Dişlisiz DC Makineler Değiştirilmeli

Modernize edilmiş asansörlerde birçok nedenden dolayı eski teknoloji motorların yeri yoktur.

Bu bildiri şu adreste sunuldu:   Berlin 2018, Uluslararası Dikey Taşıma Teknolojileri Kongresi ve ilk IAEE kitabında yayınlandı Asansör Teknolojisi 22, A. Lustig tarafından düzenlendi. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği'nin izniyle yeniden basılmıştır.  (www.elevcon.com).

DC motor teknolojisi artık modası geçmiş olarak kabul ediliyor. Eski dişlisiz asansörleri modernize ederken, DC kaldırma makinelerinin en son kalıcı mıknatıs (PM) teknolojisine dayalı makinelerle değiştirilmesi önerilir. DC makineleri son 20-25 yıldır yeni asansör kurulumlarında kullanılmadığından, üreticilerden ve küçük onarım sağlayıcılarından sınırlı destek bulunmaktadır. Darbe genişlik modülasyonu (PWM) tabanlı DC sürücüler, mevcut makinenin sargı yalıtımına yüksek baskı uygular ve yatak arızası riskini artırır. Tipik olarak, asansör çekiş kasnağı da aşınır ve makineyle işleme veya komple değiştirme gerektirir. Ayrıca, modern güvenlik kodları, iki bağımsız ve ayrı olarak izlenen frene sahip bir fren sistemi gerektirir; bu, mevcut kaldırma makinesinde veya kaldırma sisteminin diğer öğelerinde maliyetli değişiklikler anlamına gelebilir.

Giriş

Bir asansörü modernize ederken DC dişlisiz makineyi değiştirmenin ana nedenleri:

• DC makineleri son 20-25 yıldır yeni kurulumlarda kullanılmamaktadır, yani üreticilerden ve onarım sağlayıcılarından sınırlı destek mevcuttur.
• 1 güç faktörü sağlayan yeni PWM tabanlı DC sürücüler, mevcut motor sargılarının yalıtımına yüksek stres yerleştirir, bu da yalıtımın hasar görme riskini ve dolayısıyla maliyetli onarım ihtiyacını ve uzun süreli arıza süresini artırır.
• PWM tabanlı sürücüler, üretilen yatak akımları nedeniyle yatak arızası riskini de artırır.
• Silikon kontrollü doğrultucu (SCR) teknolojisi zayıf bir güç faktörüne sahiptir ve aynı zamanda eskimektedir.
• Kaldırma makinesinin değiştirilmesinin yanı sıra, çekiş kasnağı tipik olarak işleme veya tam değiştirme gerektirir.
• Modern güvenlik kodları, iki bağımsız ve ayrı ayrı izlenen frene sahip bir fren sistemi gerektirir.
• DC makinelerinin ve yedek parçalarının maliyeti artıyor çünkü kalan az sayıdaki üretici giderek daha düşük hacimler üretiyor.
• Farklı bileşenlerle (sargılar, yataklar, çekiş kasnağı ve frenler) ilgili tüm arıza risklerini ortadan kaldırmak ve modern güvenlik kurallarının gereksinimlerini karşılamak için çoğu durumda makinenin sökülmesi ve özel bir onarım atölyesine götürülmesi gerekecektir. Onarımların maliyeti, en son teknoloji ürünü PM teknolojisine dayalı yeni bir makinenin maliyetini kolaylıkla aşacaktır.
• Çoğu üniversite artık DC motor teknolojisini mühendislik müfredatlarının bir parçası olarak içermemektedir, bu da bu teknolojiyi kullanan ekipmanların bakımını yapmak ve modernize etmek için gerekli becerilere sahip genç profesyonellerin eksikliği anlamına gelmektedir.

