电梯故障排除

故障排除-电梯
Fluke ScopeMeter® 具有隔离输入,非常适合 VFD 工作,以及其他可能存在以地电位为参考并浮动高于地电位的电压的应用。

如何查找和纠正电机、驱动器和控制器的问题

在故障排除方面,电梯是一个特例。 为它们提供动力的电动机比典型的风扇或电器电机更大,消耗的电流更大。 有一个复杂的自动和手动控制系统。 此外,电梯所在的公共场所通常是繁忙的区域,如果发生机械或电气故障,用户可能会受伤或更糟。 在这些设施中,停机可能意味着生产力的大幅下降和巨大的材料损失。

学习目标

看完这篇文章,你应该已经学会了:
♦ 为什么电梯电机是独一无二的
♦ 为什么信息收集和记录保存至关重要
♦ 热成像工具的用途
♦ 液压电梯的特殊问题
♦ 关于变频器的主要部件

由于这些原因,电梯设计、安装和维护需要高度的知识和专业知识。 当现有电梯的性能下降时,需要专业工人迅速采取行动,以便在不引入额外危险的情况下恢复服务。 通常,这项工作有两个阶段。 首先,工人处于信息收集模式,然后通过组件替换或维修的方式恢复服务。

本文将讨论初步故障排除任务,以期开发一些特定于电梯维修的方法。 对于特定设施的现场维护人员,事前信息收集和记录保存至关重要。 贸易工具包括制造商的文档和诊断设备,它们可以协同工作以促进快速、准确和安全的服务恢复。

例如,可以使用各种热成像和温度测量工具来发现可能在道路上造成麻烦的热点。 一个好的计划是在机器正常工作时,在出现问题之前对其进行检查。 对于温度升高尤其如此,因为异常的热量最终会带来麻烦。 在设备故障之前——而不是之后——采取纠正措施总是更好,这对于电梯尤其如此。

发展史

在遥远的过去,各种发动机为电梯提供动力。 起初,包括人类在内的动物都在沉闷的沉默中将法老和物质产品提升到以今天的标准来看是谦虚的高度。 最终,水、蒸汽、风和其他力量取代了这些原始能源。 从 19 世纪开始,随着托马斯爱迪生在曼哈顿下城的直流发电和配电系统,电动机成为旋转动力的主要来源。

尼古拉·特斯拉与乔治·威斯汀豪斯合作开发并销售了交流感应电机,它迅速超越了爱迪生的直流电机,后者目前继续服务于小众应用。 其中之一是为电梯提供动力,需要平稳准确的速度调节才能使轿厢在每一层轻轻停下。

交流电机仅在 20 世纪中叶随着变频驱动器 (VFD) 的发展而获得这种能力,变频驱动器采用脉宽调制 (PWM) 和其他方法进行精确的速度控制。 最终,交流三相感应电机在电梯技术中获得了相关性,这就是目前的情况。 最重要的是,电梯技术人员现在必须擅长诊断此类电机控制系统中可能出现的问题。

常见问题

电机

电机故障并不是电梯运行中唯一的问题区域,但有可能导致服务发生灾难性中断,技术人员需要了解症状和解释这些症状的技术。

如前所述,异常温升是组件故障可能迫在眉睫的迹象,并且始终存在系统中断的威胁。 对于电机来说尤其如此。 此外,在电梯和其他敏感应用中,系统会在感应到高温时有意关闭作为保护措施。 这是一个常见的场景,如果要恢复正常操作,需要技术人员诊断并纠正问题。

在低层应用中,液压电梯很常见。 通常情况下,有一个大型储油罐,它具有为气缸提供流体动力和冷却电机/泵的双重目的。 过热反映在该油藏中的油温上。 油路阻塞、电机/泵问题(包括低电压或断相)、未检测到的泄漏导致油位低、油老化、油缸或车路卡住、重载或持续使用,都可能导致温度升高,环境温度高、机房通风故障或以上两种或多种情况的组合。 作为安全措施,高油温最终会导致系统关闭。 发生这种情况时,面向油箱外部的大风扇可能会有所帮助,但在任何时候出现过热情况时,找到根本原因很重要。

