电梯永磁同步电动机，电梯永磁同步跟异步主机差异

***：电梯永磁同步电动机是电梯的重要部件。永磁同步电机与异步主机存在多方面差异。在结构上，永磁同步电机有永磁体，异步主机无。永磁同步电机效率更高，能耗低，能有效节能。在运行性能方面，永磁同步电机的转速与电源频率保持严格同步，异步主机转速略低于同步转速。永磁同步电机起动力矩大、运行平稳且噪音小，而异步主机在这些方面表现稍逊一筹。

电梯永磁同步与异步主机差异

一、引言

在现代电梯技术中，电动机是核心部件之一，永磁同步电动机和异步电动机都被广泛应用于电梯主机，了解这两种类型电机的差异对于电梯的设计、性能优化、能源效率提升以及维护保养等方面具有至关重要的意义，本文将深入探讨电梯永磁同步和异步主机在多个方面的差异，包括结构原理、性能特点、能效、成本、维护要求等。

二、结构原理差异

1、永磁同步电动机结构原理

- 永磁同步电动机的转子采用永磁体，这些永磁体被安装在转子铁芯上，形成固定的磁场，定子部分则由三相绕组组成，当定子绕组通入三相交流电时，会产生一个旋转磁场，由于转子的永磁体磁场与定子旋转磁场之间存在相互吸引和排斥的作用，使得转子跟随定子旋转磁场同步旋转。

- 在电梯永磁同步主机中，其结构紧凑，采用内置式永磁同步电机结构时，永磁体嵌在转子内部，这种结构有助于提高电机的转矩密度，为了精确控制电机的运行，通常配备有高精度的位置传感器，如旋转变压器或编码器，用于检测转子的位置和速度，以便实现矢量控制。

2、异步电动机结构原理

- 异步电动机的转子是由导条和端环组成的鼠笼式结构或者绕线式结构，定子同样是三相绕组，当定子绕组通入三相交流电时，会产生旋转磁场，这个旋转磁场切割转子导条，在转子中感应出电动势和电流，由于转子电流与定子旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使得转子开始旋转，但转子的旋转速度总是略低于定子旋转磁场的同步转速，这就是“异步”的由来。

- 异步电动机结构相对简单，鼠笼式异步电机的转子制造工艺较为简便，不需要像永磁同步电机那样精确安装永磁体，在电梯异步主机中，其主要依靠电磁感应原理工作，没有像永磁同步电机那样需要专门的位置传感器来检测转子位置（在一些简单的控制策略下），不过在矢量控制应用时也可能会配备速度传感器。

三、性能特点差异

1、转矩特性

永磁同步电动机

- 永磁同步电机具有高转矩密度的特性，由于永磁体产生的磁场强度较高，在相同的体积和电流条件下，能够产生比异步电机更大的转矩，这一特性使得永磁同步电机在电梯启动和停止过程中能够提供更强劲的动力，在轿厢满载启动时，永磁同步电机可以迅速克服静摩擦力和重力的影响，实现平稳快速启动。

- 其转矩输出相对平稳，永磁同步电机的转矩脉动较小，这得益于其精确的磁场控制和转子位置检测，在电梯运行过程中，尤其是在低速运行阶段，如轿厢接近平层时，较小的转矩脉动有助于提高乘坐的舒适性，减少轿厢的晃动。

异步电动机

- 异步电机的转矩特性相对复杂，其启动转矩与转子电阻等因素有关，在启动时，异步电机的启动转矩可能相对较小，需要采用特殊的启动方式，如星 - 三角启动或软启动器来限制启动电流并提高启动转矩。

- 异步电机的转矩随着负载的变化会有较大波动，当电梯负载突然变化时，例如轿厢内乘客突然移动，异步电机的转矩需要一定时间来调整以适应新的负载状态，这可能会导致轿厢速度的短暂不稳定。

2、速度调节特性

永磁同步电动机

- 永磁同步电机的速度调节精度高，通过矢量控制技术，可以精确地控制电机的转速，在电梯运行中，能够实现轿厢的精确平层，现代永磁同步电梯可以将平层误差控制在极小的范围内，通常在±5mm以内。

- 它的调速范围宽，永磁同步电机可以在较宽的速度范围内保持高效运行，无论是高速运行还是低速爬行阶段，都能满足电梯的运行要求。

异步电动机

- 异步电机的速度调节相对较难，传统的异步电机调速方法如变极调速、变频调速等，在精度上不如永磁同步电机，在电梯应用中，采用异步电机时平层精度可能会稍差一些，平层误差可能在±10mm左右。

- 异步电机在低速运行时效率较低，并且其调速性能在低频段会受到一定限制，这是因为在低频运行时，异步电机的定子磁场和转子磁场之间的相互作用会减弱，导致转矩输出不稳定。

3、过载能力

永磁同步电动机

- 永磁同步电机的过载能力相对较弱，由于永磁体的磁场强度相对固定，当电机过载时，容易导致永磁体退磁等问题，永磁同步电机的过载倍数在1.5 - 2倍额定电流范围内，超过这个范围可能会对电机性能产生不可逆的损害。

异步电动机

- 异步电机的过载能力相对较强，它可以承受较大的过载电流，通常过载倍数可以达到2 - 3倍额定电流，这是因为异步电机的磁场是通过定子电流感应产生的，在过载时可以通过增加定子电流来增强磁场，从而提供更大的转矩，不过，长时间的过载运行也会导致电机发热等问题。