DC dişlisiz bir makineyi PM teknolojisine dayalı modern bir makineyle değiştirmenin faydaları:

• En son kod gereksinimlerini karşılayan güvenli, modern çözüm
• Daha fazla genel sistem verimliliği, enerji tüketimini azaltır.
• Makine ve tahrik, üstün sürüş konforu sağlamak üzere birlikte çalışmak üzere tasarlanmış ve kapsamlı bir şekilde test edilmiştir.
• Çoğu durumda, optimum halat düzeni kullanılabildiğinden halat ömrü artar.
• Yeni binalarda aynı teknoloji kullanıldığından, kalifiye bakım teknisyenleri eksikliği yoktur.
• Yedek parçalar yaygın olarak bulunur.

Teknoloji Trendler

Dişlisiz Makineler

Şekil 1, DC makinelerin icadından bu yana yüksek hızlı asansör makinelerinde en önemli teknoloji trendlerini göstermektedir. DC makineler, orta ve yüksek hızlı asansörlerde onlarca yıldır kullanılmaktadır, ancak 1990'ların sonunda, asenkron AC makineleri tarafından geçilmiştir. Bu eğilim asansör endüstrisi ile sınırlı değildi - diğer endüstriler de AC teknolojisini benimsemeye başladı çünkü daha güvenilir ve bakımı daha kolaydı. DC makineleri uzun süredir yeni yüksek hızlı asansör kurulumlarında kullanılmadığından, teknolojinin modası geçmiş olduğu düşünülmektedir.

Kaldırma sistemlerinin temel bileşeni olarak DC dişlisiz makinelerle çalışan on binlerce eski yüksek hızlı asansör hala var. Kaldırma sistemi, gerekli makaralar, makine ve kontrol bileşenleri, kompanzasyon sistemi, ayrıca kabin sapan ve karşı ağırlık düzenlemeleri ile halatlar ve halat düzenini içerir.

DC makine teknolojisi artık herhangi bir büyük endüstride kullanılmadığından, kontrol etmek için gereken DC sürücüsü gibi ilgili bileşenlerin mevcut hacmi önemli ölçüde azaldı ve teknolojiyi destekleyen şirketlerin sayısı hızla azalıyor. Bu, bileşenlerin maliyetini artırmaya ve gelecekte yetersiz yedek parça bulunabilirliği riskini artırmaya hizmet etti.

Bir asansör yaklaşık 20 yıldır yoğun bir şekilde kullanılıyorsa, aşınma ve yıpranma nedeniyle bileşen arızaları ve diğer sorunlar daha yaygın hale gelir. Özellikle orijinal bileşenlerin üreticileri artık faaliyet göstermeyen küçük şirketlerse, yedek parça bulmak zor olabilir.

DC Makineleri İçin Kontrol Teknolojileri: Sürücüler

Şekil 2, DC makinelerini kontrol etmek için kullanılan üç ana kontrol teknolojisini göstermektedir. Ward-Leonard Makine-Jeneratör seti veya kısaca “MG seti” DC makinelerine düzgün voltaj sağlar. Bu set, 1980'lerin ortalarında, SCR tabanlı sürücüler olarak da bilinen tristör tabanlı sürücüler tarafından değiştirildi. PWM prensibini kullanan transistör tabanlı sürücüler 2000'li yılların başında daha yaygın hale geldi.

Birçok eski DC makinesi, MG-set teknolojisi için tasarlanmıştı ve düşük yalıtım sınıfına sahipti; En düşük sınıf olan A Sınıfı, birkaç eski DC asansör makinesinde bulunabilir. Genel olarak, A Sınıfı ev aletlerinde kullanılmıştır ve yüksek güvenilirlik gerektiren gerçek endüstriyel uygulamalarda çok yaygın değildir.[1]

Çalışma prensipleri nedeniyle, SCR tabanlı sürücüler tipik olarak zayıf bir güç faktörüne sahiptir, bu da yüksek ağ akımına ve ayrıca transformatörlerde ve kablolarda yüksek kayıplara neden olabilir. Özellikle kamu hizmeti şirketleri, güç faktörü ile ilgileniyor ve hatta bazı pazarlarda bina sahiplerini mümkün olan en iyi güç faktörünü elde etmek için sistemlerini yükseltmeye teşvik etmek için indirim programları bile var.

