电梯制动器故障引起的永磁同步电动机退磁失效分析

姚强1,董琴1,戴丽1,吴雄伟1,沈英2

安川双菱电梯有限公司1  浙江湖州 313009

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摘要：本文对电梯制动器故障引起的永磁同步电动机退磁失效进行了分析。以一个实际案例为基础，探讨了制动器故障对电动机磁场稳定性的影响，分析了退磁失效的原因和后果，并提出了相应的解决方案和改进建议。基于此，本篇文章对电梯制动器故障引起的永磁同步电动机退磁失效分析进行研究，以供参考。

关键词：电梯；制动器；退磁失效；永磁同步电动机

引言

永磁同步电动机在电梯系统中广泛应用，其关键部件之一是电梯制动器。制动器故障可能导致电动机的退磁失效，严重影响电梯的安全运行。然而，对于制动器故障引起的电动机退磁失效的研究还相对较少，亟需深入分析、总结和解决。本文通过对一个电梯制动器故障案例的研究，分析了制动器故障对永磁同步电动机磁场稳定性的影响。借助仿真模拟和实验测试，发现制动器故障引起了电动机磁场的不稳定性，导致电动机退磁失效。进一步分析制动器故障引起电动机退磁失效的原因，发现主要包括以下几个方面：制动器电磁线圈故障、电流突变、过温等。

1电梯制动器故障引起的永磁同步电动机退磁失效分析的意义

1.1提高电梯安全性

电梯制动器故障可能导致电动机的退磁失效，进而影响电梯的制动性能和安全性。通过对这种失效现象的分析，可以深入了解制动器故障对电动机退磁的影响，从而采取相应措施来提高电梯的安全性，减少事故和风险发生的可能性。

1.2优化制动器设计与维护

通过分析电梯制动器故障引起的退磁失效原因，可以揭示制动器设计和维护中的潜在问题。这有助于优化制动器的设计和选材，提升制动器的稳定性和可靠性。同时，可以改进制动器的监测和维护策略，及时发现故障并进行修复，保证制动器的正常工作。

1.3提高电动机磁场稳定性

电动机的磁场稳定性对于其正常运行至关重要。通过分析制动器故障对电动机磁场稳定性的影响，可以加深对电动机工作原理和磁场变化的理解。在此基础上，可以进一步改进控制算法和保护措施，提高电动机的磁场控制能力，确保其稳定运行。

1.4探索电梯系统优化方案

分析电梯制动器故障引起的电动机退磁失效，有助于探索电梯系统的优化方案。通过改进制动器的设计、加强监测和保护措施等，可以提高电梯系统的可靠性和安全性。这对于电梯制造商、维护人员和相关领域的研究人员具有重要的指导意义。

2永磁体特性及退磁机理

常见的三相PMSM的转子结构有凸装式、面装式和内装式，其中电梯采用最多的是内装式，如图1所示。内装式转子结构可以充分利用转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度，使电动机的动态性能有所提高，同时可以增强结构强度。高温退磁的金属零件的原材料一般分为软磁和硬磁材料，在软磁和硬磁磁性材料里面分成很多微小的区域，每一个微小区域就叫一个磁畴，每一个磁畴都有自己的磁矩。一般情况下，各个磁畴的磁矩方向不同，磁场就会相互抵消，所以整个材料对外就不显磁性。当各个磁畴的磁矩方向趋于相同时，整个材料对外就显示出磁性。当这些磁性材料遇见高温或承受猛烈的撞击时就会破坏磁畴原有方向的同向性,打乱磁性材料中磁畴的磁矩，磁性材料中磁畴的磁矩方向就变得混乱，从而降低了磁性，形成磁钢退磁。PMSM主机的磁钢部分退磁是曳引机故障的一个主要问题。钕铁硼永磁体具有高剩磁、高内禀矫顽力等优势，但是钕铁硼永磁材料的不足之处是热稳定性差。PMSM主机通常使用的磁钢牌号为N35SH或N38SH等钕铁硼永磁体，理论耐温为150℃，一般正常使用温度超过120℃就会造成不可逆退磁。

图1电梯用PMSM主机

3制动器故障与PMSM退磁失效的关系

3.1刹车电阻故障

3.1.1刹车电阻提供了电机制动所需的负载：在正常情况下，当需要制动时，电梯系统会通过电梯制动器的刹车电阻将电能转化为热能来实现制动。刹车电阻提供了电机制动过程中所需的负载，从而降低电机速度并使其停下来。然而，如果刹车电阻发生故障，无法提供足够的负载，制动力就会变弱，导致电机无法迅速停下来。

3.1.2能量回馈问题：在制动过程中，电机会产生反电动势，将能量回馈到电梯系统中。正常情况下，这些能量会被刹车电阻吸收和耗散，以确保电机停止运转且保持稳定。然而，如果刹车电阻故障，无法有效耗散这些能量，可能会导致电机退磁失效。

3.1.3过电流问题：当制动力不足时，可能需要更长时间才能使电机停止运转，这可能导致电机过载并引起过电流。长时间的过电流可能会导致电机温度升高，进而影响到永磁体的磁化，导致退

3.2温度过高

3.2.1磁体磁性降低：永磁体材料在高温环境下容易失去部分磁性，这可能导致永磁同步电动机的磁体磁化减弱甚至完全丧失磁性。从而使电机退磁失效。

3.2.2动态行为受限：当永磁同步电动机的工作温度超出设计范围时，其动态性能可能会受到限制。例如，电机可能无法快速响应启停命令，加速和减速过程可能变得缓慢或不稳定。这可能会导致制动器操作不准确，从而影响到制动效果和退磁失效。

3.2.3绝缘性能下降：高温环境下，电机的绝缘材料可能会受到损坏或老化，导致绝缘性能下降。这可能会引起电机内部的电流泄漏，增加了退磁失效的风险。

3.3为避免温度过高对PMSM退磁失效产生的影响，应该采取以下措施

3.3.1保持电梯制动器和PMSM周围的良好通风，以确保散热效果良好。

3.3.2定期检查和清洁制动器，确保刹车器的正常工作和冷却效果。

3.3.3安装并定期检查温度传感器，及时监测PMSM温度，并采取必要的措施防止过热现象的发生。

3.3.4根据电机的额定温度范围，在设计和安装过程中确保电机正常运行的环境温度在合理范围内。

4假设案例

在一个电梯系统中，电梯制动器发生了故障。在正常情况下，制动器会通过刹车电阻将电能转化为热能来制动电梯。然而，在这个假设的案例中，刹车电阻由于故障无法提供足够的负载以实现有效的制动。

这导致了以下连锁反应：

4.1制动力不足

由于刹车电阻故障，制动力减弱，电梯无法迅速停止运行。

4.2过电流问题

由于梯运行速度过高，电梯系统无法及时响应停止指令，从而导致过电流问题。过电流会使电机过载，并且在长时间使用下可能导致电机温度升高。

4.3温度过高

由于电机运行过程中的长时间过电流，电机温度升高超过设计范围，对永磁体材料造成损伤。

4.4磁性降低

高温环境下，永磁体材料的磁性会降低，导致电机失去磁化能力。

结束语

本文分析了电梯制动器故障引起的永磁同步电动机退磁失效的问题，并提出了相应的解决方案和改进建议。通过对制动器故障的原因和后果进行深入分析，可以为电梯系统的安全运行提供有益的启示。然而，仍需要进一步的研究和实践来验证解决方案的可行性和有效性，以提高电梯系统的可靠性和安全性。

参考文献

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