Risoluzione dei problemi relativi a motori elettrici e inverter negli ascensori

Una guida pratica per i tecnici degli ascensori.

di Jeff Collins

I moderni impianti di ascensori si affidano in larga misura a motori elettrici, azionamenti a frequenza variabile (VFD) e sofisticati sistemi di controllo per garantire un funzionamento fluido, affidabile ed efficiente dal punto di vista energetico. Se da un lato queste tecnologie hanno migliorato notevolmente il comfort di marcia e l'efficienza, dall'altro hanno anche introdotto nuove sfide per la risoluzione dei problemi per i meccanici e i tecnici degli ascensori.

Per i tecnici degli ascensori, comprendere l'interazione tra motori, azionamenti, qualità dell'energia, sistemi meccanici e logica di controllo è fondamentale per ridurre i tempi di inattività e prevenire guasti ripetuti. Aziende come Renown Electric Motors & Repair Inc. collaborano a stretto contatto con installatori di ascensori in tutto il Canada e all'estero per diagnosticare e riparare qualsiasi cosa, dai gruppi motore-generatore (MG) obsoleti e dalle macchine con e senza ingranaggi ai moderni sistemi di trazione controllati da inverter (VFD) con motori a magneti permanenti.

La moderna sala macchine degli ascensori è cambiata

La tradizionale risoluzione dei problemi degli ascensori si concentrava spesso su contattori, relè, freni e usura meccanica. I moderni sistemi di ascensori integrano ulteriori componenti elettronici, tra cui:

• Inverter e azionamenti rigenerativi
• Codificatori e sistemi di feedback
• Componenti elettronici sensibili alle armoniche, come i reattori di linea e di carico.
• La commutazione ad alta frequenza con modulazione di larghezza di impulso (PWM) è spesso responsabile dei "fenomeni fantasma nella macchina".
• Controlli in rete
• Dipendenze dalla qualità dell'energia, tra cui squilibrio di fase, cali, picchi e interruzioni.

Il risultato è che molti “problemi motori” sono in realtà:

• Problemi relativi all'unità
• Problemi di qualità dell'energia
• Carenze di messa a terra
• Danni da corrente portante
• Programmazione errata
• Guasti al sistema di raffreddamento o alle condizioni ambientali

Allo stesso modo, molti "guasti al disco" sono in realtà problemi meccanici mascherati da sintomi elettronici. Una diagnosi efficace richiede l'analisi dell'intero sistema, anziché dei singoli componenti.

Sintomi comuni del motore dell'ascensore e del variatore di frequenza

1. Interventi intempestivi degli inverter

I guasti tipici includono:

• sovracorrente
• Guasto a terra
• sovratensione del bus CC
• sovratemperatura
• perdita dell'encoder
• Squilibrio di fase in uscita
• Corrente di modo comune eccessiva

Cause comuni:

• Isolamento del motore usurato
• Collegamenti del motore allentati
• Parametri di accelerazione in presa
• Problemi di temporizzazione dei freni
• Tensione eccessiva dell'onda riflessa
• Blocco meccanico nella macchina
• Problemi di rigenerazione durante la decelerazione
• Pratiche di messa a terra scadenti
• La staffa dell'encoder è allentata o rotta.
• Ventole e dissipatori di calore ostruiti o difettosi
• Problema/manutenzione dell'alimentatore; la maggior parte dei produttori raccomanda la manutenzione ogni cinque-sette anni.

I contattori usurati possono causare problemi di monofase e di qualità della tensione nei motori e nei gruppi elettrogeni.

Renown Electric osserva che molti guasti degli inverter non sono guasti elettronici catastrofici, ma problemi legati alla manutenzione che peggiorano nel tempo a causa di ispezioni e test trascurati. Consiglio: lo stato di salute del vostro inverter può spesso essere valutato osservando i condensatori per individuare eventuali rigonfiamenti, perdite di elettrolita bianco/gessoso (a volte marrone) o altri segni di stress. I condensatori stressati possono causare una tensione BUS errata, problemi di rigenerazione e tensione del motore instabile. Controllate che le ventole e i soffiatori non siano sporchi o ostruiti.