Şekil 3, bir SCR sürücüsü tarafından çalıştırılan çift katlı bir asansörün ölçülen güç faktörünü göstermektedir. Gidiş dönüş boyunca ortalama güç faktörü sadece 0.33 idi.

PWM sürücüleri tipik olarak 0.95'ten büyük bir güç faktörüne sahiptir. PWM transistör tahrik prensibi, transistörlerin kısa bir süre için maksimum voltajı makineye bağlamasıdır. Bu sürenin uzunluğunu kontrol ederek makine için kontrollü bir ortalama voltaj elde etmek mümkündür. Yüksek anahtarlama frekansları ve PWM prensibi, iyi makine kontrolü ve güç faktörü sağlarken, yüksek voltaj yükselmeleri ve hızlı du/dt makine sargılarında ağır strese neden olur ve bu da zamanla sargıların yalıtımına zarar verebilir. Aşağıdaki bölümler bu konuyu termal, elektriksel ve mekanik açılardan daha ayrıntılı olarak incelemektedir.

PWM Sürücülerle Sargılarda Hasar Riski

Termal Hususlar

Bir elektrikli makinedeki termal kayıplar, yük durumuna (çalışma noktası) ve beslemenin biçimine bağlıdır. Sinüzoidal besleme (örneğin, dönen bir transformatörden) en düşük kayıplara neden olurken, nispeten keskin darbelere sahip PWM en yüksek kayıplara neden olur. Tristör kontrollü DC sürücü kaynağı ikisi arasında bulunur.

Bununla birlikte, sistemin genel e-ciency'si, arz tarafındaki kayıplar azaldığından, dönen bir transformatörden PWM'ye geçilerek önemli ölçüde iyileştirilir. Darbeli beslemenin ek kayıpları, akım harmoniklerinden ve yalıtımın kendisinin artan dielektrik kayıplarından kaynaklanmaktadır.

Makinenin termal boyutlandırmasında çok az veya hiç marj yoksa, artan çalışma sıcaklığı (ilave kayıplardan dolayı) makinenin termal ömrünü önemli ölçüde azaltabilir. Eski bir makine yeni bir değişken hızlı sürücü ile kullanılacaksa, bu ek kayıpların etkisinin dikkatle değerlendirilmesi gerekir. Genel bir kural olarak, her 8-10°C sıcaklık artışında yalıtım sisteminin termal ömrü yarı yarıya azalır.

Elektrikle İlgili Hususlar

Sinüzoidal besleme, bir elektrikli makine için en düzgün beslemeyi ve yalıtım üzerinde en az elektrik stresini sağlar. Termal kayıplara benzer şekilde, PWM, esas olarak yüksek du/dt sargı elemanlarındaki voltaj dağılımını doğrusaldan (sinüzoidal besleme) doğrusal olmayana (darbeli besleme) değiştiren darbelerin sayısı.

Elektriksel boyutlandırmanın marjı, artan elektriksel stresin azaltılmış bir elektrik ömrü ile sonuçlanıp sonuçlanmayacağını belirler. Yalıtılmış sargının ve darbeli voltajın özellikleri sargıda kısmi boşalmaların olmadığı bir seviyede kalsa bile, artan yüzey ve dielektrik akımlar yalıtımın elektrik ömrünü azaltma eğilimindedir.

Mekanik Konular

Sinüzoidal besleme, sargı içindeki sinüzoidal akıma en yakın sonuç verir. Öte yandan, PWM beslemesi, sargı elemanlarını harmonikleri zorlamak için açığa çıkaran geniş bir akım harmonik spektrumu ile sonuçlanır.

Orijinal tasarıma ve özellikle yalıtım sisteminin nasıl eskidiğine bağlı olarak, besleme değiştirilirse (örneğin sinüzoidalden PWM'ye veya tristör kontrollü DC'ye) sargı elemanlarının titreşim modeli önemli ölçüde değişebilir.

Sargı elemanlarının titreşimi, sargının mekanik bütünlüğünü azaltma eğilimindedir ve yaşlanma daha da ilerledikçe, sargı elemanlarının birbirini desteklediği yarıklarda ve noktalarda yalıtımın mekanik aşınmasına neden olur.