四、能效差异

1、永磁同步电动机能效

- 永磁同步电机在正常运行时具有较高的效率，由于其转子采用永磁体，不需要像异步电机那样通过定子电流来建立转子磁场，减少了定子电流中的无功分量，在电梯的整个运行周期中，尤其是在轻载和部分负载情况下，永磁同步电机的效率优势明显，在电梯轿厢空载上升或满载下降等部分负载运行时，永磁同步电机的效率可以达到90%以上。

- 永磁同步电机在低速运行时效率仍然较高，这是因为其磁场特性不受运行速度的影响，在电梯轿厢接近平层的低速爬行阶段，能够有效利用电能，减少能量损耗。

2、异步电动机能效

- 异步电机的效率相对较低，在建立转子磁场的过程中，定子电流中有一部分是无功电流，这部分电流不参与做功，造成了能量的浪费，特别是在轻载和部分负载情况下，异步电机的效率会显著下降，在电梯轿厢空载上升时，异步电机的效率可能只有70% - 80%。

- 在低速运行时，异步电机的效率会进一步降低，由于其磁场建立依赖于定子电流与转子的相对运动，在低速时定子电流产生的磁场与转子之间的耦合变弱，导致电机的转矩输出下降，为了维持运行需要更大的定子电流，从而增加了能量损耗。

五、成本差异

1、永磁同步电动机成本

- 永磁同步电机的初始成本相对较高，这主要是因为永磁体材料的成本较高，例如高性能的钕铁硼永磁体，永磁同步电机的制造工艺要求较高，需要精确安装永磁体并配备高精度的位置传感器和复杂的控制电路，这些因素都导致了永磁同步电机的制造成本高于异步电机。

- 随着永磁材料生产技术的发展和规模化生产，永磁同步电机的成本正在逐渐降低，考虑到其高能效带来的长期运行成本节约，在一些对能效要求较高的新建电梯项目中，永磁同步电机的综合成本优势正在逐渐显现。

2、异步电动机成本

- 异步电机的初始成本较低，其结构简单，制造工艺成熟，不需要昂贵的永磁体材料，在大规模生产的情况下，异步电机的制造成本可以控制在较低水平，这使得异步电机在一些对成本较为敏感的电梯项目中仍然有一定的应用市场。

- 但从长期运行成本来看，由于异步电机的能效较低，在能源消耗方面会产生较高的费用，在电梯使用寿命内，这部分额外的能源成本可能会抵消其初始成本的优势，特别是在电梯使用频率较高的场所。

六、维护要求差异

1、永磁同步电动机维护要求

- 永磁同步电机的维护相对简单，由于其结构紧凑，没有电刷等易磨损部件（对于无刷永磁同步电机），减少了因电刷磨损而产生的维护工作，不过，需要注意永磁体的保护，如果电机运行环境温度过高或者受到强磁场干扰，可能会影响永磁体的性能，在维护时需要关注电机的运行温度和周围磁场环境。

- 永磁同步电机的控制系统相对复杂，一旦控制系统出现故障，需要专业的技术人员进行维修，由于永磁体的存在，如果需要更换电机部件，可能需要特殊的操作流程以避免永磁体受到损坏。

2、异步电动机维护要求

- 异步电机的维护重点在于转子和定子的绕组，由于电机运行时会产生热量，可能会导致绕组绝缘老化，需要定期检查绕组的绝缘电阻，对于鼠笼式异步电机，虽然转子结构简单，但如果鼠笼导条出现断裂等故障，会影响电机的正常运行，需要进行检测和修复。

- 异步电机在有电刷的情况下（如绕线式异步电机），需要定期更换电刷，由于异步电机的效率相对较低，在运行过程中产生的热量较多，需要良好的散热系统，这也增加了维护的工作量，如定期清理散热器等。

七、应用场景差异

1、永磁同步电动机应用场景

- 永磁同步电机适用于对能效要求较高的场所，在高层写字楼、酒店等人员密集且电梯使用频繁的建筑中，永磁同步电梯可以显著降低能源消耗，降低运营成本，由于其精确的速度控制和平层精度，在高档住宅、医院等对乘坐舒适性和平层精度要求较高的场所也得到广泛应用。

- 在一些对机房空间要求较小的无机房电梯中，永磁同步电机由于其结构紧凑的优势，成为首选的电机类型，它可以有效地节省机房空间，提高建筑的空间利用率。

2、异步电动机应用场景

- 异步电机适用于对成本较为敏感的场所，在一些中低端住宅、小型商业建筑等对电梯性能要求不是特别高且预算有限的项目中，异步电机可以满足基本的电梯运行需求，在一些对过载能力有较高要求且电梯使用频率不高的特殊场所，如工厂仓库中的载货电梯，异步电机也有一定的应用。

八、结论

电梯永磁同步和异步主机在结构原理、性能特点、能效、成本、维护要求和应用场景等方面存在诸多差异，永磁同步电机以其高转矩密度、高速度调节精度、高能效等优势在现代电梯技术中得到越来越广泛的应用，尤其在对能效、舒适性和平层精度要求较高的场所，而异步电机虽然在一些方面存在不足，但其初始成本低、过载能力强等特点使其在特定的应用场景中仍然具有一定的市场份额，随着技术的不断发展，永磁同步电机的成本有望进一步降低，性能将更加优化，而异步电机也可能通过技术改进提高其能效和性能，两者将在电梯市场中继续竞争和发展，以满足不同用户和建筑的需求。