2. Guasti prematuri dei cuscinetti del motore

Uno dei problemi più trascurati nelle applicazioni per ascensori è il danneggiamento dei cuscinetti causato dalla tensione sull'albero e dalle correnti di modo comune indotte dagli inverter.

La commutazione ad alta frequenza all'interno dei VFD può creare elettroerosione (EDM) all'interno dei cuscinetti, producendo:

• piste dei cuscinetti smerigliate
• Vaiolatura
• Motivi di scanalatura * Lamenti o ringhi udibili

I sintomi spesso includono:

• Vibrazioni aumentate
• Rumore a determinate velocità
• Sostituzioni ripetute dei cuscinetti
• Instabilità dell'encoder

Abbiamo già scritto in precedenza, sottolineando l'importanza di affrontare i danni causati dalla tensione sull'albero e dalla corrente sui cuscinetti nei sistemi VFD attraverso metodi di mitigazione come induttori di modo comune e tecniche di messa a terra adeguate. Consiglio: molti dei vostri scatti intempestivi inspiegabili che richiedono solo un ripristino senza altri problemi evidenti sono causati dalla corrente di modo comune e da una messa a terra inadeguata. Verificate la presenza di una schermatura adeguata, di cavi di messa a terra di buona qualità e di una messa a terra corretta e stabile dell'edificio per evitare scatti intempestivi e picchi di tensione nei vostri motori.

3. Surriscaldamento del motore

I motori degli ascensori (sia in corrente alternata che continua), alimentati da inverter, gruppi elettrogeni o avviatori statici, possono surriscaldarsi quando funzionano alla velocità nominale o al di sotto di essa.

Sintomo	Possibile causa elettrica	Possibile causa meccanica
Scatto per sovracorrente	Avvolgimento in cortocircuito	Cuscinetti stretti
Surriscaldamento del motore	armonia	Resistenza al freno
Guasto dell'encoder	Interferenze di rumore	Allentamento dell'accoppiamento
Vibrazione	Squilibrio elettrico	Guide a rulli
Guasti di rigenerazione	Regolazione della guida	Inerzia di carico eccessiva

Le cause più comuni includono:

• Riduzione del flusso d'aria di raffreddamento a bassa velocità
• Riscaldamento armonico
• Squilibrio di tensione
• Voltaggio errato
• Frequenza portante errata
• Sovraccarico dovuto all'attrito/fasatura dei freni
• Avvii eccessivi all'ora

La termografia a infrarossi e l'analisi degli avvolgimenti sono strumenti preziosi per identificare i problemi termici in fase iniziale prima che si verifichi un cedimento dell'isolamento. Consiglio: il controllo della tensione con un multimetro in genere fornisce solo il valore efficace (RMS) (medio) della tensione. Molto spesso si noterà che il valore RMS e il valore di picco effettivo sono molto diversi; pertanto, consigliamo vivamente di utilizzare dispositivi di misurazione della qualità dell'energia come un monitor di tensione o un analizzatore di qualità dell'energia.

Comprendere la differenza tra problemi elettrici e meccanici

Un errore fondamentale nella risoluzione dei problemi è presumere che ogni guasto abbia origine elettrica. I tecnici esperti di ascensori sanno che i sistemi di ascensori sono altamente integrati. Una puleggia usurata, un freno disallineato o un problema al riduttore possono facilmente essere scambiati per un problema elettrico. Consiglio: verificate l'allineamento della puleggia, lo sfregamento del dispositivo di bloccaggio della fune e la presenza di guide a rulli bloccate da molle, oppure controllate la corretta configurazione del motore e la tensione; in genere, il motore è "stupido" e si limita a rispondere a ciò che vede.

