电梯电机和变频器诊断

了解电梯电机和变频驱动器 (VFD) 的故障排除以及安全程序。

电梯维护和维修的某些方面是非电力的，例如润滑和翻新井道导轨或改善液压油箱周围的气流。 但是，大部分工作，尤其是当症状是控制器长期关闭或错误代码时，都涉及电气系统。 当这是重点时，基本思想是定位和更换有缺陷的组件，而不采取随机方法，这将不可避免地更换好的组件，并且是维护资源的代价高昂的浪费并导致停机时间增加。

本文讨论了一些适用于一般电气设备的电气故障排除技术，特别是与电梯维修和新设计调试相关的技术。 开始时，不要过度思考。 要进行电梯电气维修，工人应该是一位熟练的电气技术人员，对内置于运动控制器操作系统中的安全功能有详细的了解。

学习目标

阅读本文后，您应该了解：
♦ 诊断电梯电机问题的原因
♦ 电梯运动控制器与变频器的关系
♦ 在电梯故障诊断之前收集信息
♦ 测量 480-V 系统的注意事项
♦ 用于电梯诊断程序的仪器

电梯死亡事故极为罕见，但不幸的是，它们确实发生了。 作为预防措施，电梯设计和维护的基本规则是门互锁机构必须防止轿厢在门未关闭且未锁紧时移动。 此外，联锁装置必须防止汽车行驶时车门打开。 在一个儿童在轿厢地板和门洞顶部之间的电梯中被压死的例子中，调查人员确定没有遵守适当的维护程序。 在

重新端接暂时断开的两根电线，它们无意中颠倒了，使门互锁失效。 技术人员必须尽一切努力确保不会发生这种性质的错误。 不断参考原理图和图示以及关于控制接线的任何临时更改的书面说明是必不可少的。 数码相机在这方面非常有用，可以记录已完成的工作。

电梯运动控制器就像家里或办公室里的电脑一样，是一种数字处理设备，很容易死机或崩溃，这意味着连接的设备停止工作，直到问题解决。解决方案通常是重置或暂时关闭系统。这可能会恢复正常运行，但不幸的是，这并不能揭示停机的原因。

大多数运动控制器都有一个小的字母数字读数，会显示错误代码，例如“E-12”。 原始电梯安装随附的用户手册应包含错误代码列表以及如何清除故障。 如果手册不可用，请使用品牌和型号进行 Internet 搜索，应提供错误代码和其他信息。 另一种可能性是致电制造商并寻求技术帮助。 在这方面，在运动控制器附近安装一个电话插孔以及工作台是有帮助的，以便可以参考原理图。 （运动控制器通常在机房中，这是一个低于手机服务有问题的具体环境。）

然而，错误代码并非万无一失。 这就像在发生车祸后寻找故障。 有时，您需要的信息会在事件中丢失。 如果故障再次发生，您将需要执行以下电气故障排除程序。 为了成功恢复服务，由于必须将停机时间保持在最低限度，同时必须确保安全性和可靠性，因此必须有一个有序的工作协议。 首先，技术人员应该处于信息收集模式。 这有多种形式——与操作员面谈并审查安装历史、收集可用文档以及目视检查现场。

在办公楼、酒店或制造设施中，通常有一个或多个熟悉电梯或电梯组日常操作的人员。 这些工人可能会执行日常任务，例如在运动控制器崩溃时重置运动控制器、检查每层楼的门是否牢固关闭、检查分支断路器等。 如果发生重大故障，现场电工或电梯外技术人员可能会被叫来，此时，一个严肃的诊断程序是有序的。

一个好的开始方法是采访熟悉安装的人，特别是如果他们是第一个意识到故障并致电维护资源或外部电梯技术人员的人。 这些人可能不知道灯罩上的放大器，但他们中的一个人很可能对安装的历史有很好的了解，并且可能知道故障的原因。 应密切关注事件。 它是突然出现的还是逐渐出现的？ 它是在停电过程中发生的吗？ 用户是否报告过汽车或机房内或周围有任何异常声音或燃烧气味？ 这些问题的答案可能指向快速解决方案。

根据问题的性质，调查的下一阶段是目视检查汽车，仔细检查车门机构以及用户可访问的控件和指示器。 无论是在此之前还是之后，都需要对运动控制器和电机进行目视检查。

如果最近开始停电，您可以在电机或运动控制器中的各个组件中寻找任何发热迹象。 但是请注意，即使在机器断电后，仍可能存在危险的高压，甚至超过系统电压。 这是因为整流器可以将直流电压提高到比交流输入更高的水平，而且如果没有并联电阻来降低该电压，大型电解电容器能够长时间存储大量电能。

许多电梯电气问题发生在以下两个方面：电机和相关控制设备和接线，或运动控制器和相关控制设备和接线。 鉴于从用户访谈、目视检查和故障性质中获得的信息，从哪里开始可能很明显。

