Modernizza i motori DC Gearless: fallo bene e raccogli i frutti

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Una svolta corretta e ude un'armatura sbiadita, vernice isolante, un ingranaggio della spazzola ricostruito, un commutatore liscio e nuove spazzole.

La modernizzazione in tre modi riduce i costi operativi per i motori CC

Man mano che le popolazioni urbane continuano a crescere, sempre più americani vivono o lavorano in grattacieli, definiti come edifici di 100 m di altezza o più alti. Questi edifici, la maggior parte dei quali sono stati costruiti prima del 2000, hanno principalmente ascensori azionati da macchine a corrente continua senza ingranaggi.

Quando le persone incontrano un problema con la loro macchina DC, il loro primo pensiero è quello di sostituire il motore, un'impresa costosa. Ma i sistemi di ascensori alimentati a corrente continua, nonostante siano già in funzione da 30 a 70 anni, possono fornire decenni di servizio aggiuntivo se adeguatamente mantenuti. Riparare o ricostruire la tua macchina CC offre notevoli risparmi sui costi rispetto a una sostituzione completa del motore CA e, modernizzando la tecnologia del tuo azionamento CC, puoi anche ridurre significativamente i costi energetici per l'edificio. La selezione dell'unità giusta e il ripristino corretto del motore CC esistente possono consentire a te e al tuo cliente di risparmiare decine di migliaia di dollari.

Aspettativa di vita

Ci sono tre modi in cui la modernizzazione degli ascensori si dimostra più conveniente rispetto alla sostituzione del motore. Il primo modo risiede nel motore DC stesso. Quando la manutenzione di base viene eseguita correttamente, una macchina DC ben fatta può avere una durata di 100 anni o più. I motori a corrente alternata hanno una durata di vita molto più breve, generalmente nell'intervallo di 15-20 anni. Nella durata di vita di un singolo motore DC ben mantenuto, un motore AC dovrà essere sostituito cinque, sei o anche sette volte.

Costi iniziali

Questo ci porta al secondo modo in cui la modernizzazione è un'opzione più intelligente della sostituzione: i costi iniziali. Il costo per sostituire un motore a corrente continua con un motore a corrente alternata è di $ 20,000-85,000. Molte variabili possono influire su tale costo, tra cui la rottura e la rimozione della macchina CC, le dimensioni di un motore CA compatibile, l'installazione del motore, i requisiti di sollevamento, i lavori di costruzione necessari e altro ancora.

I sistemi di motori a corrente alternata installati nel 1999 prima delle normative aggiornate potrebbero aver già dovuto essere sostituiti e ci si può aspettare che debbano essere sostituiti un certo numero di volte. D'altra parte, se un'azienda di ristrutturazione rispettabile avesse eseguito procedure di ammodernamento degli ascensori su sistemi simili, ogni lavoro sarebbe costato 3,000-10,000 dollari USA. Le variabili di prezzo in uno scenario di ristrutturazione o ammodernamento includono la pulizia delle parti, la ristrutturazione e la sostituzione delle parti, nonché l'installazione aggiuntiva della tecnologia di modernizzazione.

Risparmio energetico

Infine, c'è la considerazione del risparmio energetico. La ristrutturazione di un motore per ascensori CC esistente e l'installazione di un moderno sistema di azionamento, invece di sostituire un intero sistema, elimina i costosi costi di rimozione dell'attrezzatura, produzione, spedizione e installazione di un nuovo sistema. Il miglioramento delle prestazioni di guida e del controllo è un ulteriore vantaggio. L'installazione di azionamenti rigenerativi farà risparmiare denaro sui costi energetici catturando l'energia e restituendola alla rete. Se non scarichi la tua vecchia macchina, puoi anche qualificarti per i crediti Leadership in Energy & Environmental Design o Building Research Establishment Environmental Assessment Method e punti ENERGY STAR®.

