电梯应用中电机和变频器的故障排除

电梯行业从业人员实用指南

作者：杰夫·柯林斯

现代电梯系统高度依赖电动机、变频驱动器 (VFD) 和复杂的控制系统，以实现平稳、可靠和节能的运行。虽然这些技术显著提高了乘坐舒适性和效率，但也给电梯维修人员和技术人员带来了新的故障排除挑战。

对于电梯维修人员来说，了解电机、驱动器、电能质量、机械系统和控制逻辑之间的相互作用至关重要，这有助于减少停机时间和防止故障重复发生。像 Renown Electric Motors & Repair Inc. 这样的公司与加拿大及其他地区的电梯承包商紧密合作，诊断和维修各种设备，从老旧的电机-发电机组和有齿轮/无齿轮电机到采用永磁电机的现代变频驱动牵引系统。

现代电梯机房已经发生了变化

传统电梯故障排除通常侧重于接触器、继电器、制动器和机械磨损。而如今的电梯系统增加了多层电子元件，包括：

• 变频器和再生驱动器
• 编码器和反馈系统
• 谐波敏感电子器件，例如线路电抗器和负载电抗器
• 高频脉冲宽度调制（PWM）开关通常是造成“机器中的幽灵”现象的原因。
• 网络控制
• 电能质量依赖性包括相位不平衡、电压骤降、电压骤升和电压中断。

结果是，许多“运动问题”实际上是：

• 驱动相关问题
• 电力质量问题
• 接地不良
• 轴承电流损伤
• 程序编写不当
• 冷却或环境故障

同样，许多“驱动故障”实际上是机械问题，只是被电子故障症状所掩盖。成功的故障排除需要检查整个系统，而不是孤立的组件。

电梯电机和变频器常见故障症状

1. 变频器误跳闸

常见故障包括：

• 过流
• 接地故障
• 直流母线过电压
• 过温
• 编码器损失
• 输出相位不平衡
• 共模电流过大

常见原因：

• 电机绝缘磨损
• 电机连接松动
• 不正确的加速度参数
• 刹车时序问题
• 过大的反射波电压
• 机器中的机械装订
• 减速过程中的再生问题
• 不良的接地措施
• 编码器支架松动或损坏
• 风扇和散热器堵塞或损坏
• 电源问题/维护；大多数制造商建议每五到七年进行一次维护。

磨损的接触器会导致电机和微电机组出现单相运行和电压质量问题。

Renown Electric 指出，许多变频器故障并非灾难性的电子故障，而是与维护相关的问题，由于疏于检查和测试，这些问题会随着时间的推移而恶化。专业提示：观察电容器的健康状况通常可以判断其是否出现膨胀、白色/粉状（有时是棕色）电解液泄漏或其他应力迹象。应力过大的电容器会导致母线电压不正确、再生制动问题和电机电压不稳定。同时，还要检查鼓风机和风扇是否脏污或堵塞。

2. 电机轴承过早失效

电梯应用中最容易被忽视的问题之一是变频器引起的轴电压和共模电流造成的轴承损坏。

变频器内部的高频开关可在轴承内部产生电火花加工（EDM），从而产生：

• 磨砂轴承滚道
• 点蚀
• 笛声模式 * 可听见的呜咽声或咆哮声

症状通常包括：

• 振动增加
• 特定速度下的噪音
• 反复更换轴承
• 编码器不稳定

我们之前曾撰文强调，通过共模扼流圈和正确的接地技术等缓解措施，解决变频器系统中的轴电压和轴承电流损坏问题至关重要。专业提示：许多无法解释的误跳闸（只需复位即可，没有其他明显问题）是由共模电流和不良接地造成的。请检查屏蔽是否良好、接地线质量是否合格以及建筑物接地是否牢固/正确，以避免电机出现误跳闸和电压尖峰。

3.电机过热

电梯电机（交流和直流），无论是使用变频器、磁控管组还是软启动器，在以额定速度或低于额定速度运行时都可能出现过热现象。

症状	可能的电气原因	可能的机械原因
过流脱扣	短路绕组	轴承紧固
电机过热	谐波	刹车阻力
编码器故障	噪声干扰	耦合松动
振动	电力不平衡	滚柱导轨
再生故障	驱动调校	过大的负载惯性

而婴儿腹泻的基本病因又包含以下几个方面：

• 低速运行时冷却气流减少
• 谐波加热
• 电压不平衡
• 电压不正确
• 载波频率错误
• 刹车拖拽/时机不当造成的过载
• 每小时启动次数过多

红外热成像和绕组分析是识别绝缘失效前潜在热问题的有效工具。专业提示：使用万用表测量电压通常只能得到均方根 (RMS)（平均）电压读数。您通常会发现 RMS 电压和实际峰值电压差异很大；因此，我们强烈建议使用电压监测仪或电能质量分析仪等电能质量测量设备。