可以通过触摸油藏外部来粗略估计温度状态。 一个好的举措是安装一个温度计,最好有一个大的数字读数。 贴在附近墙上的日志应定期更新,以便在中断发生之前发现有害趋势。

牵引(非液压)电梯也会受到过多热量的负面影响。 高温可以同时成为许多问题的原因和症状。 它通常在电机内。 首先要看的是轴承。 仍然没有侧隙的热轴承可能会剧烈运转,导致整个电机过热、消耗过多电流并跳闸。

较旧的轴承带有注油嘴,只需给它们注油即可解决问题。 较新的轴承通常是密封的,一旦出现故障,就必须更换。 密封轴承是一个好主意,因为不会引入磨料灰尘,但是当它们最终用完时,必须更换它们。

与电机有关的另一个问题是其绕组过热。 这可能是由于电机老化,绕组绝缘开始损坏。 或者,它可能是由水分渗透或反复过热引起的。 发生这种情况时,通常需要将电机送到专门的电机改造车间,同时如果需要保持电梯正常运行,则用备用电机更换。

通常,电机轴承故障与绕组问题可以通过确定热源来区分,即在轴承处或更靠近外壳的中心。 通过在各个电机端子上读取电阻和电流读数,并将这些读数与制造商的文档或电机正常运行时获得的数据进行比较,可以获得进一步的验证。

过载

如果电机的绕组和轴承经过检查,并且负载的束缚已被排除,则是寻找电能质量问题的时候了。 “VFD”既可以指驱动器本身,也可以指驱动器和被驱动电机。 典型的 VFD 安装在落地式外壳中。 电源通常是 480 V,三相。 电机马力决定了电路大小和过流保护。 如果是成组安装(由两台或多台电梯组成),则允许根据负载的多样性降低馈线尺寸。 在电机可见范围内和机房内的单独外壳中始终有一个断开装置。 通常,VFD 以包含电机和功能强大的用户界面的包装形式出售。 制造商通常会提供安装说明、用户手册、原理图和故障排除指南。

变频驱动器和相关的电机依靠高质量的电源茁壮成长。 三相的电压读数和电流测量值应该基本一致。 在频谱分析仪或示波器中观察,正弦波应该是纯净的,不会损坏谐波、尖峰或有害波动。 应定期在 VFD 输入和输出以及电机端子处进行测量。 如果这些读数是在初始安装后并在设备正常运行时频繁读取的,则将创建一个数据库。 通常,温度会在很长一段时间内缓慢上升,然后迅速加速,很快达到破坏性水平。 这被恰当地称为“雪崩效应”。

电动机在高压下运行效率更高,在这种情况下,需要更少的电流来提供应用所需的功率。 不利的一面是,对于高压环境中的维修工人来说,一个错误的假设或笨拙的举动可能会导致严重的伤害或死亡。 有两种不同的危险类型:电击和电弧故障。 当个人接触带电端子、电线或导电表面时会发生电击。 然后,如果人接地(通常是这种情况),电路就完成了,电流流过人的身体,造成广泛的损害,并经常扰乱心脏的自然节律。 即使此人没有牢固接地,在涉及高压的情况下,也可能发生触电事件。 那是因为所有物体总是有一定的地电位。 橡胶垫、干鞋、绝缘手套和工具会有所帮助,但不要认为接触电压超过 30 V 的电线或端子是安全的。

另一种危险被称为电弧闪光。 例如,当掉落的扳手或滑动螺丝刀完成电线或端子之间或由相反相位通电的电线或端子之间的电路时,由于公用事业可以提供的所有电流流动,该工具可能会立即蒸发,有限仅由电源线、本地接线和​​内联变压器的阻抗决定。 对于附近没有穿防护服的工人来说,电弧爆炸可能是致命的,即使该人并未真正受到电击。

