1 機(jī)房溫度升高的原因
1.1 機房本身的建築(zhù)結構位置
電梯機房大都在建築物樓頂層,有的機房在建築物樓頂是一個凸起專用的房間,機房的屋頂和四麵牆都是外圍護(hù)結構。外圍護結構也就是我們俗話所說的外牆(qiáng),它的溫度與溫室溫度緊密聯係,從而影響室內(nèi)的溫度。
在夏季高溫天氣,室外(wài)溫度高(gāo),外圍護結構溫度也就高,從而導致機房室內溫度的(de)升高。對一個房間而言,外圍護結構所占整個維護(hù)結構的比例越大,室(shì)內溫度受室外溫度的影響越大,所以機房的位(wèi)置決定了機房在夏季是受環境溫度和太陽照射影響比較大(dà)的房間。
1.2 電氣係統散發(fā)的熱量
機房電氣係統的主要發(fā)熱部件有變頻器、製動電(diàn)阻、電動機。其中變頻器和電動機是由於本身效率原因,消耗一部分電能,以熱量的形式釋放出來;製動電阻是把電(diàn)梯再生發電的電能消(xiāo)耗掉,以熱量的形式(shì)釋放出來。這兩部分熱量都散發到機房內導致室溫的升高。
(1)變(biàn)頻器
變頻器由主回路和控製回路組成(chéng)。主回路是給(gěi)電動機提供調壓調頻電源的電力交換部分,由整流器、平滑回路、逆變器三部分組成。其中逆變器中的逆變元件絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是變頻(pín)器最主要的發熱源。IGBT的發熱主要集中(zhōng)在開和關的瞬間。因此開關頻率高時變頻器的發熱量就變大。而(ér)電梯用的變頻器需要頻繁的啟(qǐ)動,從而釋放大量的熱量。
(2)製動電阻
製動電阻本身就是消耗能量轉化成熱量的,例如:電梯空載上行時(shí),對重比轎廂重,主機轉子轉動,切割定子線圈磁力線運動,產生自發電,使電機由電動狀態轉變為發電狀態,而這種(zhǒng)再生能量(liàng)會通過(guò)變頻器的製動(dòng)單(dān)元,最終由製動電阻以熱能的方式消耗掉。在(zài)工作中曾經有單(dān)位做過一個試驗,兩部運行頻率一樣的電梯,其中一部電梯采用外部電源作為動力,電梯再生發電電能由製動電阻消(xiāo)耗(hào)掉,另外一部電梯采用(yòng)外部電源和節電回饋裝置為動力(lì),節電回饋裝(zhuāng)置(zhì)的能量來自電梯的再生發電,在運行一段時間後,外(wài)部電能(néng)消耗比另外一部電能消耗少35%。可見製動電阻的發熱量是多麽的(de)大,約是電梯電能(néng)消耗的1/3。
(3)電動機
電動機運行本身有一定(dìng)的(de)電能(néng)消耗。根據電動機的熱量公式Q=I²Rt,電動機運(yùn)行中釋放的熱量與電流的平方成正比。而電動機在啟動和製動過程中電流最大,電梯作為(wéi)垂直運輸的(de)交通工具,又要頻繁(fán)地啟(qǐ)動和製動,會(huì)產生大量的熱(rè)量。
2.1 對電氣控製係統的影響
(1)高溫易引起微機(jī)控製板程序異常
微機控製板或PLC上的電子器件通過電壓、電(diàn)流大小比較進行邏輯控製,響應執行外部指令(lìng)。由於電子器件的材料溫度(dù)特性,在高於允許溫度下,電子器件邏輯判斷會(huì)出錯,微(wēi)機控製板不穩定,電梯容易發生故障,影響(xiǎng)正常運行(例如電梯正常(cháng)運行中突然停梯關人,電(diàn)梯運行到門區不開門或不關門(mén),電梯運行到門區不能換速等),同時維修起來也不易發現故障點。
(2)高(gāo)溫易損壞電子元器件
(a)變頻器
變頻器(qì)的故(gù)障率隨(suí)溫度的升高而成指(zhǐ)數的上升,使用壽命隨溫度的升高而成指(zhǐ)數的下降,環境溫度升高10℃,變(biàn)頻器使用壽命減(jiǎn)半。
當環境溫度超過允許溫度時,將使變頻器逆變電路中逆變器(qì)件的參數開通時間和關斷時間(jiān)發生變化,導致在交替過程中,一個器(qì)件已經導(dǎo)通(tōng),而另(lìng)一個器件(jiàn)卻未來得及(jí)關斷(duàn),引起(qǐ)同一橋臂的上、下兩個器件間的“直通(tōng)”,使該部(bù)分處(chù)於瞬間短路狀(zhuàng)態(tài),逆變器(qì)瞬(shùn)間(jiān)立即(jí)被損壞,變頻器(qì)不能正常工作。同時溫度(dù)升高變頻(pín)器的絕緣性能就會大大降低,很容易導致變(biàn)頻器損壞,造成電梯(tī)故障。
