Resolución de problemas de ascensores

Cómo encontrar y corregir problemas con motores, variadores y controladores

Cuando se trata de solucionar problemas, los ascensores son un caso especial. Los motores eléctricos que los alimentan son más grandes y consumen más corriente que un ventilador típico o un motor de electrodomésticos. Existe un complejo sistema de controles automáticos y manuales. Además, los lugares públicos donde se encuentran habitualmente los ascensores son zonas muy transitadas donde los usuarios pueden resultar lesionados o peor en caso de avería mecánica o eléctrica. En estas instalaciones, el tiempo de inactividad puede significar una enorme disminución de la productividad y una gran pérdida de material.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Después de leer este artículo, debería haber aprendido:
♦ Por qué un motor de ascensor es único
♦ Por qué la recopilación de información y el mantenimiento de registros son fundamentales
♦ Cómo son útiles las herramientas de imagen térmica
♦ Problemas especiales en ascensores hidráulicos
♦ Acerca de las partes principales de un VFD

Por estas razones, el diseño, la instalación y el mantenimiento de ascensores exigen un alto grado de conocimiento y experiencia. Cuando el rendimiento de un ascensor existente ha disminuido, se pide a los trabajadores profesionales que actúen rápidamente para restablecer el servicio sin introducir peligros adicionales. Por lo general, esta empresa consta de dos fases. Primero, los trabajadores están en un modo de recopilación de información, luego, el servicio se restablece mediante la sustitución o reparación de componentes.

Este artículo discutirá la tarea preliminar de resolución de problemas con miras a desarrollar algunos métodos específicos para la reparación de ascensores. Para las personas de mantenimiento in situ en una instalación específica, la recopilación de información previa a los hechos y el mantenimiento de registros son fundamentales. Las herramientas del oficio incluyen la documentación de los fabricantes y el equipo de diagnóstico, que pueden trabajar juntos para facilitar la restauración rápida, precisa y segura del servicio.

Por ejemplo, se pueden usar varias herramientas de medición de temperatura y de imágenes térmicas para descubrir puntos calientes que pueden significar problemas en el futuro. Un buen plan es inspeccionar la maquinaria en funcionamiento mientras funciona normalmente, antes de que surjan problemas. Esto es particularmente cierto con respecto al aumento de temperatura, porque un calor anormal eventualmente significará problemas. Siempre es mejor tomar medidas correctivas antes, en lugar de después, de la falla del equipo, y esto es particularmente cierto con respecto a los ascensores.

Nuestra historia

En el pasado lejano, una variedad de motores accionaban ascensores. Al principio, los animales, incluidos los humanos, caminan en un hosco silencio para elevar a los faraones y los bienes materiales a alturas que, según los estándares actuales, eran modestas. Finalmente, el agua, el vapor, el viento y otras fuerzas fueron sustituidas por esas primitivas fuentes de energía. A partir del siglo XIX con el sistema de distribución y generación de CC de Thomas Edison en el bajo Manhattan, los motores eléctricos se convirtieron en la principal fuente de energía rotativa.

Nikola Tesla, junto con George Westinghouse, desarrolló y comercializó el motor de inducción de CA, y rápidamente eclipsó el motor de CC de Edison, que, por el momento, continuó sirviendo aplicaciones de nicho. Uno de ellos fue para los ascensores eléctricos, donde se requería una regulación de velocidad suave y precisa para detener el automóvil suavemente en cada piso.

Los motores de CA adquirieron esta capacidad solo a mediados del siglo XX con el desarrollo del variador de frecuencia (VFD), que empleaba modulación de ancho de pulso (PWM) y otros métodos para un control preciso de la velocidad. Finalmente, el motor de inducción trifásico de CA ganó relevancia en la tecnología de ascensores, y ahí es donde están las cosas actualmente. La conclusión es que los técnicos de ascensores ahora tienen que ser expertos en el diagnóstico de problemas que puedan surgir en este tipo de sistema de control de motores.

Problemas frecuentes

Motor

El mal funcionamiento del motor no es el único problema en el funcionamiento del ascensor, pero existe la posibilidad de una interrupción catastrófica del servicio, y los técnicos deben conocer los síntomas y las técnicas para interpretarlos.

Como se mencionó, el aumento anormal de temperatura es una señal de que la falla de un componente puede ser inminente y siempre existe la amenaza de una interrupción del sistema. Esto es especialmente cierto en los motores. Además, en ascensores y otras aplicaciones sensibles, el sistema se apagará intencionalmente como medida de protección cuando se detecten altas temperaturas. Este es un escenario común, y se requiere que el técnico diagnostique y corrija el problema si se va a restaurar el funcionamiento normal.