L'importanza della manutenzione predittiva

Uno dei maggiori cambiamenti nel settore è il passaggio dalla riparazione reattiva alla manutenzione predittiva. Invece di aspettare che una macchina si guasti, la manutenzione predittiva utilizza tecnologie come:

• Analisi delle vibrazioni * Analisi della firma di corrente del motore
• Analisi dell'avvolgimento
• Termografia a infrarossi * Lubrificazione intelligente a ultrasuoni
• Monitoraggio on-line

Queste tecnologie vengono utilizzate per identificare tempestivamente i guasti in fase di sviluppo. Ciò è particolarmente importante negli ascensori, dove i tempi di inattività influiscono su:

• Soddisfazione degli inquilini
• Operazioni edilizie
• Conformità all'accessibilità
• Capacità di risposta alle emergenze

Molti sistemi utilizzano ormai l'analisi della firma di corrente (CSA) con l'ausilio dell'intelligenza artificiale per fornire informazioni approfondite sullo stato di salute di motori e sistemi. La combinazione dell'analisi CSA dei motori con i dati dei fotomoltiplicatori (PMT) consentirà di individuare molti dei problemi comuni associati a motori e azionamenti molto prima che si verifichi un guasto catastrofico. Consiglio: non esiste una soluzione universale per il monitoraggio delle macchine. Probabilmente sarà necessario un approccio ibrido per ottenere il massimo vantaggio da queste tecnologie. Anche queste tecnologie hanno richiesto l'intervento di esperti per essere addestrate a "prevedere" il guasto. Imparare a riconoscere e interpretare ciò che si vede e si sente è fondamentale per una risoluzione efficace dei problemi dei sistemi.

Risoluzione dei problemi relativi al flusso di lavoro per i tecnici degli ascensori

Passo 1: Inizia con la storia

Prima di toccare l'attrezzatura:

• Il problema si è già verificato in passato?
• È iniziato dopo la modernizzazione?
• È stato sostituito di recente un motore o un sistema di azionamento?
• Il problema si presentava in modo stagionale?
• I guasti dipendono dal carico?

Molti problemi intermittenti degli ascensori sono riconducibili a:

• Precedenti riparazioni improprie
• Clonazione dei parametri errata
• Pratiche di messa a terra scadenti
• Contaminazione ambientale

Passaggio 2 — Verifica della qualità dell'alimentazione

Una scarsa alimentazione elettrica in ingresso può causare:

• guasti al bus CC
• Instabilità del volante
• Surriscaldamento
• Viaggi fastidiosi

Controlla:

• Squilibrio di tensione
• Terminali allentati
• Superfici di contatto
• armonia
• Problemi di messa a terra
• Perdita di fase
• Interruzioni dei servizi pubblici

Anche un piccolo squilibrio di tensione può aumentare drasticamente il riscaldamento del motore e ridurne la durata.

Fase 3 — Ispezionare il sistema meccanico

Non tentare mai di risolvere un problema con un variatore di frequenza senza prima ispezionarlo:

• Funzionamento del freno
• Condizioni del cambio
• Usura della puleggia
• Tensione della corda
• Condizioni del cuscinetto
• allineamento
• ventilazione

La resistenza meccanica spesso si manifesta prima a livello elettronico.

! Gli avvolgimenti di campo delle macchine a corrente continua possono diventare fragili e bruciarsi nel tempo, solitamente a causa di sovratensione o di una scarsa circolazione dell'aria nella sala macchine.

Fase 4 — Analizzare il motore

I test avanzati possono includere:

• Test di Megger
• Confronto delle sovratensioni
• Resistenza all'avvolgimento
• Motore analisi delle firme corrente
• Analisi della barra del rotore
• Test di scarica parziale

Un'officina specializzata in motori elettrici, seria e affidabile, utilizzerà l'analisi degli avvolgimenti del motore, sia internamente che sul campo, per valutare lo stato dell'isolamento e identificare i guasti in fase iniziale prima che si verifichino interruzioni di corrente. Consiglio: un megger rileva solo eventuali problemi di messa a terra del motore, non i cortocircuiti tra le fasi. Il motore potrebbe superare un test con il megger, ma non essere in grado di funzionare sotto carico. In questo caso, è utile un test di sovratensione o un megger più performante come l'MTR-105, progettato specificamente per il collaudo dei motori.

Passaggio 5 — Esamina i parametri dell'unità

La programmazione errata degli inverter rimane una delle principali fonti di problemi.

