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摘 要：为了能够让客梯更好的为人们服务，本文对客梯用永磁同步电动机数字化调速系统的设计进行了相关研究，首先详细了解电梯硬件系统总体结构，接下来分析了永磁同步电动机数学模型以及控制策略，并在此基础上研究了主功率电源电路的设计，为后续相关工作的开展提供了一定的参考和依据。
关键词：客梯；永磁同步电动机；数字化调速系统
中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0264-02
1 引 言
根据相关数据统计，我国各种发电机的总耗电量占全国总发电量的60%左右，为了能够有效缓解能源紧张状况，就应该加强对电机系统节能损耗的重视程度。但是根据相关统计结果显示，现阶段我国依然存在一些问题阻碍了永磁同步电动机控制系统的进一步发展应用。为了能够有效推动永磁同步电动机控制系统的进一步推广应用，本文对客梯用永磁同步电动机数字化调速系统的设计进行了相关研究，对永磁同步电动机数字化调速系统在客梯中的推广应用具有十分重要的意义。
2 电梯硬件系统总体结构
在本系统的硬件电路中，系统硬件主要包括以下几部分：①核心控制单元；②主功率电路；③集成驱动模块；④检测和保护电路；⑤以及按键、显示、通信以及调试等外设；⑥接口电路等。在本系统当中，硬件结构设计所使用的主要核心器件有以下几种：a.主控芯片；b.逆变电路功率开关管，其在配合集成驱动芯片实现驱动控制；c.电流检测芯片；d.则是位置检测器件。
3 永磁同步电动机数学模型以及相关控制策略
永磁同步电动机的数学模型：
通常情况下，会将产生恒定磁场的永磁体以及三相对称绕组（又称电枢绕组）分别安装在调速永磁同步电动机转子和定子。对于电枢绕组来说，其可以通入三相对称电流的方式得到同步速旋转磁场。而对于定转子磁场来说，其气隙磁场是通过气隙相互耦合而得到的。在三相静止的坐标系当中，永磁磁场会随着转子进行旋转，从而使得电动机状态方程当中的定转子间的互感参数会发生实时的变化。在一定程度上增加了分析求解工作的难度，因此，为了能够将定转子间互感参数实现常数化，从而进一步简化电动机状态方程矩阵，比较常用的是通过坐标变换实现在两相坐标系中建立电动机数学模型。
对各个控制方法过程的分析主要包括以下几方面：
（1）对恒压频比的有效控制。在进行恒压频比控制的时候，对于表面凸出式正弦波永磁同步电动机来说，其在dq0坐标系下所具有的空间矢量图如图1所示。对于恒压频比控制方法而言，其电端口的约束条件主要指的是电动机的电枢绕组端电压。其之所以会出现比较复杂的启动现象，主要是因为电磁力的大小以及性质在以下两者之间存在很明显的不同：①定子磁场；②转子磁场。为了能够更好的建立分析过程，首先假设电动机的启动位置是固定的，即位于定转子磁场轴线重合位置。以上述假设为主要依据，在结合以下几部分内容：a.稳态运行相量图；b.永磁同步电动机稳态运行时所具有的基本电磁方程；c.永磁同步电动机稳态运行时所得到的运动方程，进一步完成对恒压频比控制方法启动过程的合理研究与分析，电动机通过阶跃速度指令启动的过程主要如下：首先是将位于电枢绕组处的全部电压都加到直轴电感上，接下来在定转子磁场轴线重合的时候，对电枢绕组而言，其所具有的瞬时冲击电流将全部转变成为直轴分量|id|，这种情况下就能够有效避免驱动性质的电磁的产生。
（2）对电流矢量的控制。在dq0坐标系下，正弦波调速永磁同步电动机所有的空间矢量图如图2所示。在电流矢量控制系统中，如果转速处于闭环的状态，那么经过对初始定位环节的相关处理，可以实现以下两种坐标系之间的同步重合：①逻辑坐标系DQ0；②同步速旋转坐标系dq0。对于正弦波调速永磁同步电动机来说，其电流矢量控方法制主要是建立在以下两种模型上：a.空间矢量坐标变换模型；b.电动机动态数学模型，并且為了能够达到调节电机转速的目的，主要是通过对由定子电枢绕组合成磁势的以下几方面进行调节而实现：①电流空间矢量is的幅值；②电流空间矢量is的相位；③电流空间矢量is的频率的控制。