En aplicaciones de poca altura, los elevadores hidráulicos son comunes. Por lo general, hay un depósito de aceite grande, que tiene el doble propósito de proporcionar energía de fluido al cilindro y enfriar el motor / bomba. El sobrecalentamiento se refleja en la temperatura del aceite en este depósito. El aumento de temperatura puede ser causado por una obstrucción en la ruta del aceite, problemas del motor / bomba (incluido bajo voltaje o fase caída), bajo nivel de aceite debido a una fuga no detectada, aceite envejecido, atascamiento en el cilindro o en la ruta del automóvil, carga pesada o uso constante. temperatura ambiente alta, falla en la ventilación de la sala de máquinas o una combinación de dos o más de los anteriores. La temperatura alta del aceite finalmente hará que el sistema se apague como medida de seguridad. Cuando esto sucede, un gran ventilador dirigido hacia el exterior del depósito de aceite puede ser útil, pero siempre que haya calor excesivo, es importante encontrar la causa subyacente.

Se puede obtener una estimación aproximada del estado de la temperatura tocando el exterior del depósito de aceite. Una buena medida sería instalar un termómetro, preferiblemente con una gran lectura digital. Un registro colocado en una pared cercana debe actualizarse a intervalos regulares para que se puedan detectar tendencias dañinas antes de que ocurra un corte.

Los elevadores de tracción (no hidráulicos) también se ven afectados negativamente por el exceso de calor. Las altas temperaturas pueden ser a la vez causa y síntoma de muchos problemas. A menudo está dentro del motor. Lo primero que hay que mirar son los cojinetes. Un rodamiento caliente que todavía no tiene juego lateral puede funcionar con fuerza, provocando que todo el motor se sobrecaliente, consuma una corriente excesiva y se desconecte.

Los rodamientos más antiguos tienen engrasadores y simplemente engrasándolos puede resolver el problema. Los cojinetes más nuevos suelen estar sellados y, en caso de avería, deben sustituirse. El rodamiento sellado es una buena idea, porque no se introduce polvo abrasivo, pero cuando finalmente se acaba el tiempo para ellos, deben ser reemplazados.

Otro problema relacionado con el motor es el sobrecalentamiento de sus bobinados. Esto puede deberse al envejecimiento del motor, donde el aislamiento del devanado comienza a romperse. Alternativamente, puede ser causado por infiltración de humedad o sobrecalentamiento repetido. Cuando esto sucede, generalmente es necesario enviar el motor a un taller especializado en reconstrucción de motores, mientras se reemplaza el motor con un repuesto si es necesario para mantener el elevador en servicio.

Normalmente, los problemas en los cojinetes del motor se pueden diferenciar de los problemas en los devanados determinando la fuente de calor, es decir, en un cojinete o más cerca del centro del recinto. Se puede obtener una verificación adicional tomando lecturas de resistencia y corriente en los terminales individuales del motor y comparando estas lecturas con la documentación del fabricante o con los datos adquiridos cuando el motor estaba funcionando normalmente.

Accionamiento

Si los devanados y cojinetes del motor están bien, y si se ha descartado la unión de la carga, ha llegado el momento de buscar problemas de calidad de la energía. “VFD” puede referirse al variador en sí mismo o al variador junto con el motor accionado. Un VFD típico está alojado en un gabinete del piso al techo. El suministro eléctrico suele ser de 480 V, trifásico. La potencia del motor determina el tamaño del circuito y la protección contra sobrecorriente. Si se trata de una instalación grupal (que consta de dos o más elevadores), se permite reducir el tamaño del alimentador en función de la diversidad de cargas. Siempre hay un medio de desconexión en un recinto separado a la vista del motor y dentro de la sala de máquinas. A menudo, los VFD se venden como un paquete que incluye el motor y una interfaz de usuario altamente funcional. El fabricante generalmente proporciona instrucciones de instalación, un manual de usuario, esquemas y una guía de resolución de problemas.

