夏季机房温度对电梯正常运行的影响

发布者：帝奥    发布时间： 2014-06-07 10:16    浏览次数：

1 机房温度升高的原因

1.1 机房本身的建筑结构位置

电梯机房大都在建筑物楼顶层，有的机房在建筑物楼顶是一个凸起专用的房间，（来源微信公众号：电梯）机房的屋顶和四面墙都是外围护结构。外围护结构也就是我们俗话所说的外墙，它的温度与温室温度紧密联系，从而影响室内的温度。
在夏季高温天气，室外温度高，外围护结构温度也就高，从而导致机房室内温度的升高。对一个房间而言，外围护结构所占整个维护结构的比例越大，室内温度受室外温度的影响越大，所以机房的位置决定了机房在夏季是受环境温度和太阳照射影响比较大的房间。

 

1.2 电气系统散发的热量

机房电气系统的主要发热部件有变频器、制动电阻、电动机。其中变频器和电动机是由于本身效率原因，消耗一部分电能，以热量的形式释放出来；制动电阻是把电梯再生发电的电能消耗掉，以热量的形式释放出来。这两部分热量都散发到机房内导致室温的升高。

（1）变频器

变频器由主回路和控制回路组成。主回路是给电动机提供调压调频电源的电力交换部分，由整流器、平滑回路、逆变器三部分组成。其中逆变器中的逆变元件绝缘栅双极晶体管（IGBT）是变频器最主要的发热源。IGBT的发热主要集中在开和关的瞬间。因此开关频率高时变频器的发热量就变大。而电梯用的变频器需要频繁的启动，从而释放大量的热量。（来源微信公众号：电梯）

（2）制动电阻
制动电阻本身就是消耗能量转化成热量的，例如：电梯空载上行时，对重比轿厢重，主机转子转动，切割定子线圈磁力线运动，产生自发电，使电机由电动状态转变为发电状态，而这种再生能量会通过变频器的制动单元，最终由制动电阻以热能的方式消耗掉。在工作中曾经有单位做过一个试验，两部运行频率一样的电梯，其中一部电梯采用外部电源作为动力，电梯再生发电电能由制动电阻消耗掉，另外一部电梯采用外部电源和节电回馈装置为动力，节电回馈装置的能量来自电梯的再生发电，在运行一段时间后，外部电能消耗比另外一部电能消耗少35%。可见制动电阻的发热量是多么的大，约是电梯电能消耗的1/3。

（3）电动机
电动机运行本身有一定的电能消耗。根据电动机的热量公式Q=I²Rt，电动机运行中释放的热量与电流的平方成正比。而电动机在启动和制动过程中电流最大，电梯作为垂直运输的交通工具，又要频繁地启动和制动，会产生大量的热量。

 

2.1 对电气控制系统的影响

（1）高温易引起微机控制板程序异常
微机控制板或PLC上的电子器件通过电压、电流大小比较进行逻辑控制，响应执行外部指令。由于电子器件的材料温度特性，在高于允许温度下，电子器件逻辑判断会出错，微机控制板不稳定，电梯容易发生故障，影响正常运行（例如电梯正常运行中突然停梯关人，电梯运行到门区不开门或不关门，电梯运行到门区不能换速等），同时维修起来也不易发现故障点。

（2）高温易损坏电子元器件

（a）变频器
变频器的故障率随温度的升高而成指数的上升，使用寿命随温度的升高而成指数的下降，环境温度升高10℃，变频器使用寿命减半。

当环境温度超过允许温度时，将使变频器逆变电路中逆变器件的参数开通时间和关断时间发生变化，导致在交替过程中，一个器件已经导通，而另一个器件却未来得及关断，引起同一桥臂的上、下两个器件间的“直通”，使该部分处于瞬间短路状态，逆变器瞬间立即被损坏，变频器不能正常工作。同时温度升高变频器的绝缘性能就会大大降低，很容易导致变频器损坏，造成电梯故障。

（b）制动电阻
当环境温度过高时，很容易使制动电阻散热时间过长，如果电梯运行频繁，制动电阻的热量多次累积，最终导致制动电阻温度过高而损坏，甚至造成火灾等安全事故。

（c）其他电子元器件
接触器、继电器、变压器这些电子元器件在工作时，由于电流通过导体和线圈而产生电阻损耗；交流电路中由于交变电磁的作用，在磁体内产生涡流及磁滞损耗。所有这些损耗，几乎全部都转变为热能，这些热能一部分散失到周围的介质中，一部分则滞留在电器中，使电器温度升高。此时，若环境温度过高，则各电子元器件散热状况就差，一是会使电子元器件的可靠性大大降低；二是会降低电子元器件的使用寿命，甚至损坏电子元器件。统计资料表明电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6。
 

当环境温度超过机房的允许温度时，会严重影响曳引电机的散热，由于电机的频繁启、制动，电机本身会释放大量的热量，而机房的高温又不能及时排除，电机持续在高温环境运行，很容易烧坏线圈，损坏电机。

 

2.2对机械系统的影响

电梯机房的机械系统主要是曳引机，曳引机通常由电动机、制动器、减速箱、曳引轮、导向轮、机架、盘车手轮等组成。（来源微信公众号：电梯）

 