4 主功率电源电路相关设计
4.1 对整流单元电路的设计
对于该功率电源电路来说，其能够为后续逆变电源持续输送需要的稳定直流电源主要是通过以下两部分实现：①整流模块；②稳压大电容。除了上述所提到的基本模块之外，该设计当中包括以下几方面内容：①软启动环节，该环节主要作用是可以在电动机启动阶段通过减少大电流对系统的冲击进而实现延长系统使用时间的目的；②电磁干扰抑制环节，主要由共模电感进行，该环节的主要作用是可以有效避免系统高频谐波污染电网，也防止大容量用电设备对系统工作环境的不利作用；③有源功率因数校正（PFC）环节，该环节的主要作用是能够进一步提高系统功率因数以及直流电源电压；④保护和显示环节，主要包括熔断器以及上电指示灯等。
4.2 逆变单元以及驱动电路设计
对于系统驱动电路来说，其设计的基础是集成驱动芯片，逆变单元以及驱动电路。对于主控芯片来说，其保护系统直流母线欠压的方式是对以下两部分的监控：①Fault Port端子，该部分的低电平能够反映出直流母线的欠压；②En Port端子，该部分的高电平能够驱动芯片进行工作。
4.3 开关电源电路的设计
对于开关电源来说，其主要作用包括以下几方面：①控制系统中除功率电源以外部件；②保护系统中除功率电源以外部件；③驱动单元进行供电。因为每个单元对工作频率以及电压等级等方面的具体要求不同，因此，开关电源核心器件指的是多路隔离变压器。以实际需要为依据，该电路主要提供四路电源信号。
5 讨 论
基于永磁同步电动机控制系统所具有的优势，本文通过对客梯用永磁同步电动机数字化调速系统的设计研究，为后续相关工作的开展提供了相关参考和依据，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]韩群勇，王志雄，王 宾.新型永磁同步电动机曳引电梯后备电源设计[J].闽南师范大学学报（自然科学版），2017（4）：36～39.
[2]宁昭义.大功率永磁同步电动机控制系统可靠性设计[D].沈阳航空航天大学，2018.
收稿日期：2018-9-20
作者简介：张权国（1973-），男，工程师，本科，主要从事电梯检验方面工作。
关键词：客梯；永磁同步电动机；数字化调速系统
中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0264-02
1 引 言
根据相关数据统计，我国各种发电机的总耗电量占全国总发电量的60%左右，为了能够有效缓解能源紧张状况，就应该加强对电机系统节能损耗的重视程度。但是根据相关统计结果显示，现阶段我国依然存在一些问题阻碍了永磁同步电动机控制系统的进一步发展应用。为了能够有效推动永磁同步电动机控制系统的进一步推广应用，本文对客梯用永磁同步电动机数字化调速系统的设计进行了相关研究，对永磁同步电动机数字化调速系统在客梯中的推广应用具有十分重要的意义。
2 电梯硬件系统总体结构
在本系统的硬件电路中，系统硬件主要包括以下几部分：①核心控制单元；②主功率电路；③集成驱动模块；④检测和保护电路；⑤以及按键、显示、通信以及调试等外设；⑥接口电路等。在本系统当中，硬件结构设计所使用的主要核心器件有以下几种：a.主控芯片；b.逆变电路功率开关管，其在配合集成驱动芯片实现驱动控制；c.电流检测芯片；d.则是位置检测器件。
3 永磁同步电动机数学模型以及相关控制策略
永磁同步电动机的数学模型：
通常情况下，会将产生恒定磁场的永磁体以及三相对称绕组（又称电枢绕组）分别安装在调速永磁同步电动机转子和定子。对于电枢绕组来说，其可以通入三相对称电流的方式得到同步速旋转磁场。而对于定转子磁场来说，其气隙磁场是通过气隙相互耦合而得到的。在三相静止的坐标系当中，永磁磁场会随着转子进行旋转，从而使得电动机状态方程当中的定转子间的互感参数会发生实时的变化。在一定程度上增加了分析求解工作的难度，因此，为了能够将定转子间互感参数实现常数化，从而进一步简化电动机状态方程矩阵，比较常用的是通过坐标变换实现在两相坐标系中建立电动机数学模型。
