1 機房溫度升高的原因
1.1 機房本身(shēn)的建築結構位置
電梯機房大都在建築物樓頂層,有的機(jī)房在建築物樓頂(dǐng)是一個凸起專用的房間,機房的屋頂(dǐng)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(suǒ)說的外牆,它的溫度與溫(wēn)室溫度緊(jǐn)密聯係,從而影響室內(nèi)的溫度。
在夏季高溫天氣(qì),室外溫度高,外圍護結構溫(wēn)度(dù)也就高,從而導致機房室內溫(wēn)度的升高。對一個房間而言,外圍護結構所占整個維護結構的比例越大,室內(nèi)溫(wēn)度受室(shì)外溫度的影響越大,所(suǒ)以機房的位置決定了機房在夏季是受環境溫度(dù)和太陽照射影響比較(jiào)大(dà)的房間。
1.2 電氣係統散發的熱量
機房(fáng)電氣係統的主要發熱部件有變頻器、製動電阻、電動機。其中變頻器和電動機是由於本身(shēn)效率原因,消耗一(yī)部分電能,以熱量的形式釋放出來;製動電(diàn)阻是把(bǎ)電梯再生發電的電能(néng)消耗掉,以熱量的形式釋放出來。這兩部分熱量都散發到機房內導致(zhì)室溫的升高。
(1)變頻器
變頻器由主回路和控製回路(lù)組成。主回路是給電動機(jī)提供調壓調頻電(diàn)源的電力交換部分,由整流器、平滑回路、逆變器三部分組成(chéng)。其中(zhōng)逆變器中的逆變元件絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是變頻器(qì)最主要的發熱源。IGBT的發(fā)熱主要集中在開和關的瞬間。因(yīn)此開關頻率高時變頻器的發熱量就變大。而電(diàn)梯(tī)用的變頻器需要(yào)頻繁的啟(qǐ)動,從而釋放大量的熱量。
(2)製(zhì)動電阻
製動電(diàn)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(dòng),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(biàn)為(wéi)發電狀態,而這種再生能量會通過變頻器的製動單元,最終由製動電阻以熱能的方式消耗掉。在工作中曾經有單位做過一個試驗,兩(liǎng)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)耗掉,另外一部電梯采用外部電源和節電回饋裝置為動(dòng)力,節(jiē)電回饋裝置的能量來自電梯的再生(shēng)發電,在運行一段時間(jiān)後,外部電能消耗比另外一部電能消耗少35%。可見製動電阻的發熱量是(shì)多麽的大,約(yuē)是電梯電(diàn)能消耗的1/3。
(3)電動機
電動機運行本身有一定的電能消耗。根據電(diàn)動機的熱量公式Q=I²Rt,電動機運行中釋放的熱量(liàng)與電流的平方成正(zhèng)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)要頻繁地啟動和(hé)製動,會產生大(dà)量的熱量。
2.1 對電氣控製(zhì)係統的影響
(1)高溫易(yì)引起微機控製板程序異常
微(wēi)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製,響(xiǎng)應執行外部指令。由於電子器件的材料溫度特性,在高於允許溫度下,電子器(qì)件邏輯判斷會(huì)出錯,微機控製板不穩定,電梯容易發生故障,影響正常運行(háng)(例如(rú)電梯正常運行中突然停梯關(guān)人,電梯運行到門區不開門或不關門,電梯運行到門區(qū)不能換速等),同時維修起來也不易發現故(gù)障點。
(2)高溫易損壞電子元器件
(a)變頻器
變頻器(qì)的故障率隨溫度的升(shēng)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(mìng)減半(bàn)。