最好的策略是避免在可能带电的线路上工作。 所有电机都需要断开连接。 对于一些非常小的电机,断开器可以是分支电路过流装置、可以从插座中移除的插头或单元开关。

大型电动机的断开与其电路的大小相匹配,而电路的大小又取决于电动机所需的电流(给定其马力)。 这种断开是关闭 VFD 和电机的逻辑方法。 尽管如此,仍然存在电击危险,因为 VFD 前端的大型电解电容器在设备断电后很长一段时间内仍会产生致命的电荷。 有时,VFD 足以在 1 分钟内放掉电荷。 左右(所需时间取决于任何并联电阻的数量),但不应假设任何事情。

每个电容器应单独放电。 抵制将螺丝刀穿过端子的冲动,因为突如其来的电流浪涌很可能会损坏介质基板。 相反,使用带有大绝缘鳄鱼夹的长而灵活的引线将低电阻、高功率电阻器连接到端子。

VFD 分为三个部分。 在电源进入外壳的上游端是整流器。 中间部分称为直流母线,它将整流后的电力传送到最后一部分,即逆变器。 简单的电气测量可确定这些部分中的哪些(如果有)是导致电机性能不佳的原因。

首先,查看电机关闭时的 VFD 输入(即,电梯轿厢静止)。 可以使用万用表获取一些信息,但要进行彻底的电能质量评估,则需要示波器和/或频谱分析仪。 万用表会让您知道三个腿的 RMS 电压是否基本相等。 为了获得良好的性能,最低腿应在最高腿的 5% 以内。 此数量可能因 VFD 的品牌和型号而异,因此必须检查用户手册以了解准确的公差。

在进行深入的电能质量评估时,最常用的是示波器。 重要的是要认识到,在进行 VFD 工作时,使用传统的台式示波器存在固有的危险。 原因是,当探头插入其中一个输入通道时,其接地回路引线通过示波器机箱直接连接到房屋电源接地总线,当接地回路引线接触到电源时,会导致突然的大故障电流导线或端子参考但浮动高于地电位。 该故障电流可能会损坏变频器和示波器,并对用户造成伤害。 为避免这种危险,可以使用差分探头,但通常没有这种昂贵的附件。 大多数技术人员转而使用手持式、电池供电的示波器,其输入与地面隔离,并且在大多数型号中彼此隔离。

进一步警告 - 示波器探头和输入必须针对要测量的电压进行额定。 此外,必须考虑 CAT 位置和最大电压。 (CAT 级别 I-IV 是测试仪器在不同电气环境中的安全性方面的最大电压等级。)关于 VFD 电源输入,示波器将显示波形异常。 任何与纯正弦波显着不同的东西都可能有问题。 这将包括间歇性死点、波形峰值的削波和过多的谐波含量,最好在示波器的“数学/FFT”模式或频谱分析仪中查看。

最重要的是,如果 VFD 和电机要正常运行,就需要高质量的三相电源。 一旦得到验证,我们就可以继续进行 VFD 内部工作。 在包含 VFD 的大型电梯控制器中,可以打开一扇门以访问电子设备。 在较小的装置中,必须打开外壳。 无论哪种方式,在继续操作之前,都应关闭设备并释放残余电压。

VFD 的第一级是整流器。 三对二极管将输入端的三相交流电转换为脉动直流电。 与该整流器级的输出并联的大型电解电容器可消除交流纹波,将其分流至地。 这是创建逆变器部分所需的纯直流所必需的。 由于接地连接(最终返回到电力服务中的中性线)有效地形成了两个电容器之间的中心抽头,因此两条直流线路以地电位为参考但浮动在地电位之上。 这些导体均未接地。 因此,在这里使用传统的台式示波器是不安全的。

另一点需要注意的是,由于全波三相整流器的特性,它与峰值电压有关,VFD 内部直流总线上的直流电压实际上高于输入端的交流电源电压。 它是用电压表测量的 RMS 值的 1.414 倍。 这意味着,对于 480 V 驱动器,直流总线上的电压为 678 V,几乎高出 50%。