对各个控制方法过程的分析主要包括以下几方面：
（1）对恒压频比的有效控制。在进行恒压频比控制的时候，对于表面凸出式正弦波永磁同步电动机来说，其在dq0坐标系下所具有的空间矢量图如图1所示。对于恒压频比控制方法而言，其电端口的约束条件主要指的是电动机的电枢绕组端电压。其之所以会出现比较复杂的启动现象，主要是因为电磁力的大小以及性质在以下两者之间存在很明显的不同：①定子磁场；②转子磁场。为了能够更好的建立分析过程，首先假设电动机的启动位置是固定的，即位于定转子磁场轴线重合位置。以上述假设为主要依据，在结合以下几部分内容：a.稳态运行相量图；b.永磁同步电动机稳态运行时所具有的基本电磁方程；c.永磁同步电动机稳态运行时所得到的运动方程，进一步完成对恒压频比控制方法启动过程的合理研究与分析，电动机通过阶跃速度指令启动的过程主要如下：首先是将位于电枢绕组处的全部电压都加到直轴电感上，接下来在定转子磁场轴线重合的时候，对电枢绕组而言，其所具有的瞬时冲击电流将全部转变成为直轴分量|id|，这种情况下就能够有效避免驱动性质的电磁的产生。
（2）对电流矢量的控制。在dq0坐标系下，正弦波调速永磁同步电动机所有的空间矢量图如图2所示。在电流矢量控制系统中，如果转速处于闭环的状态，那么经过对初始定位环节的相关处理，可以实现以下两种坐标系之间的同步重合：①逻辑坐标系DQ0；②同步速旋转坐标系dq0。对于正弦波调速永磁同步电动机来说，其电流矢量控方法制主要是建立在以下两种模型上：a.空间矢量坐标变换模型；b.电动机动态数学模型，并且為了能够达到调节电机转速的目的，主要是通过对由定子电枢绕组合成磁势的以下几方面进行调节而实现：①电流空间矢量is的幅值；②电流空间矢量is的相位；③电流空间矢量is的频率的控制。
4 主功率电源电路相关设计
4.1 对整流单元电路的设计
对于该功率电源电路来说，其能够为后续逆变电源持续输送需要的稳定直流电源主要是通过以下两部分实现：①整流模块；②稳压大电容。除了上述所提到的基本模块之外，该设计当中包括以下几方面内容：①软启动环节，该环节主要作用是可以在电动机启动阶段通过减少大电流对系统的冲击进而实现延长系统使用时间的目的；②电磁干扰抑制环节，主要由共模电感进行，该环节的主要作用是可以有效避免系统高频谐波污染电网，也防止大容量用电设备对系统工作环境的不利作用；③有源功率因数校正（PFC）环节，该环节的主要作用是能够进一步提高系统功率因数以及直流电源电压；④保护和显示环节，主要包括熔断器以及上电指示灯等。
4.2 逆变单元以及驱动电路设计
对于系统驱动电路来说，其设计的基础是集成驱动芯片，逆变单元以及驱动电路。对于主控芯片来说，其保护系统直流母线欠压的方式是对以下两部分的监控：①Fault Port端子，该部分的低电平能够反映出直流母线的欠压；②En Port端子，该部分的高电平能够驱动芯片进行工作。
4.3 开关电源电路的设计
对于开关电源来说，其主要作用包括以下几方面：①控制系统中除功率电源以外部件；②保护系统中除功率电源以外部件；③驱动单元进行供电。因为每个单元对工作频率以及电压等级等方面的具体要求不同，因此，开关电源核心器件指的是多路隔离变压器。以实际需要为依据，该电路主要提供四路电源信号。
5 讨 论
基于永磁同步电动机控制系统所具有的优势，本文通过对客梯用永磁同步电动机数字化调速系统的设计研究，为后续相关工作的开展提供了相关参考和依据，具有十分重要的意义。
参考文献
[1]韩群勇，王志雄，王 宾.新型永磁同步电动机曳引电梯后备电源设计[J].闽南师范大学学报（自然科学版），2017（4）：36～39.
[2]宁昭义.大功率永磁同步电动机控制系统可靠性设计[D].沈阳航空航天大学，2018.
收稿日期：2018-9-20
作者简介：张权国（1973-），男，工程师，本科，主要从事电梯检验方面工作。