了解电气问题和机械问题的区别

故障排除的一个关键误区是假定所有故障都源于电气方面。经验丰富的电梯技术人员都知道，电梯系统高度集成。磨损的滑轮、错位的制动器或齿轮箱问题很容易被误认为是电气故障。专业提示：检查滑轮是否对齐、钢丝绳夹持器是否摩擦以及滚轮导轨是否卡滞，或者检查驱动装置设置和电压是否正确；通常情况下，电机是“傻瓜式”的，它只是对检测到的情况做出反应。

预测性维护的重要性

行业内最大的变革之一是从被动维修转向预测性维护。预测性维护不再等到机器发生故障才进行维修，而是利用以下技术：

• 振动分析 * 电机电流特征分析
• 绕组分析
• 红外热成像 * 基于超声波的智能润滑
• 在线监控

这些技术用于及早发现正在发生的故障。这对于电梯来说尤为重要，因为停机会影响：

• 租户满意度
• 建筑作业
• 可访问性合规性
• 应急响应能力

现在许多系统都采用电流特征分析 (CSA) 技术，并利用人工智能 (AI) 来深入了解电机和系统的健康状况。将电机 CSA 与 PMT 数据相结合，最终能够在灾难性故障发生之前很久就检测到与电机和驱动器相关的许多常见问题。专业提示：机器监控没有万能的解决方案。要充分发挥这些技术的优势，可能需要采用混合方法。即使是这些技术，也需要专家进行训练才能“预测”故障。学习并了解您所看到和听到的内容，是有效排除系统故障的关键环节。

电梯维修人员故障排除工作流程

第一步——从历史开始

接触设备前：

• 这个问题以前发生过吗？
• 它是在现代化之后开始出现的吗？
• 最近是否更换过电机或驱动装置？
• 这个问题是否具有季节性？
• 故障是否与负载有关？

许多间歇性电梯故障都源于：

• 先前不当的维修
• 参数克隆错误
• 不良的接地措施
• 环境污染

步骤 2 — 验证电源质量

输入电源不足会导致：

• 直流母线故障
• 驱动不稳定
• 过热
• 烦人的旅行

检查：

• 电压不平衡
• 端子松动
• 接触器表面
• 谐波
• 接地问题
• 缺相
• 公用设施故障

即使是微小的电压不平衡也会显著增加电机发热并缩短电机寿命。

步骤 3 — 检查机械系统

切勿在未进行检查的情况下对变频器进行故障排除：

• 刹车操作
• 变速箱状况
• 滑轮磨损
• 绳索张力
• 轴承状况
• 对准
• 环控系统

机械阻力通常首先以电子方式表现出来。

! 直流电机的励磁线圈会随着时间的推移而变脆并烧毁，这通常是由于过电压或机房空气流通不良造成的。

步骤 4 — 分析电机

高级测试可能包括：

• 梅格测试
• 浪涌比较
• 绕线电阻
• 电机电流签名分析
• 转子杆分析
• 局部放电测试

一家信誉良好的电机维修店会使用电机绕组分析（包括店内和现场分析）来评估绝缘状况，并在发生故障之前识别早期故障。专业提示：兆欧表只能检测电机是否接地故障，而无法检测相间短路。您的电机可能通过兆欧表测试，但无法在负载下运行。这时就需要进行浪涌测试，或者使用像MTR-105这样专为电机测试设计的“更高级的兆欧表”。

步骤 5 — 查看驱动参数

变频器编程错误仍然是造成问题的主要原因之一。

关键设置包括：

• 电机故障
• 加速/减速坡道
• 电流限制
• 编码器缩放

以下是提取自图片的文字，为了清晰起见，已进行格式调整：

• 载频
• 制动逻辑
• 扭矩提升设置
• 直流电机励磁绕组和电枢的正确电压设定
• 门极触发电路

参数备份在现代化改造项目中至关重要。专业提示: 检查电压是否正常可以避免电机绝缘层烧毁，从而挽救电机。检查绕组是否有裂纹或脆化，以及是否存在过热现象，这些都有助于您进行故障排除。