诊断程序的下一阶段是对 VFD 进行完整的目视检查。 这样做时,请勿触摸任何东西:电容器可能未完全放电。 检查逆变器部分的每个二极管、电容器和半导体,检查是否有任何过热迹象。 整流器中的电容器是常犯。 如果有任何燃烧、泄漏、鼓胀或变形的迹象,则应更换。

通过检查所有电路板和导体端子是否有腐蚀或过热迹象来完成目视检查。 使用绝缘工具和手套(即使 VFD 断电),重新拧紧所有电源端子。 任何低功率铲形或带状连接都可以滑开并重新制作以抛光它们。

当 VFD 断电时,尽可能检查欧姆表,并使用万用表二极管和电容器检查功能检查这些设备。 固态元件可以使用基极-发射极和基极-集电极结点处的二极管测试功能进行非动态(因此,不是确定性的)测试。 (金属氧化物半导体场效应晶体管具有栅极、漏极和源极端子,而不是基极、集电极和发射极端子。)这也适用于发射极 - 集电极端子,因为它们之间有二极管分流。 由于有两个电容器、两个线圈、六个二极管和六个半导体,因此可以进行电阻比较,以发现损坏的组件。

运动控制器

到目前为止,本文已经讨论了电梯故障排除和维修,就好像设备的 VFD/电机部分恰好是整个故事一样。 实际上,还必须经常考虑其他领域。 幸运的是,运动控制器通常包含一个字母数字读数,它是用户界面的一部分。 当发生故障时,电梯通常会断电,经常是轿厢停在楼层之间。 如果停运持续超过几分钟,则必须考虑撤离乘客。 这涉及使用为此目的制作的钥匙手动打开相邻楼层的门。 可能需要将活梯放入车内,以便乘客下车。

虽然如果执行得当,这个过程不会特别危险,但必须面对两个问题:乘客压力和公司责任。 一些电梯维保机构书面规定,只能由他们自己进行乘客提取,一旦做出这种声明,责任问题就复杂化了。 在某些情况下,由于到站点的距离以及所有人员都可能被占用的事实,这种替代方法可能不可行。 让受限制的乘客等待很长时间可能会带来额外的健康和其他危害。

一个好的行动方案是提前咨询当地监管机构,并根据他们的指导方针,除了提供书面说明外,提前与工作人员一起演练乘客疏散过程。 一旦乘客被提取出来,恢复服务就成为优先事项。如果运动控制器导致汽车停止,字母数字读数通常会显示错误代码,例如“E7”。 然后,参考制造商的文件(其副本应保存在机房和维修办公室),应解释错误代码并提供恢复服务的建议。 通常,这是通过按下重置按钮或在指定的时间内中断控制器的电源以重置运动控制器(通常为 1 分钟)来完成的。 允许电容存储的低电平电压因并联电阻而消散。

电梯保养维修是一个庞大而复杂的领域,不适合胆小的人。 在任何情况下,那些缺乏知识和专业知识的人都不应尝试安全地执行工作并且不引入可能在短期或遥远的将来出现的危险。

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109期。
♦ 为什么感应电机的引入是电梯技术的转折点?
♦ 液压升降机中储油器的两个用途是什么?
♦ 密封轴承的优缺点是什么?
♦ VFD 中直流母线的用途是什么?
♦ 哪些症状表明电解电容坏了?

为诸如此类的杂志撰写 ELEVATOR WORLD, 电气建设和维护, 布线业务, 电气业务, 螺母和电压, 光伏杂志, 电气连接, 太阳能连接, 太阳能行业杂志, 精细 Home建筑杂志和工程新闻记录。 他还撰写了由 McGraw-Hill 出版的四本书:2011 年国家电气法规逐章、故障排除和修理商用电气设备、电工行业揭秘和 Home所有者的 DIY 电气布线指南,后者于 2014 年 XNUMX 月出版。他拥有纽约日内瓦霍巴特学院的英语文学和作曲学士学位。

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