(b)製動電阻
當環境溫度過高時,很容易使製動電阻散熱時間過長,如果電(diàn)梯運行頻繁,製動電阻的熱量多次累積,最終導致製動電阻溫度過高而損(sǔn)壞,甚至造成火災等安(ān)全事故。
(c)其他電子元器(qì)件
接觸器(qì)、繼電器(qì)、變壓器這些電子元(yuán)器件在工作時,由於電流通過導體和(hé)線圈(quān)而產生(shēng)電阻損耗;交流(liú)電路(lù)中由(yóu)於交變電磁的作用,在磁體內產生渦流及磁滯損耗(hào)。所有這些損耗,幾乎全部都轉變為熱(rè)能,這些熱能一部分散失到(dào)周圍的介質中,一部分則(zé)滯留在(zài)電器中,使電器溫(wēn)度升高。此時,若環境溫度過高,則各電(diàn)子元器件散熱(rè)狀況就差,一是會(huì)使電子元器件的可靠性大大降低;二是會(huì)降低電子元器件的使(shǐ)用壽命,甚至損壞電子元器件。統計資料表(biǎo)明電子元器件溫度(dù)每升高2℃,可靠性下降10%,溫升50℃時的(de)壽命隻(zhī)有溫升25℃時的1/6。
當環境溫度超過機房的允(yǔn)許溫(wēn)度時,會嚴重影響曳引電(diàn)機(jī)的散熱,由於電(diàn)機(jī)的頻繁啟、製動,電機本身會釋放大量(liàng)的熱量(liàng),而機(jī)房的高溫又不能(néng)及時(shí)排除,電機持續在(zài)高溫環境運行(háng),很容易燒壞線圈,損壞電機。
2.2對機械係(xì)統的影響
電梯機房的機械係(xì)統主要是(shì)曳(yè)引機,曳引機通常由電動機、製(zhì)動器(qì)、減(jiǎn)速箱、曳引輪、導向輪(lún)、機(jī)架、盤車手輪等組成。(來源微信公眾(zhòng)號:電梯)
(1)對曳引電機的影響
當環(huán)境溫度超過機房(fáng)的允許溫度時,會(huì)嚴重影(yǐng)響曳引電機的散熱,由於電機的頻繁啟、製動,電機本身會釋放大量的(de)熱量,而機房的高溫又不能及時排除,電機持續在高溫環境運行(háng),很容易燒壞線圈,損壞電機(jī)。雖然(rán)電動機的結構(gòu)設計方麵,在加強定子鐵芯的散熱上做了(le)周密考慮(lǜ)。比如:有些(xiē)產(chǎn)品設計成端(duān)蓋支撐方式(shì),省(shěng)去傳統的機座,使得鐵芯成為開啟式結構,增強冷卻效果(guǒ);加強(qiáng)定子和轉(zhuǎn)子(zǐ)鐵芯圓周通風道的布置;加大風罩孔通風量設計等,但這種結構的電機使用較少。大部分采取附裝冷卻風機,由設在定子鐵芯表麵的熱敏開關控製。當鐵(tiě)芯表麵溫度達(dá)到60℃左右時,熱敏開關動作,接通風機對曳引電動機強製通風(fēng)冷卻(què)。(來源微信公眾號:電梯)強製冷卻在機房高溫的情況下,冷卻效果並不明顯。考慮到強製製冷失敗不能降溫時,會(huì)使電動機溫度繼續升高,某些電動機產品(pǐn)在每相繞組均埋有熱敏電阻。當電動機(jī)溫度升高到155℃時,內(nèi)部熱敏電阻阻值急劇增大,控製外電路熱保護繼電器動作,通過控製電路(lù)迫使電梯在(zài)就近層站換速(sù)停(tíng)靠開門,直(zhí)到電動機冷卻後,方(fāng)可重新啟動運行。雖然這種方法能起到保護電機的作用,但夏季高溫天氣時(shí)間較長,頻繁的(de)出現停梯保護,嚴重影響了電梯的正常運行及使用。
(2)對減速箱的影響