Un VFD y el motor asociado prosperan con un suministro eléctrico de alta calidad. Las lecturas de voltaje y las mediciones de corriente deben ser sustancialmente uniformes para las tres fases. Como se ve en un analizador de espectro u osciloscopio, la onda sinusoidal debe ser pura, sin dañar armónicos, picos o fluctuaciones dañinas. Las mediciones deben tomarse periódicamente en la entrada y salida del VFD y en los terminales del motor. Si estas lecturas se toman después de la instalación inicial y a intervalos frecuentes mientras el equipo está funcionando normalmente, se creará una base de datos. Por lo general, la temperatura aumentará muy lentamente durante mucho tiempo, luego se acelerará rápidamente y pronto alcanzará un nivel dañino. Esto se denomina acertadamente el "efecto de avalancha".

Los motores eléctricos funcionan de manera más eficiente a alto voltaje, donde se necesita menos corriente para entregar la energía requerida para la aplicación. La desventaja es que para los trabajadores de mantenimiento en un entorno de alto voltaje, una suposición errónea o un movimiento torpe puede resultar en lesiones graves o la muerte. Hay dos tipos distintos y separados de peligro: descarga eléctrica y falla de arco. La descarga eléctrica ocurre cuando la persona entra en contacto con un terminal, un cable o una superficie conductora con corriente. Luego, si la persona está conectada a tierra (que suele ser el caso), el circuito eléctrico se completa y la corriente fluye a través del cuerpo de la persona causando daños importantes y, a menudo, interrumpiendo el ritmo natural del corazón. Incluso cuando la persona no tiene una conexión a tierra sólida, donde hay alto voltaje involucrado, puede haber un evento de descarga eléctrica. Eso es porque todos los cuerpos siempre tienen un cierto potencial terrestre. Las alfombrillas de goma, los zapatos secos y los guantes y herramientas aislados son de alguna ayuda, pero no creo que sea seguro tocar un cable o terminal que esté energizado a más de 30 V.

El otro peligro se conoce como arco eléctrico. Cuando una llave inglesa caída o un destornillador deslizante, por ejemplo, completa un circuito entre un cable o terminal, o entre cables o terminales energizados por fases opuestas, la herramienta se puede evaporar instantáneamente debido al flujo de toda la corriente que la red puede entregar, limitada. solo por la impedancia de la línea eléctrica, cableado local y transformadores en línea. Para un trabajador cercano sin ropa protectora extensa, la explosión del arco puede ser fatal, aunque el individuo no experimente una descarga eléctrica real.

La mejor política es evitar trabajar en cableado que pueda estar activo. Todos los motores deben tener una desconexión. Para algunos motores muy pequeños, la desconexión puede ser el dispositivo de sobrecorriente del circuito derivado, un enchufe que se puede quitar del receptáculo o un interruptor de la unidad.

La desconexión para un motor grande se corresponde con el tamaño de su circuito eléctrico, que, a su vez, se basa en la corriente requerida por el motor, dada su potencia. Esta desconexión es el medio lógico para apagar el VFD y el motor. Aún así, existe el peligro de descargas eléctricas, porque los condensadores electrolíticos grandes en el extremo frontal del VFD pueden contener una carga letal mucho después de que la unidad se haya apagado. A veces, el VFD será suficiente para purgar la carga en 1 minuto. más o menos (el tiempo requerido depende de la cantidad de cualquier resistencia en paralelo), pero no se debe suponer nada.

Cada condensador debe descargarse individualmente. Resista el impulso de colocar un destornillador a través de los terminales, porque es probable que el repentino aumento de corriente dañe el sustrato dieléctrico. En su lugar, conecte una resistencia de baja resistencia y alta potencia a los terminales utilizando cables largos y flexibles con pinzas de cocodrilo grandes aisladas.

El VFD tiene tres secciones. En el extremo aguas arriba, donde el suministro eléctrico ingresa al gabinete, está el rectificador. La sección central se conoce como bus de CC, que transporta energía eléctrica rectificada a la sección final, el inversor. Las mediciones eléctricas simples determinan cuál (si alguna) de estas secciones es la causa del rendimiento deficiente del motor.

Para comenzar, observe la entrada del VFD con el motor apagado (es decir, la cabina del ascensor en reposo). Se puede adquirir cierta información utilizando un multímetro, pero para realizar una evaluación exhaustiva de la calidad de la energía, se necesita un osciloscopio y / o un analizador de espectro. El multímetro le permitirá saber si los voltajes RMS de las tres patas son sustancialmente iguales. Para un buen rendimiento, la pierna más baja debe estar dentro del 5% de la pierna más alta. Esta cantidad puede variar según la marca y el modelo del VFD, por lo que es esencial consultar el manual del usuario para conocer la tolerancia exacta.