Un motoriduttore CA standard che aziona un ascensore del peso di 2,200 libbre lungo 13 piani a 500 piedi al minuto 301,000 volte all'anno consuma una media di circa 13,000 kWh. Al contrario, un motore CC completamente rinnovato e modernizzato che aziona un ascensore con gli stessi parametri consuma in media solo circa 6,000 kWh. Questo consumo energetico notevolmente ridotto rappresenta una riduzione di oltre il 50%[1] rispetto a un motore CA standard e scende a un livello paragonabile al consumo energetico dei motori CA avanzati a magneti permanenti, il tutto a un costo iniziale di gran lunga inferiore a quello di una sostituzione del motore a corrente alternata.

Parte di un adeguato piano di ammodernamento include l'installazione di un drive DC, come il Quattro DC di Magnetek, che svolge un ruolo importante nella riduzione del consumo energetico e nella capacità di restituire efficacemente l'energia alla rete.

Calcola il tuo risparmio

I calcolatori di risparmio energetico online stimano il consumo elettrico delle apparecchiature esistenti per ascensori e confrontano immediatamente i risultati con quelli di altre combinazioni di motore e motore/azionamento. Sulla base delle caratteristiche operative degli ascensori del tuo edificio, è possibile quindi effettuare un confronto quantitativo per determinare in che modo il risparmio energetico si applica al tuo progetto.

Molte aziende di servizi pubblici offrono programmi di sconti per il risparmio energetico per una richiesta di potenza di picco e media ridotta e per armoniche pulite. È utile valutare i risparmi per i progetti di modernizzazione degli ascensori come parte di un piano, poiché la maggior parte delle società di servizi pubblici non consentirà la richiesta di questi crediti una volta che il progetto è stato completato (o addirittura avviato).

Gli studi hanno dimostrato che gli azionamenti rigenerativi CC possono:

  • Ottieni un risparmio energetico del 25% rispetto agli azionamenti DC con raddrizzatore controllato al silicio (SCR)
  • Ridurre del 45% il consumo di energia rispetto all'utilizzo di gruppi motogeneratore (MG)
  • Risparmia il 42% rispetto ai convertitori di frequenza non rigenerativi.

Come è fatto

Quando vengono utilizzati azionamenti CC rigenerativi, la gravità e l'elevata efficienza degli azionamenti moderni possono aiutare a recuperare e riutilizzare l'energia elettrica che normalmente andrebbe persa durante il funzionamento dell'ascensore.

Gli ascensori consumano energia per spostare una cabina dell'ascensore carica, ma poi generano energia nella direzione opposta quando la cabina si ferma. Piuttosto che semplicemente perdere questa energia sotto forma di calore attraverso i resistori, la tecnologia incorporata nei moderni azionamenti CC cattura in modo efficiente questa energia per restituirla alla rete elettrica dell'edificio per l'uso in altri processi chiave dell'impianto, come l'illuminazione; riscaldamento, ventilazione e aria condizionata; e impianti elettrici aggiuntivi. Ciò rallenta il consumo energetico totale dell'edificio per fornire risparmi sui costi energetici quasi la metà del tempo di funzionamento di un ascensore.

Il buono, il brutto e la verità sulle macchine DC Gearless

Le macchine gearless DC possono funzionare per, letteralmente, 100 anni. I tuoi autori hanno visto molti motori in officina della prima parte del 1900 e li hanno rimessi in servizio, per non averne più notizie.

I nuovi motori sono veramente "non fatti come una volta". Tuttavia, le macchine gearless DC possono funzionare fino al punto di guasto con pochissimo preavviso. Le ispezioni delle macchine dovrebbero essere condotte prima di qualsiasi lavoro di ammodernamento e fornite senza pregiudizio all'operatore storico, poiché le informazioni fornite da un'indagine non possono essere prese mentre le macchine sono in funzione e il monitoraggio della macchina generalmente non è impiegato durante il ciclo attivo per una macchina in funzione.

