1 機房溫度升高的原因
1.1 機房本身的建築結構位置
電(diàn)梯機房大都(dōu)在建築物樓頂(dǐng)層,有的機房在建築物樓頂是一個凸起專(zhuān)用(yòng)的房間,機房的屋頂和四麵牆都是外圍護結構。外圍護結構(gòu)也就是我們俗話所說的外牆,它的溫度與(yǔ)溫(wēn)室溫度(dù)緊密聯係,從而影響室內的(de)溫度。
在夏季高(gāo)溫天氣,室外溫度(dù)高,外圍護結(jié)構(gòu)溫度也就高,從而導致(zhì)機房室內溫度的升高。對一個房間而言,外圍(wéi)護結構所占(zhàn)整個維護結構的比例越大,室內溫度受室外溫度的影響(xiǎng)越大(dà),所以機房的位置(zhì)決定了機房(fáng)在夏季(jì)是受環境溫度和太(tài)陽照射影響比較大的房間。
1.2 電(diàn)氣係(xì)統散發的熱量
機房電氣係統(tǒng)的主要(yào)發(fā)熱部件有變頻器、製動電阻、電動機。其中變頻(pín)器和電動機是由於本身效率原因,消耗一部分電能(néng),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(yǐ)熱(rè)量的形式釋放出來。這兩部分熱量(liàng)都散(sàn)發到(dào)機房內導(dǎo)致室溫的升(shēng)高。
(1)變頻器
變頻器由主回路和控製回路組成。主回路是給電動(dòng)機提供調壓調頻電源的(de)電力交換部分,由整流器、平滑回路、逆變器三部分組成。其(qí)中逆變器中的逆變元件絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是變(biàn)頻(pín)器最主要的發熱源。IGBT的發熱主要集中在(zài)開(kāi)和關的(de)瞬間。因此開關頻率高時變頻(pín)器的發熱量就變大。而電梯用的變頻器需要頻繁的啟動,從而釋放大量(liàng)的熱量。
(2)製(zhì)動電阻
製動電阻本(běn)身就是消耗能量轉化成熱量的,例如(rú):電梯空載上行(háng)時,對(duì)重比轎廂重,主機轉子轉動,切割定子線圈(quān)磁力線運動,產(chǎn)生自發(fā)電,使電機(jī)由電動狀態轉變為發電狀態,而這(zhè)種再生能量會通(tōng)過(guò)變頻器的製動單元,最終由(yóu)製(zhì)動電阻以熱能的方式消耗掉。在工(gōng)作中曾經有單位做過一個試驗,兩部運行頻率(lǜ)一樣的電梯,其中一部電(diàn)梯采用(yòng)外部電源作為動力,電梯再生發(fā)電電能由製(zhì)動電阻(zǔ)消耗掉,另外一部電梯采用外部電源和節(jiē)電(diàn)回饋裝置為動力,節電回饋裝置的能量來自電梯的(de)再生發電,在運行一段時間(jiān)後,外部電能消耗比另外一部電能(néng)消耗(hào)少35%。可見製動電阻的發熱量是(shì)多麽的大,約是電梯電能消耗(hào)的1/3。
(3)電動機
電動機運行本身有一定的電能消耗。根據電動機的熱量公式Q=I²Rt,電動機運(yùn)行中釋放的(de)熱量與電流的平方(fāng)成正比。而電動機在啟動和製動過程中電流最大,電梯作為垂直運輸的交通工具,又(yòu)要頻繁地(dì)啟動和製動,會產生大量的熱量。
2.1 對電氣控製係統的影響
(1)高溫易引起(qǐ)微機控製板程序異常(cháng)
微機控製板或PLC上的電子器件通過電壓、電流大小比較進行邏輯控(kòng)製,響應執行外部(bù)指令。由於(yú)電子器件的材(cái)料溫度特性(xìng),在高於(yú)允許溫度下,電子器件(jiàn)邏輯判(pàn)斷會出錯,微(wēi)機控製板(bǎn)不穩(wěn)定,電梯容易發生故障,影(yǐng)響正常運行(例如電梯正常運行中突然停梯關人,電梯運行到(dào)門區不開門或不(bú)關門,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)高溫易損(sǔn)壞(huài)電子(zǐ)元器件
(a)變(biàn)頻器
變頻器的故障率隨溫(wēn)度的升高而成指數的上升,使用壽命隨溫度的升高而成指數的下降,環境溫度升高(gāo)10℃,變頻器使用壽命減半。