Uzun vadede, titreşimin neden olduğu aşınma, yalıtımın ömrünü belirleyen termal veya elektriksel stresler gibi başka bir faktör yoksa, normal çalışma streslerinin bozulmasına neden olana kadar yalıtımı yaşlandırması muhtemeldir.

Makine Odası Ortamı

Asansör makine dairesinde, DC makinelerin fırçaları tipik olarak çok fazla karbon tozu üretir ve ayrıca halatlardan ve çekiş kasnağından çıkan küçük metal parçacıkları olabilir. Eski DC makineleri tipik olarak çok açık yapılara sahiptir, yani toz ve parçacıkların makinenin içine ve komütatöre ve sargılara girmesi kolaydır. Karbon ve metal partiküller oldukça iletken malzemeler olduklarından, komütatör veya sargı arızası riskini arttırırlar.

Şekil 4, DC makinesinin fırçalarından gelen karbon tozunun yanı sıra halatlardan ve çekiş kasnağından gelen metal parçacıkların makinenin üzerinde biriktiği bir makine odasını göstermektedir. Makinenin açık yapısı nedeniyle, bu malzemeler makineye nüfuz etmiş ve bu da sargıların yalıtım arızası riskinin yüksek olmasına neden olmuştur.

Şekil 5, açık bir yapıya sahip başka bir DC makinesini göstermektedir. Bir DC makinesindeki en zayıf ve en hassas bileşenler olan komütatör ve fırça mekanizması, yalnızca özel aletler kullanılarak yapılabilecek işleme ve onarım gerektirebilir.

Fırça tipi, akımın fırçadan sargıya ne kadar iyi aktığı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yaşadıkları yüksek düzeyde aşınma nedeniyle fırçalar düzenli olarak kontrol edilmeli ve bakımları yapılmalıdır. Fırçalar aşındıkça havaya siyah karbon tozu salıyorlar ve bu toz çoğu durumda binanın iklimlendirme sistemlerine giriyor. Komütatör “yanma” belirtileri göstermeye başlarsa, ilk fırsatta kalifiye bir bakım teknisyeni tarafından onarılmalıdır.

Bazı ülkelerde hala DC makineleri için özel temizlik hizmetleri sağlayan şirketler var. Bir DC makinesini temizlemek ve onarmak için makine dairesinde demonte edilmesi gerekir. Çoğu zaman, bu işlem sırasında bazı sargıların da değiştirilmesi gerekecektir.

Armatür sarımı tipik olarak değiştirilmesi en zor bileşendir ve bu iş özel bir atölyede gerçekleştirilmelidir. Gelecekteki sargı sorunları riskini ortadan kaldırmak, DC makineleri hakkında iyi bilgiye sahip deneyimli teknisyenler tarafından özel bakım ve onarım gerektirir. DC teknolojisi artık modası geçmiş olarak kabul edildiğinden, işi yapmak için gerekli beceri ve deneyime sahip teknisyenleri bulmak giderek zorlaşıyor.

PWM Sürücülerle Rulman Hasarı Riski

Şekil 7, yüksek hızlı DC dişlisiz makinelerde kullanılan tipik bir makaralı yatağı göstermektedir. Rulmanların tipik ömrü yaklaşık 20 yıldır. Bir makine o yaştaysa, normal çalışma altında bile rulmanların zaten aşınmış olma riski artar.

Yüksek anahtarlama frekansları nedeniyle, PWM transistör sürücüleri, yataklarda kırılma ve yiv şeklinde kademeli hasara neden olabilecek ortak mod akımları sunar.

Çoğu durumda, makineyi sökmeden rulmanın gerçek durumunu değerlendirmek çok zordur. Sökmeden rulman durumunu değerlendirmenin tek güvenilir yolu, özel teşhis aletleri kullanmaktır. Gürültülü bir yatak, hasarın meydana geldiğinin en yaygın göstergesidir ve büyük ve maliyetli bir onarımın gerekli olduğunun açık bir işaretidir.

Modern AC makineleri, akımları harekete geçiren ortak mod gerilimi ihmal edilebilecek şekilde veya yatak akımlarının akmasını önlemek için yataklar yalıtılacak şekilde tasarlanmıştır.