我们将从电机开始。 它可能完全没有反应，或者可能过热和断电，这是困扰老化电机的长期问题，因为随着时间的推移，内部绝缘效率会降低。 这可能是由加热引起的（反过来又是引起加热的原因），当环境温度高和/或电梯在重载时大量使用时，或者在温度波动时首先注意到这种情况。电源。

曾几何时，电梯一般都是直流的，因为需要控制速度。 与直流电机不同，仅通过降低电压，交流电机的速度不能有效地改变而不会引起过热。 所有这一切在 1960 年代随着 VFD 的引入而改变，VFD 允许通过改变电机端子处准方波功率输入的占空比来改变现成的交流感应电机的速度。 这种布置的优点之一是感应电机是无刷的，无需对电刷和换向器进行维护。 VFD 非常可靠，但是当电梯电机无法按预期运行时，这是一个需要检查的领域，如下所示。

仍有许多直流电梯电机在使用，如果您愿意进行有刷换向器维护，它们可以很好地工作。 （一个简单的整流器用于从交流电源获得直流电，如果需要，很容易检查和维修。）

无论电机类型如何，如果交流电源不足，它都不会表现良好，所以这是开始的地方。 电能质量仪表有很多种，用户手册（可从制造商的网站下载）解释了如何读取读数和解释结果。 然而，本文将假设您使用的是输入端与地绝缘的手持式数字电压表。

大多数可为电梯电机供电的 VFD 在三相 480 VAC 下运行，具有足够的可用故障电流，即使受害者没有接触带电表面，也会导致多次电弧爆炸死亡。 执行电气工作的一般原则是，在可能的情况下，断开电源以关闭被调查设备的电源。 当要读取电压和电流读数时，这是不可能的。 然后需要额外的预防措施以避免电击和电弧爆炸伤害。

在讨论电压和电流测量时，我们将从上游开始。 在确定诊断程序时，技术人员通常会考虑可访问性问题，并努力在主断开和电机端子之间开始，以立即验证大块电路。

在获取高电平电压读数时，始终需要采取预防措施以避免电击危险。 高压接线员手套提供了良好的保护，但即使如此，您也不应该接触带电的电线或端子。 用户定期用压缩空气给高压手套充气，以检测任何穿刺或泄漏。 进行高压测量时，工作靴应干燥且橡胶鞋底较厚，无割伤或过度磨损。 地板应该干燥。 混凝土应被视为一种导电材料，因此最好扔掉一块厚而干燥的橡胶垫。 只能使用完全绝缘的电工工具。

要获取 480-V 读数，需要带有大而重的探头和绝缘输入的万用表。 仪表必须针对主接线片上存在的电压和可用故障电流进行额定。 这些额定值总是标记在仪表输入端附近。

在主断路或 VFD 输入处测得的电能质量差将导致驱动器和电机运行不稳定或完全无法启动。 相间和相对地读数应在 1% 以内。 这些测量应在电机关闭和开启以及满载（汽车移动）的情况下进行。

最好使用额定值适当的电工钳式电流表进行电流测量。 在电机运行和加载的情况下，依次夹住每相导线。 相间的电流变化可能会超过电压变化。 10% 是可以接受的。

过大的电压和电流变化可归因于公用事业的电能质量差、VFD 内的组件故障、布线或端接缺陷或电机内的故障。 如果连接电机时所有相位测量相同但下降，则电机可能存在轴承或其他机械故障，或电梯机构中的束缚。

VFD原理图显示，第一级和最后一级互为镜像。 在整流阶段，三相交流合并成为两线直流。 在逆变器阶段，两线直流电分裂回三相交流电，现在进行脉宽调制以控制感应电机的速度。 在整流器阶段，市电、线路 1、线路 2 和线路 3 连接到三个二极管对的中点，这对输入端的三相 480V（有时是 600V）市电进行整流，形成双极直流，通过 LC 网络过滤以消除交流纹波。 这种纯直流应用于两导体直流总线，将其传送到最后的逆变器级。

即使系统中没有电源变压器，直流母线电压也高于交流线电压。 这是因为全波整流器输出电压基于峰峰值，而不是输入端的均方根 (RMS) 电压。 沿着 480 VAC 系统中的直流母线，预计可测量 679 VDC，这是交流值的 1.414 倍。

为正常运行，VFD 需要直流总线上有纯净、稳定的电压，没有明显的纹波。 要测量纹波，请在 VAC 模式下使用万用表。 任何超过 1% 的纹波都是有问题的。 它会破坏逆变器级并导致电机速度和扭矩发生变化。

如果纹波过大，请查看滤波器网络。 有时，电感开路，这会导致直流总线上没有电压出现，或者几匝短路。 但是，更有可能的是，其中一个或两个电解电容器出现故障。

要检查电容器，必须关闭设备电源。 为此，请将主断开装置移至关闭位置。 大多数电子技术人员都知道，在高压下工作的电解电容器在断电后很长一段时间内仍会保留潜在的致命电荷。 在 480-V 系统中，电击危险很严重。 除了整流器部分的大电容器外，整个系统中可能还有分布电容。 在继续之前，在 VFD 断电并锁定断开连接之后，每个电容器和电路中可能保留电荷的任何其他位置都必须放电。 不正确的方法是使用螺丝刀或类似工具将端子分流。 所涉及的高电流可能会刺穿薄介电层而损坏电容器。 正确的步骤是在端子上连接一个配备绝缘鳄鱼夹的低欧姆、高功率功率电阻器。 使用高压手套。