Inoltre, un'armatura CC può guastarsi senza preavviso e un'armatura può funzionare con valori di resistenza molto bassi senza ovviamente influenzare il funzionamento della macchina. I riavvolgimenti dell'armatura sono molto costosi, ma se eseguiti correttamente possono riportare la macchina in condizioni persino migliori di quella nuova. Una volta che le armature sono state montate sulla nuova tecnologia di azionamento dal vecchio set MG, diventa soggetta a condizioni difficili che non erano mai presenti o previste durante il loro design originale molti anni fa. Pertanto, per ottenere la massima durata da una modernizzazione di una macchina gearless, si consiglia di riavvolgere l'armatura dall'isolamento di Classe B all'isolamento di Classe H (Tabella 1). In alternativa, se possibile, consentire un flusso d'aria eccellente e un raffreddamento aggiuntivo nella sala macchine. Ciò aiuterà l'indotto e le bobine di campo a gestire le temperature di esercizio più elevate e le fluttuazioni di tensione causate dalla nuova tecnologia di azionamento CC.

Per ottenere la massima durata dalle bobine di campo, si consiglia di riavvolgere le bobine con un'apposita bobinatrice per il controllo della forma e del controllo della tensione utilizzando isolamento e nastro di classe H. In generale, la durata dell'isolamento raddoppia per ogni 10°C di capacità di temperatura dell'isolamento inutilizzata. Ad esempio, se un motore è progettato per funzionare con una temperatura totale di 110°C (inclusa la tolleranza ambiente, salita e hotspot) ed è costruito con un sistema di isolamento di Classe B (130°C), c'è una capacità inutilizzata di 20° C. Questo margine in eccesso aumenta la durata prevista dell'isolamento del motore da 20,000 a 80,000 ore. Tuttavia, per ogni 10°C al di sopra del grado di isolamento, la vita del motore si dimezza.

I piccoli brutti segreti — Evitare le insidie

Le armature senza ingranaggi CC, le bobine di campo, gli interpoli e le bobine dei freni sono state generalmente progettate con isolamento di classe B e originariamente destinate a essere eseguite da set MG per fornire la tensione CC per regolare la velocità e altre funzioni. I pacchetti di modernizzazione hanno incluso controlli SCR e, più recentemente, controlli a transistor bipolari a gate isolato per la regolazione della velocità del motore CC.

Sebbene questi controlli abbiano molti vantaggi, entra in gioco il vecchio adagio "non ottieni nulla per niente". Nel caso della tecnologia di azionamento CC, il vecchio segnale CC stabile che una volta era inviato dal generatore è ora sostituito con un segnale CC generato dal "taglio di tensione" di un segnale CA. Questo taglio crea brusche transizioni di tensione on-off che sollecitano i sistemi di isolamento e possono causare il flusso di corrente indesiderata attraverso i cuscinetti del motore. O più guasti ai cuscinetti o grasso annerito nei motori dopo la modernizzazione sono effettivamente causati da correnti elettriche vaganti che fluiscono in modo intermittente attraverso i cuscinetti.

Fortunatamente, esiste una soluzione per questo problema, come le induttanze in modalità comune. Le induttanze di modo comune possono anche ridurre le correnti vaganti che fluiscono attraverso il sistema di messa a terra dell'apparecchiatura che spesso causano un cattivo conteggio dell'encoder o altri problemi di sensore/comunicazione sensibili alle interferenze elettroniche.

Un altro elemento comune dei nuovi pacchetti di modernizzazione è che generalmente richiedono una fonte affidabile di tensione di rete. Un'indagine sulla potenza condotta prima di un lavoro può evidenziare eventuali fluttuazioni di tensione nella potenza dell'edificio che avranno un impatto sul funzionamento del nuovo sistema di controllo dell'ascensore. La maggior parte dei controller ha requisiti di alimentazione massima e minima per un funzionamento ottimale. Le fluttuazioni della tensione al controller possono influire negativamente sul funzionamento di quella che altrimenti sarebbe una mod impeccabile. I migliori controller moderni hanno la capacità di gestire una quantità nominale di abbassamento di tensione senza creare armoniche indebite sulle linee di servizio.

Mettere in atto un piano

Un sondaggio di modernizzazione ben strutturato costituisce la base per il corretto funzionamento di qualsiasi mod. Il modulo deve essere completo per garantire il successo. Molti dei problemi che sorgono dopo la messa in servizio di un ammodernamento sono generalmente riconducibili a informazioni incomplete o errate su questa indagine. Tutti i produttori di controller e motori che si occupano del commercio di ascensori hanno ottimi sondaggi che includono la maggior parte, se non tutte, le informazioni necessarie per un lavoro di successo.