Al realizar una evaluación en profundidad de la calidad de la energía, el osciloscopio se utiliza con mayor frecuencia. Es importante darse cuenta de que, al realizar trabajos de VFD, existe un peligro inherente al utilizar un osciloscopio convencional de tipo banco. La razón es que, cuando la sonda se conecta a uno de los canales de entrada, su cable de retorno a tierra se conecta directamente a través del chasis del osciloscopio al bus de tierra de la fuente de alimentación de las instalaciones, lo que genera una corriente de falla repentina cuando el cable de retorno a tierra entra en contacto con un cable o terminal referenciado pero flotando por encima del potencial de tierra. Esta corriente de falla puede dañar el VFD y el osciloscopio y causar lesiones al usuario. Para evitar este peligro, se puede utilizar una sonda diferencial, pero este costoso accesorio a menudo no está disponible. En cambio, la mayoría de los técnicos utilizan un osciloscopio portátil que funciona con baterías con entradas aisladas de tierra y, en la mayoría de los modelos, entre sí.

Otra precaución: las sondas y las entradas del osciloscopio deben estar clasificadas para los voltajes que se van a medir. Además, se debe considerar la ubicación del CAT y el voltaje máximo contemplado. (Los niveles CAT I-IV son clasificaciones de instrumentos de prueba para voltaje máximo en términos de su seguridad en diferentes entornos eléctricos). Con respecto a las entradas de energía del VFD, el osciloscopio revelará anomalías en la forma de onda. Cualquier cosa que varíe significativamente de una onda sinusoidal pura puede ser problemática. Esto incluiría puntos muertos intermitentes, recortes en los picos de la forma de onda y contenido armónico excesivo, que se ve mejor en el modo “Math / FFT” de un osciloscopio o en un analizador de espectro.

La conclusión es que se requiere una fuente de alimentación trifásica de alta calidad para que el VFD y el motor funcionen correctamente. Una vez que se haya verificado, podemos proceder al funcionamiento interno del VFD. En los controladores de ascensores más grandes donde se incorpora el VFD, se puede abrir una puerta para acceder a la electrónica. En unidades más pequeñas, el recinto debe estar abierto. De cualquier manera, la unidad debe apagarse y descargarse el voltaje residual antes de continuar.

La primera etapa en el VFD es el rectificador. Tres pares de diodos convierten la CA trifásica en la entrada en CC pulsante. Los condensadores electrolíticos grandes en paralelo con la salida de esta etapa rectificadora eliminan la ondulación de CA y la desvían a tierra. Esto es necesario para crear la CC pura requerida por la sección del inversor. Dado que la conexión a tierra (que finalmente regresa a la barra neutra en el servicio eléctrico) forma efectivamente una toma central entre los dos capacitores, las dos líneas de CC están referenciadas pero flotan por encima del potencial de tierra. Ninguno de estos conductores está conectado a tierra. Por lo tanto, no es seguro utilizar aquí un osciloscopio convencional de tipo banco.

El otro punto a tener en cuenta es que, debido a la naturaleza del rectificador trifásico de onda completa, que se relaciona con los voltajes máximos, el voltaje de CC en el bus de CC dentro del VFD es en realidad más alto que el voltaje de suministro de CA en la entrada. Es 1.414 veces el valor RMS medido con un voltímetro. Esto significa que, para un variador de 480 V, el voltaje en el bus de CC es 678 V, casi un 50% más alto.

La siguiente etapa del procedimiento de diagnóstico es una inspección visual completa del VFD. Al hacerlo, no toque nada: es posible que un condensador no se haya descargado por completo. Verificando cada diodo, capacitor y los semiconductores en la sección del inversor, inspeccione cualquier signo de sobrecalentamiento. Los condensadores del rectificador son infractores frecuentes. Si uno muestra algún signo de quemado, fuga, abultamiento o distorsión, debe ser reemplazado.

Complete la inspección visual comprobando todas las placas de circuitos y las terminaciones de los conductores en busca de corrosión o signos de sobrecalentamiento. Usando herramientas y guantes aislados (aunque el VFD esté apagado), vuelva a apretar todas las terminaciones de energía. Cualquier conexión de cinta o pala de baja potencia se puede deslizar y rehacer solo para pulirla.

