超速保护时,由于操作人员忘记拆除封星导线导致电梯在高速运行过程中封星,强大电流导致短接电缆着火的案例。

  永磁同步无齿轮曳引机封星制动的原理是基于负载托动电机运转,电机是一台发电机,图五为利用曳引机发电制动工况时的等效电路图。

  

  图五

  图中:

  

 

  转矩-速度曲线图如下:

  

  按发电机转矩-速度曲线的关系,对玛拓驱动公司的曳引机进行“封星”特性曲线的测试,具体结果数据如表一:

   表一

  如果电梯机械系统的最大不平衡力矩小于曳引机封星最大力矩,而且封星时最大轿厢运行速度<0.3m/s,则电机“封星”后,松开制动器让电梯溜车是安全的,而且可以作为安全保护和紧急救援方式使用。

  电梯机械系统最大不平衡转矩是当轿厢满载、平衡绳进行了全补偿,而且轿厢在顶层位置的时候,此时的输入机械转矩为:

  

  

  如果 则此种方法即可以作为标准救援方式使用。表一的测试数据表明,短路时的最大力矩Tmax均大于曳引机输出额定力矩Te,而且最大力矩时旋转速度折算到轿厢运行速度最大值不超过0.3m/s,因些可以把封星作为标准的救援方法。

      将封星用于紧急救援需要对控制柜线路做出更改,见图五。增加救援断路器QF与主接触器KM1互锁,电梯正常运行时断路器QF处于断开状态。仅在需要紧急救援时手动对电机进行封星操作,然后松开制动器让电梯向较重的方向溜车到平层位置。如果电梯轿厢侧重量和对重侧重量差不多平衡不能溜车时,可以拆除一相的连接引线让电机两相短路,或者通过破坏平衡的方法来实现救援。

  

  图五

  用“封星”作为紧急救援,可以充分利用永磁无齿轮曳引机的特性,操作安全、方便,由一个救援人员即可完成救援过程;曳引机不用再安装盘车齿轮、盘车开关、盘车装置,降低了成本;救援时也不需要使用工具来拆盘车装置和封星线路;用于无机房救援时,降低了远程松闸线不能复位导致电梯冲顶或墩底的风险。

  进口曳引机大部分没有盘车手轮,其“封星”用于紧急救援已经在电梯上应用,通过了多个检验机构的验收。因此,此方法值得全行业进行推广。

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