當環境溫度超過允許溫度時(shí),將使變頻器逆變電路中逆變(biàn)器件的參數開通時間和關斷時間發生變化,導致在交替過程中,一個器件已經導通,而另一個器件(jiàn)卻未來得及關斷,引(yǐn)起(qǐ)同一橋臂的上、下兩個器件間的“直通”,使該部分處於瞬間短路狀態,逆變器瞬(shùn)間立即被損壞(huài),變(biàn)頻器不能正常工作。同時溫度升(shēng)高(gāo)變頻器的絕緣性能就會大大降低(dī),很容易導致變頻器損壞,造成電梯故障。
(b)製動電(diàn)阻
當環境溫度過高時,很容易使製動電阻散熱(rè)時間過長,如果電梯運行頻繁,製動電阻的熱量多次(cì)累積,最終導致製動電阻溫(wēn)度過高而損壞,甚至造成火災等安全事(shì)故。
(c)其他(tā)電子元(yuán)器件
接觸器、繼電器、變壓器這些電子元器件(jiàn)在工作時,由(yóu)於電流通過導體和線圈而(ér)產生電阻損耗;交流電路中由於交變電磁的作用,在磁體內產生渦流及磁滯損耗。所有這些損耗,幾乎全部都轉變為熱能,這些熱能一部分散失到周圍的介質中,一部分則(zé)滯留在電器中,使電器溫度升高。此(cǐ)時,若環境溫度過高,則各電(diàn)子元器件散熱狀況就差(chà),一是會使電子元器件的可靠性大大降低;二是會降低電子元器件的使用(yòng)壽(shòu)命,甚至損(sǔn)壞電子元器件。統計資料表明電(diàn)子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10%,溫升50℃時的壽命隻(zhī)有溫升25℃時的1/6。
當環境溫度超過機房的允許溫度時,會嚴重影響曳引電機的散熱(rè),由(yóu)於電機的頻(pín)繁啟、製動,電機本身會釋放大量的熱(rè)量,而機房的高溫又不能(néng)及時排除,電機持續在高溫(wēn)環境(jìng)運行,很容易(yì)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(yǐn)機,曳引機通常由電動機、製(zhì)動器、減(jiǎn)速箱、曳引輪、導向輪、機架、盤(pán)車(chē)手輪等組成。(來源微信公眾號:電梯)
(1)對曳(yè)引電機的(de)影(yǐng)響
當環境溫度超過機房的允許溫度時,會嚴(yán)重影響曳引電機的散熱,由於電機的(de)頻繁啟、製動,電機(jī)本身會釋放(fàng)大量的熱量,而機房的高溫又(yòu)不能及時排(pái)除,電機(jī)持續在高溫環境運行,很容易燒壞線圈,損壞電機。雖然電動機的結構設計方麵(miàn),在加強定子(zǐ)鐵芯的散熱上做了周密考慮。比如:有些產品設計成端蓋支(zhī)撐方式,省去傳(chuán)統的機座,使得鐵芯成為開啟式結構,增強冷卻效果;加強定子和轉子鐵芯圓周通風道(dào)的布置(zhì);加大風罩孔通(tōng)風量設計等,但這種結構的電(diàn)機使用較少。大部分采取附裝冷卻風(fēng)機,由設在定子鐵芯表(biǎo)麵的熱敏開(kāi)關控製。當鐵芯(xīn)表麵溫度達到60℃左右時,熱敏開關(guān)動作,接(jiē)通風機(jī)對曳引電動機強製通風(fēng)冷卻。(來源微信公眾號:電(diàn)梯)強(qiáng)製冷卻在(zài)機房高溫的情況下,冷卻效果並不明顯。考慮到強製製冷失(shī)敗不能降溫(wēn)時(shí),會使電動機溫度繼續升高,某些電(diàn)動機產品在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(mǐn)電阻阻值急劇增大,控製外電(diàn)路(lù)熱(rè)保護繼電器動作,通過控製電路(lù)迫使電梯在就近層站換速停(tíng)靠開門,直到電(diàn)動機冷卻後,方可重(chóng)新啟(qǐ)動運行。雖然這種方法能起到保護電機的作(zuò)用,但夏季高溫天氣時間較長,頻繁的出現停梯保護,嚴重影響了電梯的正常運行及使用(yòng)。