當環境溫度超過(guò)允(yǔn)許溫度時,將使變頻器逆變電路中逆變器件的參數開通時(shí)間和(hé)關斷時間發生變化,導致在交(jiāo)替過程中,一個(gè)器件已經導(dǎo)通,而另一個器件卻未來得及關斷,引起同一(yī)橋臂的上、下兩個器件間的“直通”,使該部分處於瞬間短路狀態,逆變(biàn)器瞬間立即被損壞,變頻(pín)器不能正常工作。同時溫度升高變頻器(qì)的絕緣性能就(jiù)會大(dà)大降低,很容易導致變頻器損壞,造成電梯故障。
(b)製動電阻
當環境溫度過高時,很容易(yì)使製動電阻散熱時間(jiān)過長,如果電(diàn)梯運行頻(pín)繁,製(zhì)動電阻(zǔ)的熱量多次累積,最終導致製動電阻溫度過高而損壞(huài),甚至造成火災等安全事(shì)故。
(c)其他電子元器(qì)件(jiàn)
接觸器、繼電器、變壓器這些電子元器件在工作時,由於電流通過導體和線圈(quān)而產生電阻損耗;交流電路中由於(yú)交變電(diàn)磁的作用,在磁體內產生渦流及磁(cí)滯損耗(hào)。所(suǒ)有這些損耗,幾乎全部都轉變為熱(rè)能,這(zhè)些熱能(néng)一部分散失到周圍的介(jiè)質中,一部分則滯留在電器中,使電器溫度(dù)升高。此時,若環境溫度過(guò)高,則各電子元器件散熱狀況就差,一是會(huì)使電(diàn)子元器件的可靠性大大降低;二是會降低(dī)電子元器件的使用壽命,甚(shèn)至損壞電(diàn)子元器件。統計資料表明電(diàn)子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降(jiàng)10%,溫升50℃時(shí)的壽(shòu)命隻有溫升25℃時的1/6。
當環境(jìng)溫度超過機房(fáng)的允許溫度時,會嚴重影響曳引電(diàn)機的散熱,由於電機的頻繁啟、製動,電機本身會釋放大(dà)量的熱量,而機房的高溫又不能及時排除,電(diàn)機持續(xù)在高溫環(huán)境運行,很容易燒壞(huài)線圈,損壞電機。
2.2對機械係統的影響
電梯機房的機械係統主要是曳引機,曳引機通常由電動機、製動器、減速箱、曳引輪、導向輪、機架、盤車手輪(lún)等組成。(來源微信公眾號:電梯)
(1)對(duì)曳(yè)引電機的影(yǐng)響(xiǎng)
當環(huán)境溫度超過機(jī)房的允(yǔn)許溫(wēn)度(dù)時,會嚴重影響曳引電機的(de)散熱,由於電機(jī)的頻繁啟、製動,電機本身會釋放大(dà)量的熱量,而機房的高溫又不能及時排除,電機持續在高溫環境運行,很容易燒壞線圈,損(sǔn)壞(huài)電(diàn)機(jī)。雖然電動機的結構設計方麵,在加強定子鐵芯的散熱上(shàng)做了周密考慮(lǜ)。比如:有些產品設計成端蓋支撐(chēng)方式,省去傳統的機(jī)座(zuò),使得鐵芯成為開啟式結構,增強冷卻效果;加強定(dìng)子和轉子鐵芯圓周通風(fēng)道的布置;加大風罩孔通風量設計等,但這種結構的電機使(shǐ)用較少。大部分采(cǎi)取附裝冷卻風機,由設在定子鐵芯表麵的熱敏開關控製。當鐵芯表(biǎo)麵溫度達到60℃左右時,熱敏開關動作,接通風機對曳引電動機強製通風冷卻。(來源微信公眾號:電梯(tī))強製冷卻在機房高溫的情況下,冷卻效果(guǒ)並不明顯(xiǎn)。考慮到強製製(zhì)冷失敗不能降(jiàng)溫時,會使電動機溫度繼續升高,某些電動機產品在(zài)每相繞組均埋有熱敏電阻。當電動機溫度升高到155℃時,內部熱敏電(diàn)阻阻值(zhí)急劇增大,控製外電路熱保護繼(jì)電器動(dòng)作,通過控製電路迫使電(diàn)梯在就近層站換速停靠開門,直到電(diàn)動機冷卻後,方可重新(xīn)啟動運行。雖然這種方法能起到保護(hù)電機(jī)的作用,但夏季高溫天(tiān)氣時間較長,頻繁的出現停梯保護(hù),嚴重影響了(le)電梯的正常運(yùn)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(bān)選用硬度高、剛性好的材料,目前大部分采用鎳鉻合金鋼(gāng)或矽錳類合金鋼,也有用含(hán)碳量(liàng)0.4%-0.55%的碳素鋼鍛造的,蝸杆表麵須(xū)經淬火或滲碳等(děng)硬化處理。蝸輪輪緣(yuán)選用低摩擦係(xì)數的磷青銅、錫青銅或銅錫鎳合金經機加(jiā)工而成。