永磁同步电动机曳引电梯封星制动技术应用相关问题探讨

作者：汪俊伟（北京市海淀区特种设备检测所） ｜ 《中国电梯》2025年第6期

近年来，曳引电梯的工作制动器失效导致的伤人事故时有发生。虽然各大电梯厂家都在对工作制动器的工作性能、冗余结构、制动力自监测功能等方面进行持续改进，但是工作制动器的残余风险依旧存在。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

例如，制动轮(盘)表面沾染油污、鼓式工作制动器松闸装置卡阻、工作制动器弹簧螺栓断裂等因素导致的制动力突然衰减或消失等故障，工作制动器每24h的制动力自监测仍无法预防制动力失效引起的事故。因此，电梯业界逐渐意识到电梯的制停仅靠工作制动器来完成仍显不足，还需要设置其他的冗余装置在工作制动器失效后制停电梯。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

TSG T7007—2022《电梯型式试验规则》附件H第H6.11条“曳引驱动电梯的其他制动装置(功能)”规定：驱动主机机电式工作制动器作为轿厢上行超速保护装置减速部件或者轿厢意外移动保护装置制停部件时，还应当设置其他制动装置(如电气制动)。在驱动主机机电式工作制动器失效时，该装置应当能限制停靠在任何层站的轿厢的移动速度。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

“工作制动器+其他制动装置”的制动方案虽然不能降低工作制动器的故障概率，但可以避免或减少因工作制动器失效而引发的伤人事故。在诸多其他制动装置的实现方案中，封星制动技术因其可靠性、通用性、经济性等优点在永磁同步电动机曳引电梯上得到了广泛的应用。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

在本文中，笔者对封星制动技术进行探讨。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

1 封星制动技术的原理、分类及其优缺点文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

1.1 封星制动技术的原理

封星制动技术的原理是：当工作制动器的制动力突然衰减或消失时，封星制动装置会立即响应并按照星形接法短接永磁同步电动机的三相绕组，在电梯机械系统不平衡力所产生的转矩带动下，曳引机发生旋转，此时永磁同步电动机的发电机效应产生反向的电磁转矩，从而抑制曳引机的转速，进而使轿厢以较低的速度缓慢移动，由此避免因轿厢失速而导致事故。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

1.2 封星制动技术的分类及其优缺点

根据不同的实现方式，封星制动技术可以分为硬件封星、电子封星和混合封星。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

1)硬件封星是指使用接触器进行封星，硬件封星的电路如图1所示。封星接触器的触点为常闭状态。当电梯正常运行时，运行接触器触点闭合，封星接触器触点断开；当电梯停止运行时，变频器不输出电流且运行接触器触点断开，封星接触器触点闭合，从而达到短路永磁同步电动机的目的，以实现封星功能。硬件封星可以使电梯在任何位置、任何速度的工况下实现封星，但需要优化封星接触器的时序控制，避免出现因电梯非正常急停造成的封星接触器触头打火、拉弧等现象。这些现象轻则造成封星接触器损坏，重则导致变频器损坏。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/11037.html

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硬件封星的优点是简单、可靠、易于实现。缺点是需要额外增加封星接触器及线路，这样不仅占用了电梯控制柜的布置空间，还提高了电梯控制柜的整体成本。

2)电子封星是指在电梯停止运行后，电梯控制系统一旦监测到轿厢发生了意外移动，变频器的逆变控制模块则会将上桥臂开关管T1、T2、T3断开，同时将下桥臂开关管T4、T5、T6导通，从而达到短路永磁同步电动机的目的，实现封星功能。电子封星的电路如图2所示。

电子封星的优点是可以智能化控制短路电流，动态调节制动力矩，避免了硬件故障。缺点是兼容性不足，在老旧电梯改造时需要对变频器进行升级，增加了初期投资成本。采用电子封星时，运行接触器不能位于变频器与永磁同步电动机之间，避免布局冲突[1]；当变频器处于失电状态时，无法使下桥臂T4、T5、T6导通，需要额外增加不间断电源(UPS)，以确保失电时可以实现封星功能。

3)混合封星是指“硬件封星+电子封星”的混合方案。电子封星可以优先响应微秒级动态制停，硬件封星作为冗余备份方案。混合封星的优点是可以降低单一封星方案的失效概率，缺点是占用电梯布局空间较多，成本较高。

2 封星制动装置有效性的验证方法及其优缺点

封星制动装置有效性的验证方法有机械式验证、电气式验证两种。

2.1 机械式验证

机械式验证是指通过打开工作制动器模拟工作制动器失效来检测封星制动装置是否有效。在验证时，电梯控制系统发出信号使工作制动器打开，这时轿厢和对重的重量差使曳引机开始转动，电梯控制系统通过曳引机上编码器的脉冲数量来判断电动机的转速，从而获得封星时轿厢的移动速度，以此来验证封星制动装置的有效性。

TSG T7001—2023《电梯监督检验和定期检验规则》附件A第A1.3.12.3条“其他制动装置(功能)试验”规定：对于曳引驱动非斜行电梯配置的其他制动装置(功能)，在驱动主机机电式制动器失效的情况下进行其制动性能试验，观察、测量其是否能够使停靠在任何层站的发生意外移动的轿厢在1.2m的移动距离范围内运行速度不大于0.3m/s。