在线监控正在改变电梯维护方式

电梯行业正越来越多地采用在线状态监测系统。

现代监控技术可以：

• 及早发现轴承缺陷
• 趋势振动增长
• 监测绕组劣化
• 识别相位不平衡
• 在停机前预测故障

一个好的预测性维护计划会包含以下技术：

• 运动放大
• 振动分析
• 超声波润滑
• 绕组分析
• 红外检测

电梯维护的未来发展方向是：

• 连续监测
• 人工智能辅助诊断
• 预测分析
• 远程故障排除
• 基于状态的维护

学术研究也越来越多地表明，使用机器学习模型进行电机故障预测和分类能够取得显著成效。

电梯电机和变频器故障排除中的常见错误

未找出根本原因就更换零件

最常见且代价高昂的错误之一，就是在不了解故障根本原因的情况下，就更换电机、驱动器或部件。变频器故障的真正原因可能是接地不良、输入电源质量问题、电机绝缘破损或机械负载问题。如果没有进行正确的根本原因分析，几乎不可避免地会再次发生故障。

忽略机械贡献者

并非所有电气问题都源于电气故障。机械问题，例如轴承磨损、制动器拖滞、滑轮不对中、钢丝绳张力不平衡、齿轮箱故障或过度振动，都可能产生异常的电气信号，这些信号看起来像是电机或驱动装置的故障。有效的故障排除需要将电梯系统视为一个完整的机电一体化系统，而不是孤立的组件。

接地和屏蔽措施不完善

接地不良、电缆布线不当和屏蔽不当是现代电梯系统中造成故障频发和运行不可靠的主要原因。编码器反馈错误、通信故障、间歇性跳闸和驱动异常等问题通常可追溯到电气噪声、接地不良或屏蔽层端接不当。如果安装规范被忽视，变频器产生的高频噪声很容易干扰敏感的控制电路。

跳过预防性维护

许多变频器和电机故障都是随着时间的推移逐渐发生的。灰尘积聚、冷却通道污染、接线端子松动、电容器老化、潮气侵入和通风堵塞都会显著缩短设备的使用寿命。定期检查、热扫描、清洁、扭矩验证和状态监测对于确保设备的长期可靠性和减少停机时间仍然至关重要。

假设新设备能够消除现有问题

现代化改造并不能自动解决系统根本问题。新的驱动器和电机仍然需要进行正确的调试、参数调优、谐波校正、接地验证、制动协调和负载分析。如果不解决现有机械系统的根本缺陷，就贸然将新技术安装到现有系统中，只会将旧问题转移到新设备中。

忽视电力质量问题

电压不平衡、谐波、瞬态尖峰、劣质市电以及变压器和电抗器配置不当都会对电机和变频器产生负面影响。许多间歇性故障都源于电梯设备上游。随着建筑物增加用电负荷、备用发电机和节能设备，正确的电能质量分析变得越来越重要。务必注意相序不平衡；建筑物中某一相负荷过重导致三相之一停电的情况并不少见。

未能对设备状况进行趋势分析和监控

基于单一时间点的故障排查可能会忽略正在发展的问题。通过对振动、温度、电流特征、绝缘状况和驱动故障历史进行趋势分析，技术人员可以在灾难性故障发生之前识别出性能劣化迹象。预测性维护技术正成为减少计划外停机和延长设备寿命的最有效工具之一。

仅依赖故障代码

故障代码只是初步诊断依据，并非最终诊断结果。驱动跳闸可能表明存在过电流、过电压或编码器故障，但根本原因也可能是机械故障。

短路、再生问题、接地不良或输入电源不稳定都可能导致故障。成功的故障排除需要结合故障历史记录、实际现场测试、运行理解和经验。

对于许多设施而言，最有效的方法是采用混合策略，将现代监控技术与经验丰富的故障排除专家相结合。先进的工具能够及早识别趋势和异常情况，但正确解读这些发现仍然需要了解电梯系统电气和机械运行原理的经验丰富的技术人员。这种组合有助于减少重复故障，提高正常运行时间，并避免不必要的部件更换。

总结

如今的电梯系统将电气工程、电子学、机械学、软件和电能质量等技术紧密集成到一个整体中。有效的故障排除需要了解所有这些系统之间的相互作用。

优秀的电梯技术人员不再仅仅是机械师或电工——他们是系统诊断专家。许多商店继续通过以下方式支持电梯行业：

• 电机和发电机维修
• 驱动器诊断和维修
• 预测性维护计划
• 绕组分析
• 滑轮和齿轮箱维修
• 现场服务支持
• 过时的设备解决方案
• 在线监控技术

随着电梯系统的不断发展，那些掌握诊断、预测性维护和系统级故障排除技术的专业人员将最有能力最大限度地减少停机时间，提高可靠性，并解决其他人无法解决的难题。