由(yóu)於各種材料的熱膨脹係數不同,而且蝸輪的熱膨脹係數大約是蝸杆熱膨脹係數的1/2,當機房溫度高於40℃時,空(kōng)氣中的(de)熱量與減速箱內各零部件旋轉、摩擦產生的熱量(liàng),兩者加在一起,減速箱內的溫度就會更高(gāo),持續的高溫則引(yǐn)起零部件的熱膨脹,從而破壞減速箱內蝸輪(lún)蝸杆的製作精度,使渦輪軸和蝸杆軸(zhóu)的軸向遊隙減小(xiǎo),齧合麵增大,使摩擦麵的摩擦力增大,磨損加速,嚴重時會影響電梯運行的舒適性,同時還會產生異響,損壞蝸輪蝸杆(gǎn)(例(lì)如:乘坐電梯(tī)時會聽到電梯機房有轟隆隆的異聲,轎廂內也會(huì)有異常震動等)。同(tóng)時,減速箱內(nèi)持(chí)續(xù)的高溫(wēn)也會使潤滑油粘度下降,不(bú)利於潤滑油膜的生成(chéng),還會加速潤(rùn)滑油的氧化,影響蝸輪蝸杆的潤滑效果,使得蝸輪蝸杆磨損加大。
3 如何控製機房溫度
3.1 建築結構方麵
電梯機房做維(wéi)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影響,同時不能因(yīn)為是設備房(fáng)間而(ér)忽略了維(wéi)護結構的保溫,減小維護結構的(de)厚度。
3.2 安裝通風降溫設備
在自然通風狀態(tài)下,安裝通風設備(bèi),以滿(mǎn)足機房溫度的要求,就要安裝空(kōng)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(duì)應,使得空氣產生對流,從而起到改善機房環境溫度的目(mù)的。
3.3 采用節能裝置
把控製櫃中製動電阻的熱能轉換為電能儲存在蓄電池或回饋到電網中,既可以消除發熱源,又起到節(jiē)能作用(yòng)。在電梯運行中,電梯都(dōu)不可避免(miǎn)的存在發(fā)電過程,電梯空載上行和額載下行時,電機轉子在外(wài)力的(de)拖動或負載自身轉動慣量的維持下,使得電(diàn)機實際轉速大於(yú)變頻器輸出(chū)的同步轉速,這時候電(diàn)機處在發電狀態(tài),電機所發出的電(diàn)能將會儲存在變頻器內的濾波(bō)電容中,如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,影響變頻器的(de)正常工作。通常處(chù)理這部分能量的(de)方法是增加製動(dòng)單元或製動(dòng)電阻,將這部(bù)分能(néng)量消耗在電阻上變成熱能浪費掉。而(ér)采用節(jiē)能裝置完全可以代替製動單元和製動(dòng)電阻,並且可以將這部分能量回饋給電網,達(dá)到綠色、環保、節能的目的。節能(néng)裝置是通過自動檢測變頻器的直流母線(xiàn)電壓和電(diàn)網(wǎng)電壓,經過處理器和逆變器將變頻器中的直流環節的直流(liú)電壓逆變成(chéng)與電網電(diàn)壓同頻同相的(de)交流電壓,經多重噪聲濾波環節(jiē)後連接到交流電網,從而達到能量回饋電網(wǎng)的目的。
3.4 使(shǐ)用單位、維保單位應安排專職人員加(jiā)強管理
維保單位應定(dìng)期檢(jiǎn)查降溫(wēn)設備是否正常工作,定期(qī)對發熱源(如變(biàn)頻器、製動(dòng)電(diàn)阻(zǔ)、電動機)運行情況進行認(rèn)真檢查。對於有多台電梯(tī)的使用單位,在夏季高溫天氣,應交(jiāo)替運(yùn)行,避免為了(le)乘坐方便或其他原因隻使用某一台電梯,增加電梯在高溫(wēn)天氣的運行負擔。另外(wài),使用單位應給每個電梯機房配備滅火(huǒ)器。
4 結論
電梯控製係統智能化程度的不(bú)斷提(tí)高並不(bú)能(néng)完全消除電梯故障,電(diàn)梯在使用中(zhōng)的逐年老化導致故(gù)障(zhàng)頻發的趨勢不會改變。但通過對電梯機房的建築結構、電氣控製係統、機械係統的討論分析,采取有針對性的措施對(duì)各個環節有(yǒu)效控(kòng)製,可以保證夏季(jì)高溫天氣電梯的機房溫度在(zài)正常的範圍(wéi)之內,最終消(xiāo)除或減少因高溫引發的各(gè)種故障,保障電梯(tī)在(zài)一個安全、穩定(dìng)、可靠的環(huán)境下運行,更好的為用戶服務。