Valutazione del motore

In qualsiasi ammodernamento, i motori devono essere valutati in conformità con gli standard dell'American National Standards Institute (ANSI) e dell'Electric Apparatus Service Association (EASA). Questi standard sono delineati nello standard ANSI/EASA AR100-2015 e dovrebbero essere eseguiti da un'officina motori competente con esperienza con le macchine gearless DC e il loro funzionamento nelle applicazioni degli ascensori. In generale, un buon rilevamento della macchina dovrebbe includere quanto segue.

Identificazione del motore e del sistema di controllo

Identificare il motore, annotando tutti i parametri e le eventuali limitazioni che possono influire sulla compatibilità con i nuovi sistemi di controllo.

Valutazione e ispezione delle condizioni

È necessario eseguire un'ispezione della macchina, prendendo nota di:

  • Condizione di isolamento dell'armatura, della bobina di campo, dell'interpolo e della bobina del freno
  • Condizione e commutazione del commutatore
  • Spazzola e condizioni di stivaggio della spazzola
  • Cuscinetto e condizione di lubrificazione
  • Condizioni dei freni (pastiglie, tamburo/disco, boccole e perni e tiranteria)
  • Vuoto d'aria
  • Montaggio e integrità meccanica (albero, eccentricità dell'albero, lamierini e puleggia)

Testing

Devono essere eseguiti i seguenti test:

  • I test elettrici a bassa tensione devono essere eseguiti prima della pulizia o della riparazione per indicare l'idoneità al funzionamento continuo e individuare rapidamente le aree in cui è necessaria la riparazione.
  • La resistenza di isolamento a bassa tensione deve misurare più di 2 megaohm a 500 VAC/VDC. I test di resistenza all'isolamento (IR) devono essere eseguiti con risultati accettabili prima dei test ad alto potenziale (HP).
  • I test di sovratensione HP devono essere applicati solo dopo che una macchina è stata pulita e asciugata e che i test IR sono accettabili. A causa dello stress posto sull'isolamento, i test HP potrebbero non essere consigliati durante un'ispezione iniziale della macchina e non sono consigliati test ripetuti.
  • Test IR del rigging delle spazzole: è necessario annotare le condizioni delle spazzole per determinare se il grado delle spazzole è compatibile con l'ambiente della sala macchine e la macchina.
  • Test di resistenza all'isolamento della bobina del freno e test di resistenza all'avvolgimento
  • Devono essere eseguite prove di avvolgimento dell'indotto sull'isolamento dell'armatura per determinare che la resistenza sia accettabile. Inoltre, devono essere eseguiti uno o più dei seguenti test: growler, test di tensione di avvolgimento e/o test di resistenza da barra a barra.
  • Prova di resistenza di isolamento delle bobine di campo e degli interpoli e una o più delle seguenti prove: resistenza dell'avvolgimento, prova di sovratensione dell'avvolgimento, prova di caduta di tensione CA e/o prova di impedenza

Una volta completati tutti i test, i risultati dell'analisi degli avvolgimenti dovrebbero essere riesaminati per determinare la migliore linea d'azione, in particolare per l'armatura. Le bobine di campo sono facilmente sostituibili e prontamente disponibili; tuttavia, le armature necessitano di un piano, che risponda alle seguenti domande:

  • Saranno fatti in loco o in un negozio?
  • Quanti richiederanno il riavvolgimento e verranno eseguiti in loco o in un negozio? (La migliore pulizia possibile sarà in un negozio, ma è pratico?)

Pulizia

Molti ascensori non sono in grado di gestire il peso dell'armatura caricata nell'auto per inviarla per la pulizia, quindi, in questi casi, la pulizia o il riavvolgimento in loco è l'unica opzione. I controlli ambientali, come il controllo del rumore, della polvere nell'aria e degli odori, devono essere presi in considerazione in questo piano di pulizia. Tutti gli avvolgimenti e le parti devono essere puliti da polvere di carbone, sabbia, grasso e olio e i residui di detergente devono essere rimossi.