例如，某品牌电梯会在每天凌晨3点左右，在电梯无运行、无呼梯指令、厅轿门完全关闭的情况下，对工作制动器的制动力进行自监测，如果制动力没有出现严重不足，则进行封星制动装置有效性的验证。验证时，电梯自动将轿厢运行至井道中间位置，然后打开工作制动器，检测轿厢的移动速度。若连续4s内轿厢的移动速度不大于0.3m/s，则认为验证通过，于是电梯恢复正常运行状态。若轿厢的移动速度大于0.3m/s，则触发报警，电梯停止运行。待故障消除后电梯再次进行封星制动装置有效性的验证，若验证通过，则电梯恢复正常运行状态。

机械式验证的优点是成本低、准确度高，且无须增加硬件。缺点是在验证前需确保轿厢内无乘客，并退出电梯服务；验证时若封星制动装置失效，存在蹾底或冲顶的风险。

2.2 电气式验证

电气式验证是指对封星回路进行检测，以验证封星回路是否连接正确。验证时，首先断开运行接触器，然后电梯控制系统检测模块在指定点输入电压信号，检测封星电路的电流或电阻，验证封星制动装置是否有效。

此种验证方式的优点是无须打开工作制动器，不会产生安全风险。缺点是由于增加了额外的检测模块，相应地增加了设备成本，同时也无法判断封星制动装置触发后轿厢的实际移动速度是否满足TSG T7001—2023的要求。

3 设置封星制动装置对工作制动器制动能力检验的影响

TSG T7001—2023要求：在进行第A1.3.7条“轿厢上行超速保护装置试验”、第A1.3.8条“轿厢意外移动保护装置试验”、第A1.3.11条“曳引能力试验”、第A1.3.12条“制动性能试验”等项目检验时，工作制动器能够在轿厢处于空载、满载、125%额定载重量的工况下使曳引机停止运转或使轿厢减速、停止运行。从以上要求不难发现：在没有封星制动装置参与的情况下，工作制动器应具备使曳引机停止运转或使轿厢减速、停止的能力。但在设置封星制动装置的电梯上，当检验人员对上述试验项目进行检验时，如果未考虑封星制动装置对轿厢移动速度的限制作用，则容易造成对工作制动器制动能力检验的误判，导致检验结论失实。因此，在进行上述试验时应首先移除封星制动装置。

4 封星制动装置的维保措施

电梯维保人员在对封星制动装置进行日常维护保养时，可参考采取以下措施：1)检查封星接触器触点是否氧化、烧蚀，避免造成触点粘连。2)更换封星接触器时，要注意接触器的规格(如额定电压、额定电流要与永磁同步电动机相匹配，通常要求为主接触器的额定电压、额定电流的1/2以上[2])。3)检查封星接触器的动作时序，避免高速电梯急停时触发封星制动装置，导致永磁同步电动机三相绕组的瞬时短路电流过大(一般为额定电流的2～3倍)，继而引发变频器短路导致烧毁。过大电流产生的瞬态电磁力也会导致永磁同步电动机的永磁体退磁、磁极脱落或结构损伤。因此，应定期检查封星电路的电流、电阻是否正常。4)在高温、高湿环境下应选择银合金触点(抗氧化)、防护等级在IP55以上的封星接触器。

5 封星制动技术未来的发展趋势

结合封星制动技术的特点和科技发展的趋势，预测封星制动技术未来的发展趋势如下：1)结合人工智能(AI)算法预测封星制动装置的使用寿命，如通过分析电流波形判断封星接触器的健康状态。利用物联网技术实现封星制动装置的远程监控和预警，以提升电梯安全管理的主动性。2)逐步淘汰机械式封星接触器，封星接触器采用SiC器件，可实现零磨损、零延时封星。3)TSGT7007—2022颁布的实施，推动封星制动技术的创新升级与标准化，确立封星制动技术的行业标准。4)对于已经投入使用但未加装封星制动装置的永磁同步电动机曳引电梯，制定强制性加装计划，通过采用低成本的硬件封星方案提高在用电梯的安全性。

6 结语

封星制动技术作为其他制动装置(功能)的主要实现形式，可以有效降低因工作制动器失效而引起的轿厢上行超速和轿厢意外移动造成的事故。当电梯不受控移动时，封星制动装置可以限制轿厢上升或下降速度过快，使轿厢以不大于0.3m/s的速度移动，可以有效降低轿厢冲顶或蹾底造成的伤害。此外，封星制动装置给乘客留出了足够的时间进行应急反应，大大降低了人员剪切事故的发生概率。未来，封星制动技术的可靠性和安全性将不断提高，电梯业界需要持续优化封星制动装置的产品设计、检测方法，进一步提升电梯安全冗余度，实现电梯安全从“被动防护”到“主动防御”的转变。

[参考文献]

[1] 张晓峰，王士琴.封星技术在电梯驱动主机中应用的技术要点[J].中国电梯，2022，33(23)：60-63.

[2] 全文平，王瑛，王浩杰，等.曳引驱动电梯封星制动的风险和改进措施[J].中国电梯，2024，35(12)：40-42.