任何电阻/电容组合都有一定的时间常数，它是电阻和电容的函数。 在放电期间，随着电压下降，变化率也下降，因此接近 0 V 但从未完全达到。 因此，有必要对每个电容器和电位电路节点进行测量，以确定何时达到安全水平。 只有这样才能用欧姆表安全地测试元件，而且仍然不需要接触裸线或端子。 仅使用完全绝缘的电工工具。

要测试已放电的电容器，必须断开两根引线中的一根以将其从电路中取出，从而消除可能提供错误读数的任何并联部分阻抗。 首先，目视检查电容器。 如果有任何膨胀或变形、漏液或烧焦的迹象，则电容器有故障，应更换。 检查端子是否腐蚀和接头松动。 拉开并重新连接所有推进式连接器以抛光接头是一个很好的做法。

有各种类型的电容器、二极管和半导体测试仪。 一些实验室级仪器通过施加正确的直流偏置然后注入测试信号来测试半导体。 测量和评估输出。 但是，通常可以通过简单的万用表测试来检测到损坏的组件。

要查看使用欧姆表探测时良好电解电容器的反应，请将仪表连接到已知良好的组件。 如果当前处于放电状态，电阻读数将上升或下降，具体取决于仪表的内部电池正向或反向偏置的方式。 欧姆值一开始会快速变化，然后随着接近端点而变化更慢。 如果探头颠倒，读数将以相反的方向进行。 电工称这种特性的电解电容器行为为“计数”，这意味着电容器正在运行。 （非电解电容一般不会这样做，因为它们的电容太低。）但是，这不是真正的动态测试。 在全直流母线电压下，通过欧姆表测试的电容器实际上可能有故障。 如果电感和电容测试良好，终端正常，但仍有纹波，您可能需要一次更换一个组件才能找到罪魁祸首。

要检查二极管，再次提起一根引线将元件从电路中取出，在欧姆模式下用万用表检查。 设备将以一种方式传导，但不会以另一种方式传导。 那是因为欧姆表电池正向或反向偏置二极管。 这也不是真正的动态测试，但它可能会检测到短路或开路的坏二极管。

输出端的测量完全不同，使用不同的仪器，因为电压电平相对较低，频率要高得多，特别是当您将脉冲的快速上升和下降时间视为频率分量时。

VFD 的最后一个逆变器级具有以下输入：两线总线电压、679 VAC 系统的 480 VDC，以及来自电梯运动控制器的低压数据流。 这包括应用于六个绝缘栅双极晶体管的基极端子的六个输入。 这些开关晶体管调制来自直流总线的高压，并输出适合为电梯电机供电的高压、大电流、三相脉冲。 从 VFD 示意图中可以看出，这些半导体具有内部二极管层，可以使用欧姆表进行检查。 此外，还可以在六个输出端进行电压测量，以查看它们之间的误差是否在 2% 以内。

当电机运行不良或根本不运行时，我们自然会想查看施加在其上的功率。 这可以在 VFD 输出端子或电机输入端子处测量。 由于电缆或终端中可能存在的缺陷，电压和波形可能不同。

为清楚起见，VFD 原理图未显示来自运动控制器的 PWM 数据导体，也未显示接地导体。 假设直流总线已经过验证，接下来是查看传输到电机的功率。 伏特模式下的传统 RMS 万用表无法准确读取此信号化电压，因为它呈现出脉冲宽度调制的非正弦波形。 这种无能的原因是这种仪器通常具有太多的带宽。 因此，它对 VFD 逆变器部分中施加到直流母线电压的无关高频分量做出过度响应。

Fluke 87V 万用表包含一个内部可选低通滤波器，适用于此类工作。 当用户通过按下前面板上的黄色按钮激活此滤波器时，Fluke 87V 将在 VFD 输出到电机中显示准确的电压、电流和频率读数。

在电梯应用中，启动至关重要。 大多数 VFD 允许启用自动启动。 故障清除后或系统在紧急停止信号后手动复位后，输出可以达到指定频率。 多种自动启动模式是可能的。 由于乘客安全始终是首要考虑因素，因此在设计此行为时必须考虑到这一点。

学习强化问题

使用以下学习强化问题来学习继续教育评估考试，网址为 www.elevatorbooks.com 或在第本期第121期。
♦ 如何测量 VFD 直流总线中的交流纹波？
♦ 如何测试电容器？
♦ 电容器如何放电？
♦ 测量VFD 输出需要哪些仪器？
♦ VFD 逆变器部分的用途是什么？