Çekiş Kasnakları ve Halat Aşınması

Çekiş kasnakları da aşınır ve çoğu durumda 15-20 yıl sonra işlenmeleri veya hatta tamamen değiştirilmesi gerekir. Bu bileşenler tarafından yaşanan aşırı aşınmanın tipik nedenleri, halatların yetersiz yağlanması veya eşit olmayan halat gerilimidir.

DC makineleriyle çalışan eski yüksek katlı asansörler tipik olarak 1:1 veya 2:1 halatlıdır ve çift sargılı bir halat düzeni kullanır: halat, asansör kabininden çekiş kasnağına, ardından saptırma makarasına gelir (ikincil olarak da adlandırılır). kasnak), saptırıcı kasnağından çekiş kasnağına geri döner, ardından saptırıcı kasnağın üzerinden karşı ağırlığa geri döner.

Çift sargılı bir düzenlemede, ipler birkaç kez bükülür ve bu da ömürlerini kısaltır. Her viraj ayrıca enerji tüketir. Modern ve enerji tasarruflu yüksek katlı asansörler, AC senkron PM makineleri tarafından çalıştırılır ve geleneksel tek sargılı halat düzeni kullanır. Bu düzenleme en uzun halat ömrünü sağlar ve kaldırma sistemi modernizasyonunun bir parçası olarak sonradan donatılabilir.

Güvenlik Kodu Gereksinimleri

En son asansör güvenlik kodları, hem kapılar açıkken kabinin istenmeyen hareketini hem de kabinin aşırı hızının artmasını önlemek için mekanizmaların mevcut olmasını gerektirir. Dişlisiz asansörlerde, kaldırma makinesinin entegre fren sistemi bu iki durumda da kilit rol oynar. Fren sistemi gereksinimleri açısından, modern güvenlik kodları, ayrı ayrı hareket eden ve izlenen, hızlı çalışan ve asansörü durdurmak için yeterli torka ve kapasiteye sahip en az iki bağımsız fren olması gerektiğini belirtir.

Çoğu durumda, eski DC makinelerinin fren sistemleri bu gereksinimleri karşılamaz ve ya maliyetli modifikasyonlara ya da kurulumu sistem karmaşıklığını ve maliyetini daha da artıran halat frenler gibi ek fren sistemlerine ihtiyaç duyar.

Şekil 10, en son güvenlik kodu gereksinimlerini karşılamak için iki fren koluyla donatılmış bir fren sistemini göstermektedir. Tek pistonlu bir sistem olan eski fren mıknatıs sistemi, en son kod gereksinimlerini karşılamayacaktı, çünkü sıkışmış bir piston her iki fren kolunun çalışmasını engelleyecektir. Bu tür sistemler genellikle küçük onarım şirketleri tarafından tasarlanan tek seferlik tasarımlar olduğundan, yerel makamlardan özel onay alınması gerekir. Ayrıca, yedek parça temini gelecekte bir sorun haline gelecektir. Genel olarak, bu tür özel tasarlanmış çözümlerin uygulanması tavsiye edilmez. Tüm makineyi modern bir üniteyle değiştirmek, asansörün en son güvenlik kodlarını karşılamasını sağlayacaktır.

ÖZET

Eski yüksek hızlı dişlisiz asansörleri DC kaldırma makineleriyle modernize ederken, makinenin ve ilgili sürücünün modern bir PM makinesi ve AC sürücü teknolojisi ile değiştirilmesi önerilir. Bu şekilde modernize edilen bir sistem, güvenlik risklerini en aza indirecek, en son güvenlik kodlarının gerekliliklerine uyacak ve asansör enerji verimliliğini ve sürüş konforunu önemli ölçüde iyileştirecektir.

Referanslar
[1] Polka, Dave. Makineler ve Sürücüler: Pratik Bir Teknoloji Rehberi; (2003), s. 81; ISA67, Kuzey Karolina.
[2] McIntosh Industries, Inc. YouTube videosu: youtu.be/V8xeOq0yXAs.