Riparazione (se necessario)

Le riparazioni elettriche e il riavvolgimento dei componenti che non superano i test elettrici (come descritto nella sezione "Test" sopra) devono essere sottoposti a un'ulteriore valutazione come indicato in AR100, Sezione 4, e riparati se necessario o riavvolti secondo le linee guida di AR100, Sezione 3. Occorre prestare attenzione Dato a:

  • Lavorazione commutatore, sottosquadro e smussatura
  • Resistenza di isolamento dei portaspazzole e del sartiame, "quartamento", sede e impostazione della macchina neutra

I test di isolamento elettrico devono essere ripetuti dopo aver effettuato le riparazioni per verificare la qualità dell'isolamento. Le riparazioni meccaniche, inclusi alberi, cuscinetti e guarnizioni, lubrificazione, nuclei laminati, bilanciamento e traferri devono essere eseguite in conformità con AR100, Sezione 2 e specifiche OEM.

Test dinamici

Al completamento della modernizzazione e prima di rimettere in servizio l'ascensore, è necessario eseguire un test dinamico del sistema per garantire che il motore funzioni entro i parametri di prestazione ottimali prodotti dall'azionamento, dal controller e dai carichi del sistema. Le letture della tensione e della corrente di armatura devono essere misurate in condizioni di carico massimo. La tensione e la corrente di campo devono essere misurate in posizione ferma, forzata e alla massima velocità. È necessario misurare la temperatura dei campi, dell'armatura, degli interpoli, della bobina del freno e dei cuscinetti.

Takeaways

Impostare le aspettative in anticipo ed eseguire un piano renderà le modernizzazioni molto più fluide e farà funzionare queste bellissime macchine DC più vecchie anche meglio delle nuove. Raggiungere risultati che soddisfino o superino le aspettative del cliente assicurerà più lavoro in cui il piano può essere affinato e diventare parte del normale corso d'azione, rendendo questo lavoro redditizio per tutti.

I clienti beneficiano dei moderni controller che catturano la potenza persa restituendo l'energia alla rete, mentre la ricostruzione dei vecchi motori mantiene le apparecchiature che funzionano come nuove o migliori e dureranno per molti altri decenni dalla discarica. La modernizzazione consente a tutti di risparmiare tempo, fatica e denaro. Ricondizionare correttamente il motore CC esistente, selezionare il miglior controller e proteggere il motore sono facilmente realizzabili, a vantaggio di tutte le parti coinvolte nella modernizzazione.

Riferimento
[1] Magnetek, "Pianificazione di un'installazione di quattro inverter DC di successo" (www.magnetek.com/~/media/Elevator/EV%20Brochures/EV640_Quattro%20DC%20Installation%20Brochure-flip.ashx).
Jeff Collins e Donald Vollrath

Jeff Collins e Donald Vollrath

Jeff Collins è un partner di Renown Electric Motors & Repair Inc. a Toronto. Lavora nel settore dell'automazione dal 1985, specializzandosi in sistemi automatizzati controllati da computer, e trascorre la maggior parte del suo tempo nello sviluppo del business. Renown è al servizio del settore da 30 anni, lavorando sia con i principali OEM che con appaltatori indipendenti. L'azienda fornisce riparazioni e riavvolgimento di motori e generatori, servizi completi di officina meccanica, servizi sul campo per tornitura e sottosquadro, motori nuovi e rigenerati, set MG, parti e macchine.

Donald Vollrath è un ingegnere principale del gruppo Elevator Drives di Magnetek, Inc., con sede a Menomonee Falls, Wisconsin. Ha una laurea in Ingegneria Elettrica presso l'Università dell'Illinois con oltre 45 anni di esperienza nello sviluppo di azionamenti e controlli per motori AC e DC. Vollrath ha lavorato di recente per perfezionare le apparecchiature di azionamento del motore per ascensori e per istruire gli altri su quel settore.

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