سامانه محرکه آسانسور: از موتور گیربکسی تا ماشین های گیرلس و درایو VVVF

سامانه محرکه قلب آسانسور است و بیشتر ویژگی هایی که کاربر تجربه می کند، از سرعت و نرمی حرکت تا دقت توقف و مصرف انرژی، به آن وابسته است. این سامانه از ماشین بالابر و درایو کنترل کننده تشکیل می شود و گشتاور لازم برای چرخاندن فلکه کشش و جابه جایی کابین و وزنه تعادل را فراهم می کند.

در ماشین گیربکسی، موتوری نسبتا پرسرعت از طریق گیربکس، معمولا از نوع حلزونی، به فلکه متصل می شود؛ گیربکس سرعت را کاهش و گشتاور را افزایش می دهد. این ساختار ساده و اقتصادی در بسیاری از ساختمان های کم ارتفاع و میان مرتفع رایج است، اما اصطکاک میان حلزون و چرخ دنده بخشی از انرژی را به گرما تبدیل می کند، به روغن کاری و نگهداری دوره ای نیاز دارد و بازده انتقال آن از ماشین بدون گیربکس کمتر است.

در ماشین گیرلس یا بدون گیربکس، موتور کم سرعت و پرگشتاور مستقیما به فلکه کوپل می شود و واسطه مکانیکی حذف می شود؛ در نتیجه تلفات گیربکس، نیاز به روغن کاری و بخش بزرگی از صدا و سایش از میان می رود. ماشین های گیرل

س امروزی بیشتر بر موتورهای سنکرون آهنربای دائم تکیه دارند که بازده بالا و ابعاد فشرده دارند و امکان ساخت آسانسور بدون موتورخانه را فراهم کرده اند. پژوهش ها برای ترکیب موتور آهنربای دائم و درایو مناسب، در مقایسه با سامانه های القایی متداول، صرفه جویی انرژی در حد ۳۰ درصد و گاه بیشتر را گزارش کرده اند.

حلقه دوم کیفیت، درایو VVVF است که ولتاژ و فرکانس تغذیه موتور را هم زمان و پیوسته تغییر می دهد و سرعت و گشتاور را در سراسر مسیر کنترل می کند. با تعریف منحنی سرعت Sشکل، شتاب و جرک، یعنی نرخ تغییر شتاب، محدود می شود و حرکت نرم و بدون تکان آغاز و پایان می یابد. بازخورد انکودر و کنترل حلقه بسته، توقف دقیق در تراز طبقه را گاه تا حد یک تا دو میلی متر ممکن می کند و جریان راه اندازی پایین، فشار بر شبکه برق و موتور را کاهش می دهد. در نسخه های بازتولیدی نیز انرژی ترمز به جای تلف شدن در مقاومت ترمز، به شبکه بازگردانده می شود. ازاین رو، آینده تاسیسات آسانسور در گرو پیوند ماشین گیرلس و درایو هوشمند است.

کلیدواژه ها: سامانه محرکه آسانسور، ماشین گیربکسی، ماشین گیرلس، موتور سنکرون آهنربای دائم، درایو VVVF، تراز دقیق طبقه، کیفیت حرکت، بهره وری انرژی

Elevator Drive Systems: From Geared Motors to Gearless Machines and the VVVF Drive

The drive system is the heart of an elevator, and most of what the passenger experiences, from speed and ride smoothness to stopping accuracy and energy use, depends on it. It consists of the hoisting machine and its controlling drive, providing the torque that turns the traction sheave and moves the car and counterweight.

In a geared machine, a relatively high-speed motor is coupled to the sheave through a gearbox, usually of the worm type; the gearbox reduces speed and multiplies torque. This simple, economical arrangement is common in many low- and mid-rise buildings, but friction between the worm and the gear wheel turns part of the energy into heat, it needs periodic lubrication and maintenance, and its transmission efficiency is lower than that of a gearless machine.

In a gearless machine, a low-speed, high-torque motor is coupled directly to the sheave and the mechanical intermediary disappears; gear losses, the need for lubrication, and much of the noise and wear vanish with it. Today's gearless machines mostly rely on permanent-magnet synchronous motors, whose high efficiency and compact size have made machine-room-less elevators possible. Studies report that combining a permanent-magnet motor with a suitable drive can save around 30 percent of energy, and sometimes more, compared with conventional induction systems.

The second link of quality is the VVVF drive, which varies the motor's supply voltage and frequency together, continuously, controlling speed and torque over the whole journey. By defining an S-shaped speed profile, acceleration and jerk, the rate of change of acceleration, are limited, so travel starts and ends smoothly, without jolts. Encoder feedback and closed-loop control make accurate stopping at floor level possible, sometimes within one to two millimetres, while low starting current reduces stress on the supply network and the motor. In regenerative versions, braking energy is returned to the grid instead of being wasted in a braking resistor. The future of elevator installations therefore lies in pairing gearless machines with intelligent drives.

Keywords: elevator drive system, geared machine, gearless machine, permanent-magnet synchronous motor, VVVF drive, accurate floor leveling, ride quality, energy efficiency

منابع / Sources

1. CED Engineering, "Building Elevator Systems" (course A06-001): https://www.cedengineering.com/userfiles/A06-001%20-%20Building%20Elevator%20Systems%20-%20US.pdf

2. Othman, S. A., Mohammed, J. A.-K., & Mohammed, F. M. (2021), "Variable Speed Drives in Electric Elevator Systems: A Review", Journal of Physics: Conference Series, 1973, 012028. DOI: 10.1088/1742-6596/1973/1/012028 — https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1973/1/012028/pdf

3. de Almeida, A. T., et al., E4 Project "Energy Efficient Elevators & Escalators", WP4: Estimation of Savings, ISR–University of Coimbra: https://www.academia.edu/19702902/Estimation_of_Savings_in_Elevators_and_Escalators

4. Vlachou, V. I., Karakatsanis, T. S., & Kladas, A. G. (2023), "Energy Savings in Elevators by Using a Particular Permanent-Magnet Motor Drive", Energies, 16, 4716. DOI: 10.3390/en16124716 — https://doi.org/10.3390/en16124716

5. "Design, Analysis and Application of Control Techniques for Driving a Permanent Magnet Synchronous Motor in an Elevator System" (2024), Machines, 12(8), 560: https://www.mdpi.com/2075-1702/12/8/560