減速箱由蝸輪、蝸杆組成,蝸杆一般選用硬度高、剛(gāng)性好的材料,目前大部分采用鎳(niè)鉻合金鋼或矽錳類(lèi)合金鋼,也有用含(hán)碳量(liàng)0.4%-0.55%的碳素鋼鍛造的,蝸杆表麵須經淬火或滲碳等硬化處理。蝸輪輪緣選(xuǎn)用低摩擦係數的磷青銅(tóng)、錫青(qīng)銅或銅錫鎳合金經機(jī)加工而成。由(yóu)於各種材料的熱膨脹係數不同,而且蝸輪(lún)的熱膨脹係數大約是蝸杆熱膨(péng)脹係數的1/2,當(dāng)機房溫度高於40℃時,空氣中的熱(rè)量與減速箱內各零部件旋轉、摩擦產生的熱量,兩者加在一起,減速箱內的溫度就會更高,持續的高溫則引起(qǐ)零部件的熱膨脹,從而破壞減速箱內蝸輪蝸杆的製作精度(dù),使渦輪軸和蝸杆軸的軸向遊隙減小,齧(niè)合麵增大,使摩擦麵的摩(mó)擦力(lì)增大,磨損加速,嚴重時會影響電梯運行的舒適性,同時還會(huì)產生異響(xiǎng),損壞蝸輪蝸杆(例如:乘坐電梯時會聽到(dào)電梯機房有轟隆隆的異聲(shēng),轎廂內也會有異(yì)常(cháng)震(zhèn)動(dòng)等)。同(tóng)時,減速箱內持續的高(gāo)溫也會使潤滑油粘(zhān)度(dù)下降,不(bú)利於潤滑油膜的生(shēng)成,還會加速潤滑(huá)油(yóu)的氧化,影響蝸輪蝸杆(gǎn)的潤滑效果,使得(dé)蝸輪蝸杆磨損加大。
3 如(rú)何(hé)控製機房溫度
3.1 建築結構方麵
電梯機房做維護結構保溫處理,降低夏季高溫天氣中室外溫度對室內設備的(de)影響,同時不能因為是設(shè)備房間而忽略了維護結(jié)構的保溫,減小維護結構的厚度。
3.2 安裝通風降溫設備
在自然通風狀(zhuàng)態下,安裝通風設備,以滿足機房溫度的要求,就(jiù)要(yào)安裝空調。在裝設通風設備(如排風扇)時,應與機房的通風口(如百葉窗)對應,使得空氣產生對(duì)流,從而(ér)起到改善機房環境溫度的(de)目的。
3.3 采用節能裝置
把控製櫃中製動電阻的熱能轉(zhuǎn)換為電能儲存在蓄電池或(huò)回(huí)饋到電網中,既可以消除發熱源(yuán),又起到節能作用(yòng)。在電梯運行中,電梯都不可避免的存在發電過程,電梯空載上行和額載下行時,電機轉子在外力的(de)拖動(dòng)或負載自身轉動慣量的維持下,使得電機(jī)實際轉速大於變頻(pín)器輸出的同步轉速,這時候電機處在發電狀態,電機所發出的電能將會儲(chǔ)存在變頻(pín)器內的濾波電容中,如(rú)果不把這部分電能消耗掉,那麽直流母線電壓就會迅速升高(gāo),影響變頻(pín)器的正常工作。通常處理這部分能量的方法是(shì)增(zēng)加製動單元或製動(dòng)電(diàn)阻,將這部分能量消耗在電阻上變成熱(rè)能浪費掉。而采用節能裝置完全(quán)可以代替製動單元和製動電阻,並且可以將(jiāng)這部分能量回饋給電網,達到綠色、環保、節能的目的。節能裝置是通過(guò)自動檢測(cè)變頻器的直流(liú)母線電壓和電網電壓(yā),經過處理器和逆變(biàn)器將變頻器(qì)中的直流環(huán)節的直流電壓逆變成與電網電壓同頻同相的交流電壓,經多(duō)重噪聲濾波環節(jiē)後連接到交流電網,從(cóng)而達到能量回饋(kuì)電網的目的。
3.4 使用單位、維保單位(wèi)應安排專(zhuān)職人(rén)員(yuán)加強管理
維保單位應定期檢查降溫設備是否(fǒu)正常工作,定期對發熱源(如變頻器、製動電阻、電動機)運行情(qíng)況進行認真檢查。對於有多台電梯的使用單位,在夏季高溫天氣,應交替運行(háng),避免為了乘坐方便(biàn)或其他原因隻使用某一台電梯,增加電梯在高溫(wēn)天氣的運(yùn)行負擔。另(lìng)外,使用單位應給每個電梯機房配備滅火(huǒ)器。
4 結論
電梯控(kòng)製係統智能化程度的不斷提高並不能完全消除電梯故(gù)障,電梯在使用中的逐年老化導致故障頻(pín)發的趨勢(shì)不會改變。但通過對(duì)電梯機房的建築結構、電氣控製係統、機(jī)械係統的討論分析,采取有針對性的措施對(duì)各(gè)個環(huán)節有效控製,可以(yǐ)保證夏季高溫天氣電(diàn)梯的機房(fáng)溫度在正常的範圍之內,最終消除或減少因高溫引(yǐn)發的各(gè)種故障,保障電梯在一個安全、穩定、可靠的環(huán)境(jìng)下運行,更好的為用(yòng)戶服(fú)務。