（1）对曳引电机的影响

当环境温度超过机房的允许温度时，会严重影响曳引电机的散热，由于电机的频繁启、制动，电机本身会释放大量的热量，而机房的高温又不能及时排除，电机持续在高温环境运行，很容易烧坏线圈，损坏电机。虽然电动机的结构设计方面，在加强定子铁芯的散热上做了周密考虑。比如：有些产品设计成端盖支撑方式，省去传统的机座，使得铁芯成为开启式结构，增强冷却效果；加强定子和转子铁芯圆周通风道的布置；加大风罩孔通风量设计等，但这种结构的电机使用较少。大部分采取附装冷却风机，由设在定子铁芯表面的热敏开关控制。当铁芯表面温度达到60℃左右时，热敏开关动作，接通风机对曳引电动机强制通风冷却。（来源微信公众号：电梯）强制冷却在机房高温的情况下，冷却效果并不明显。考虑到强制制冷失败不能降温时，会使电动机温度继续升高，某些电动机产品在每相绕组均埋有热敏电阻。当电动机温度升高到155℃时，内部热敏电阻阻值急剧增大，控制外电路热保护继电器动作，通过控制电路迫使电梯在就近层站换速停靠开门，直到电动机冷却后，方可重新启动运行。虽然这种方法能起到保护电机的作用，但夏季高温天气时间较长，频繁的出现停梯保护，严重影响了电梯的正常运行及使用。

 

（2）对减速箱的影响
减速箱由蜗轮、蜗杆组成，蜗杆一般选用硬度高、刚性好的材料，目前大部分采用镍铬合金钢或硅锰类合金钢，也有用含碳量0.4%-0.55%的碳素钢锻造的，蜗杆表面须经淬火或渗碳等硬化处理。蜗轮轮缘选用低摩擦系数的磷青铜、锡青铜或铜锡镍合金经机加工而成。由于各种材料的热膨胀系数不同，而且蜗轮的热膨胀系数大约是蜗杆热膨胀系数的1/2，当机房温度高于40℃时，空气中的热量与减速箱内各零部件旋转、摩擦产生的热量，两者加在一起，减速箱内的温度就会更高，持续的高温则引起零部件的热膨胀，从而破坏减速箱内蜗轮蜗杆的制作精度，使涡轮轴和蜗杆轴的轴向游隙减小，啮合面增大，使摩擦面的摩擦力增大，磨损加速，严重时会影响电梯运行的舒适性，同时还会产生异响，损坏蜗轮蜗杆（例如：乘坐电梯时会听到电梯机房有轰隆隆的异声，轿厢内也会有异常震动等）。同时，减速箱内持续的高温也会使润滑油粘度下降，不利于润滑油膜的生成，还会加速润滑油的氧化，影响蜗轮蜗杆的润滑效果，使得蜗轮蜗杆磨损加大。
 

 

 

3 如何控制机房温度

3.1 建筑结构方面

电梯机房做维护结构保温处理，降低夏季高温天气中室外温度对室内设备的影响，同时不能因为是设备房间而忽略了维护结构的保温，减小维护结构的厚度。

 

3.2 安装通风降温设备

在自然通风状态下，安装通风设备，以满足机房温度的要求，就要安装空调。在装设通风设备（如排风扇）时，应与机房的通风口（如百叶窗）对应，使得空气产生对流，从而起到改善机房环境温度的目的。

 

3.3 采用节能装置

把控制柜中制动电阻的热能转换为电能储存在蓄电池或回馈到电网中，既可以消除发热源，又起到节能作用。在电梯运行中，电梯都不可避免的存在发电过程，电梯空载上行和额载下行时，电机转子在外力的拖动或负载自身转动惯量的维持下，使得电机实际转速大于变频器输出的同步转速，这时候电机处在发电状态，电机所发出的电能将会储存在变频器内的滤波电容中，如果不把这部分电能消耗掉，那么直流母线电压就会迅速升高，影响变频器的正常工作。通常处理这部分能量的方法是增加制动单元或制动电阻，将这部分能量消耗在电阻上变成热能浪费掉。而采用节能装置完全可以代替制动单元和制动电阻，并且可以将这部分能量回馈给电网，达到绿色、环保、节能的目的。节能装置是通过自动检测变频器的直流母线电压和电网电压，经过处理器和逆变器将变频器中的直流环节的直流电压逆变成与电网电压同频同相的交流电压，经多重噪声滤波环节后连接到交流电网，从而达到能量回馈电网的目的。

 

3.4 使用单位、维保单位应安排专职人员加强管理

 

维保单位应定期检查降温设备是否正常工作，定期对发热源（如变频器、制动电阻、电动机）运行情况进行认真检查。对于有多台电梯的使用单位，在夏季高温天气，应交替运行，避免为了乘坐方便或其他原因只使用某一台电梯，增加电梯在高温天气的运行负担。另外，使用单位应给每个电梯机房配备灭火器。

 

4 结论

 

电梯控制系统智能化程度的不断提高并不能完全消除电梯故障，电梯在使用中的逐年老化导致故障频发的趋势不会改变。但通过对电梯机房的建筑结构、电气控制系统、机械系统的讨论分析，采取有针对性的措施对各个环节有效控制，可以保证夏季高温天气电梯的机房温度在正常的范围之内，最终消除或减少因高温引发的各种故障，保障电梯在一个安全、稳定、可靠的环境下运行，更好的为用户服务。（来源：中国电梯，作者 孙广锋 齐冬梅）