(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、剛性好的材料,目前大部分采用鎳鉻合金鋼或矽(guī)錳(měng)類(lèi)合金鋼,也有(yǒu)用含碳(tàn)量0.4%-0.55%的(de)碳素鋼(gāng)鍛造的,蝸杆表麵須經淬火或滲碳等硬化(huà)處理。蝸輪輪緣選用低(dī)摩擦係數的磷青銅、錫青銅或銅錫鎳合金(jīn)經機加工而成。由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,空氣中的熱量與減速箱內(nèi)各零部件旋轉、摩擦產生的熱量,兩者加在一(yī)起,減(jiǎn)速箱內的溫(wēn)度就會更高,持續(xù)的高溫(wēn)則引起零部件的熱膨脹,從而破壞(huài)減(jiǎn)速箱內蝸輪蝸杆(gǎn)的製作(zuò)精度,使渦輪軸和蝸杆軸的軸向遊隙減小,齧(niè)合麵增大,使摩擦麵的摩擦力增大,磨損加速,嚴重時會(huì)影響電(diàn)梯運行的舒適性,同時還會(huì)產生異響,損壞蝸輪蝸杆(例如:乘坐(zuò)電梯時會(huì)聽到電梯機(jī)房有轟隆隆的異聲,轎廂內也(yě)會有異常震動等)。同時,減速箱內持續的高(gāo)溫也會使潤滑油粘度下降,不利於潤滑油(yóu)膜的生成,還會(huì)加速潤滑油的氧化,影響蝸輪蝸杆的潤滑效果,使得蝸輪蝸杆磨損(sǔn)加大。
3 如何控製機房溫度
3.1 建築結構(gòu)方麵
電梯機房做維護結構(gòu)保溫處理,降低夏季高溫天氣中室外溫(wēn)度對室內設備的影響,同時不能因為是設備房間而忽略了維護結構的保溫,減小維護結構的厚度。
3.2 安裝通(tōng)風降(jiàng)溫設備
在自然通風狀態下,安裝通風設備,以滿足機房(fáng)溫度的要(yào)求,就要安裝空調。在裝設(shè)通風設備(bèi)(如排風扇)時,應與機房的通(tōng)風口(如百葉窗)對(duì)應,使得空氣產生對流,從而(ér)起到(dào)改善機房環境溫度的目的。
3.3 采用節(jiē)能裝(zhuāng)置
把控製櫃(guì)中製動電阻的熱能轉換為電能儲(chǔ)存在蓄電池或回饋到電網中,既可以消除發熱源(yuán),又起到節能作(zuò)用。在電梯運行中,電梯都不可避免的(de)存在發電過程,電梯空載上行和額載下行時,電機轉子(zǐ)在(zài)外力(lì)的拖動或負載自身轉動慣量(liàng)的維持下,使得電機實際轉速大於變頻器輸出的同步轉速,這時候電機處在發電狀態,電機所發出的電(diàn)能(néng)將會儲存(cún)在變頻器內的濾波電容中,如果不把這(zhè)部(bù)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(qì)的正常工作。通常處理這部分能量的方法是增加製動單元或(huò)製動電阻,將這部分能量消耗在電阻(zǔ)上變成(chéng)熱能浪費掉。而(ér)采(cǎi)用(yòng)節(jiē)能裝置完全可以代(dài)替製動單元和(hé)製動電(diàn)阻,並且可以將這部分能量回饋給電網,達到綠色、環保、節能的目的。節能裝置是通過自動檢測變頻器的(de)直流母線電壓和電網電壓,經過處理器(qì)和(hé)逆變(biàn)器將(jiāng)變頻(pín)器中的直(zhí)流環節的直流電壓逆變(biàn)成(chéng)與電網電壓同頻(pín)同(tóng)相的交流電壓,經多重(chóng)噪聲(shēng)濾波環節(jiē)後連接到交流電網(wǎng),從而達到能量回饋(kuì)電網的目的。
3.4 使用單位、維保單位應安排專(zhuān)職人員加強管理(lǐ)
維保單(dān)位應定期檢查降溫設備是否(fǒu)正常工作,定期(qī)對發熱源(如變頻器、製動電阻(zǔ)、電(diàn)動機)運行情(qíng)況進行認真檢查(chá)。對於有多(duō)台電(diàn)梯的使用單位,在夏季高溫天氣,應交替運行,避免為了乘坐方便或其他原因隻(zhī)使用某一台電梯,增加電梯在高溫天氣的運行負擔。另外,使用單位應給每個電梯機房配(pèi)備滅(miè)火器。
4 結論
電梯(tī)控製係統智能化程度的不斷提高並不能完全消除(chú)電梯故障(zhàng),電梯在(zài)使用中的逐年老化導致(zhì)故障頻發的趨(qū)勢不會改變。但通過對電梯機房的建築結構、電(diàn)氣控製係統、機械(xiè)係統的(de)討論分析,采取有針對性的措施對各個(gè)環節有效(xiào)控製,可以保證夏季高溫天氣電梯的機房溫度在正常的範圍之內,最終(zhōng)消除或(huò)減少(shǎo)因高溫(wēn)引發的各種故(gù)障,保障(zhàng)電梯在一個安全、穩定(dìng)、可靠的環(huán)境下運行,更好的為用戶服務。