Le impostazioni critiche includono:

• Motore FLA
• Rampe di accelerazione/decelerazione
• Limiti attuali
• Ridimensionamento dell'encoder

Ecco il testo estratto dall'immagine, formattato per maggiore chiarezza:

• Frequenza portante
• Logica di frenata
• Impostazioni di aumento della coppia
• Corretta impostazione della tensione per campi e indotto nelle macchine a corrente continua
• Circuiti di innesco del gate

I backup dei parametri sono essenziali durante i progetti di modernizzazione. Consiglio da professionisti.: Verificare la corretta tensione può salvare un motore molto prima che l'isolamento si bruci. Cerca segni di avvolgimenti incrinati o fragili o di eccessiva generazione di calore per orientare le tue attività di risoluzione dei problemi.

Il monitoraggio online sta cambiando la manutenzione degli ascensori.

Il settore degli ascensori sta adottando sempre più sistemi di monitoraggio delle condizioni online.

Le moderne tecnologie di monitoraggio possono:

• Individuare tempestivamente i difetti dei cuscinetti
• crescita della vibrazione di tendenza
• Monitorare il degrado dell'avvolgimento
• Identificare lo squilibrio di fase
• Prevedere i guasti prima dell'arresto

Un buon programma di manutenzione predittiva include tecnologie quali:

• Amplificazione del movimento
• Analisi delle vibrazioni
• Lubrificazione a ultrasuoni
• Analisi dell'avvolgimento
• Ispezione a infrarossi

Il futuro della manutenzione degli ascensori si sta orientando verso:

• Il monitoraggio continuo
• Diagnostica assistita dall'intelligenza artificiale
• Analisi predittiva
• Risoluzione dei problemi a distanza
• Manutenzione basata sulle condizioni

Anche la ricerca accademica sta dimostrando risultati sempre più significativi nell'utilizzo di modelli di apprendimento automatico per la previsione e la classificazione dei guasti nei motori elettrici.

Errori comuni nella risoluzione dei problemi relativi ai motori e agli inverter degli ascensori

Sostituire i componenti senza identificare la causa principale

Uno degli errori più comuni e costosi è la sostituzione di motori, azionamenti o componenti senza aver prima compreso la causa del guasto. Un inverter guasto potrebbe infatti essere il risultato di una messa a terra inadeguata, problemi di qualità dell'alimentazione in ingresso, deterioramento dell'isolamento del motore o problemi di carico meccanico. Senza un'adeguata analisi delle cause profonde, i guasti successivi sono quasi inevitabili.

Ignorare i fattori meccanici

Non tutti i problemi elettrici hanno origine elettrica. Problemi meccanici come cuscinetti usurati, attrito dei freni, disallineamento delle pulegge, squilibrio della tensione delle funi, problemi al riduttore o vibrazioni eccessive possono generare anomalie elettriche che sembrano essere guasti al motore o al sistema di azionamento. Una diagnosi efficace richiede di considerare il sistema dell'ascensore come un pacchetto elettromeccanico completo, piuttosto che come componenti isolati.

Scarse pratiche di messa a terra e schermatura

Una messa a terra, un instradamento dei cavi e una schermatura non corretti sono tra le principali cause di guasti indesiderati e di funzionamento inaffidabile nei moderni sistemi di ascensori. Errori di feedback dell'encoder, guasti di comunicazione, arresti intermittenti e comportamenti anomali dell'azionamento sono spesso riconducibili a disturbi elettrici, collegamenti non corretti o pratiche di terminazione della schermatura errate. Il rumore ad alta frequenza generato dagli inverter può facilmente interferire con i circuiti di controllo sensibili se le pratiche di installazione vengono trascurate.

Saltare la manutenzione preventiva

Molti guasti a inverter e motori si sviluppano gradualmente nel tempo. L'accumulo di polvere, i percorsi di raffreddamento contaminati, i terminali allentati, i condensatori deteriorati, l'ingresso di umidità e la ventilazione ostruita possono ridurre significativamente la durata delle apparecchiature. Ispezioni di routine, scansioni termiche, pulizia, verifica della coppia di serraggio e monitoraggio delle condizioni rimangono essenziali per garantire l'affidabilità a lungo termine e ridurre i tempi di inattività.