Mientras el VFD está apagado, verifique el ohmímetro siempre que sea posible y, utilizando las funciones de verificación del capacitor y el diodo del multímetro, verifique estos dispositivos. Los componentes de estado sólido pueden someterse a pruebas no dinámicas (por lo tanto, no definitivas) utilizando la función de prueba de diodos en las uniones base-emisor y base-colector. (El transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico tiene terminales de puerta, drenaje y fuente, en lugar de terminales de base, colector y emisor). Esto también funciona en los terminales emisor-colector, porque hay diodos en derivación a través de ellos. Dado que hay dos condensadores, dos bobinas, seis diodos y seis semiconductores, se pueden hacer comparaciones de resistencia que pueden revelar un componente defectuoso.

controlador de movimiento

Hasta ahora, este artículo ha abordado la solución de problemas y el servicio de los elevadores como si la parte del VFD / motor del equipo fuera la historia completa. En realidad, a menudo se deben considerar otras áreas. Afortunadamente, el controlador de movimiento normalmente contiene una lectura alfanumérica que forma parte de la interfaz de usuario. Cuando ocurre una falla, el ascensor generalmente se apaga, con frecuencia con la cabina deteniéndose entre pisos. Si la parada persiste durante más de unos minutos, se debe considerar la extracción de pasajeros. Esto implica abrir manualmente una puerta en un piso adyacente usando una llave hecha para ese propósito. Puede que sea necesario pasar una escalera de mano al interior del automóvil para que los pasajeros puedan salir.

Si bien el proceso no es particularmente peligroso si se lleva a cabo correctamente, hay dos problemas que deben enfrentarse: el estrés del pasajero y la responsabilidad de la empresa. Algunas organizaciones de mantenimiento de ascensores declaran por escrito que las extracciones de pasajeros deben ser realizadas únicamente por ellas, y una vez que se ha hecho esta afirmación, el problema de la responsabilidad se agrava. En algunos casos, debido a las distancias al sitio y al hecho de que todo el personal puede estar ocupado, esta alternativa puede no ser factible. Mantener a los pasajeros confinados esperando un período de tiempo considerable podría presentar peligros adicionales para la salud y otros peligros.

Un buen curso de acción es consultar a las agencias reguladoras locales con anticipación y, utilizando sus pautas, ensayar el proceso de extracción de pasajeros con el personal con anticipación, además de proporcionar instrucciones escritas. Una vez que se han extraído los pasajeros, el restablecimiento del servicio puede convertirse en la prioridad. Si un controlador de movimiento hace que el automóvil se detenga, la lectura alfanumérica generalmente mostrará un código de error, como "E7". Luego, refiriéndose a la documentación del fabricante (copias de la cual deben guardarse en la sala de máquinas y la oficina de mantenimiento), se debe explicar el código de error con recomendaciones para la restauración del servicio. A menudo, esto se hace presionando un botón de reinicio o interrumpiendo la alimentación del controlador durante un período específico para reiniciar el controlador de movimiento durante, por lo general, 1 minuto. para permitir que los voltajes de bajo nivel almacenados capacitivamente se disipen debido a la resistencia en paralelo.

El mantenimiento y la reparación de ascensores es un campo extenso y complejo, y no es para los pusilánimes. En ningún caso debe ser intentado por quienes carecen de los conocimientos y la experiencia para realizar el trabajo de forma segura y sin introducir peligros que pudieran aparecer, ya sea en el corto plazo o en un futuro lejano.

Preguntas de refuerzo del aprendizaje

Utilice las siguientes preguntas de refuerzo del aprendizaje para estudiar para el Examen de evaluación de educación continua disponible en línea en www.elevatorbooks.com o en la p. 109 de este número.
♦ ¿Por qué la introducción del motor de inducción fue un punto de inflexión en la tecnología de ascensores?
♦ ¿Cuáles son los dos propósitos del depósito de aceite en un elevador hidráulico?
♦ ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los rodamientos sellados?
♦ ¿Cuál es el propósito del bus de CC en un VFD?
♦ ¿Qué síntomas indican un condensador electrolítico defectuoso?

Escrito para revistas como ELEVATOR WORLD, Electrical Construction and Maintenance, Cabling Business, Electrical Business, Nuts and Volts, PV Magazine, Electrical Connection, Solar Connection, Solar Industry Magazine, Fine HomeRevista de construcción y Registro de Noticias de Ingeniería. También ha escrito cuatro libros publicados por McGraw-Hill: 2011 National Electrical Code capítulo por capítulo, Solución de problemas y reparación de equipos eléctricos comerciales, The Electrician's Trade Demystified y The Electrician's Trade Demystified and The HomeGuía de bricolaje para cableado eléctrico del propietario, esta última publicada en diciembre de 2014. Tiene una licenciatura en literatura y composición inglesas de Hobart College of Geneva, Nueva York.