Presupponendo che le nuove apparecchiature eliminino i problemi esistenti.

La modernizzazione non risolve automaticamente i problemi di fondo del sistema. I nuovi azionamenti e motori richiedono comunque una corretta messa in servizio, la regolazione dei parametri, la valutazione delle armoniche, la verifica della messa a terra, il coordinamento dei freni e l'analisi del carico. L'installazione di nuove tecnologie su un sistema meccanico esistente senza affrontare le carenze di base può semplicemente trasferire i vecchi problemi alle nuove apparecchiature.

Trascurare i problemi di qualità dell'energia

Squilibri di tensione, armoniche, picchi transitori, scarsa qualità dell'alimentazione di rete e configurazioni errate di trasformatori e reattori possono influire negativamente sia sui motori che sugli inverter. Molti guasti intermittenti hanno origine a monte degli ascensori stessi. Un'analisi accurata della qualità dell'energia sta diventando sempre più importante man mano che gli edifici aumentano il carico elettrico, i generatori di emergenza e le apparecchiature a basso consumo energetico. Prestare molta attenzione allo squilibrio di fase; non è raro trovare edifici con una fase sovraccaricata che provoca il guasto di una delle tre fasi.

Mancata rilevazione delle tendenze e monitoraggio delle condizioni delle apparecchiature

La risoluzione dei problemi basata su una singola istantanea nel tempo può non rilevare i problemi in fase di sviluppo. L'analisi delle tendenze di vibrazioni, temperatura, firma di corrente, condizioni di isolamento e cronologia dei guasti degli azionamenti consente ai tecnici di identificare il deterioramento prima che si verifichino guasti catastrofici. Le tecnologie di manutenzione predittiva stanno diventando uno degli strumenti più preziosi per ridurre i fermi macchina non pianificati e prolungare la vita utile delle apparecchiature.

Affidarsi esclusivamente ai codici di errore

I codici di errore sono solo un punto di partenza, non una diagnosi definitiva. Un giro di prova può indicare sovracorrente, sovratensione o perdita di encoder, ma la causa sottostante potrebbe essere di natura meccanica.

Problemi di bloccaggio, di rigenerazione, di scarsa messa a terra o di alimentazione in ingresso instabile. Una risoluzione efficace dei problemi combina la cronologia dei guasti con test pratici sul campo, comprensione operativa ed esperienza.

Per molte strutture, l'approccio più efficace è una strategia ibrida che combina moderne tecnologie di monitoraggio con l'esperienza di tecnici specializzati nella risoluzione dei problemi. Gli strumenti avanzati possono identificare tempestivamente tendenze e anomalie, ma la corretta interpretazione di tali dati richiede comunque tecnici esperti che comprendano sia il comportamento elettrico che meccanico degli impianti degli ascensori. Questa combinazione contribuisce a ridurre i guasti ricorrenti, a migliorare i tempi di funzionamento e a evitare la sostituzione non necessaria dei componenti.

Considerazioni finali

I moderni sistemi per ascensori combinano ingegneria elettrica, elettronica, meccanica, software e qualità dell'energia in un'unica macchina strettamente integrata. Una risoluzione efficace dei problemi richiede la comprensione di come interagiscono tutti questi sistemi.

I migliori tecnici di ascensori non sono più semplicemente meccanici o elettricisti, ma specialisti nella diagnosi dei sistemi. Molte officine continuano a supportare il settore degli ascensori con:

• Riparazione di motori e generatori
• Diagnosi e riparazione delle trasmissioni
• Programmi di manutenzione predittiva
• Analisi dell'avvolgimento
• Riparazione di pulegge e riduttori
• Supporto del servizio sul campo
• Soluzioni per apparecchiature obsolete
• Tecnologie di monitoraggio online

Con la continua evoluzione dei sistemi di ascensori, i tecnici che adottano la diagnostica, la manutenzione predittiva e la risoluzione dei problemi a livello di sistema saranno quelli meglio posizionati per ridurre al minimo i tempi di inattività, migliorare l'affidabilità e risolvere i problemi complessi che gli altri non riescono a risolvere.