Diagnosi del motore dell'elevatore e VFD

Informazioni sulla risoluzione dei problemi del motore dell'ascensore e dell'azionamento a frequenza variabile (VFD) e sulle procedure di sicurezza.

Alcuni aspetti della manutenzione e riparazione degli ascensori non sono elettrici, come la lubrificazione e il rifacimento delle guide del vano corsa o il miglioramento del flusso d'aria intorno a un serbatoio idraulico. Ma la maggior parte di questo lavoro, specialmente quando il sintomo è arresti cronici del controller o codici di errore, coinvolge l'impianto elettrico. Quando questo è l'obiettivo, l'idea di base è individuare e sostituire il componente difettoso senza ricorrere a un approccio casuale, che inevitabilmente vedrà la sostituzione di componenti buoni e sarà un costoso spreco di risorse di manutenzione e causa di un aumento dei tempi di fermo.

Questo articolo discute alcune tecniche di risoluzione dei problemi elettrici applicabili alle apparecchiature elettriche in generale e specificamente rilevanti nella riparazione degli ascensori e nel debug di nuovi progetti. Per cominciare, non esagerare. Per eseguire la riparazione elettrica dell'ascensore, l'operatore deve essere un tecnico elettrico esperto con una conoscenza dettagliata delle funzioni di sicurezza integrate nel sistema operativo del controller di movimento.

obiettivi formativi

Dopo aver letto questo articolo, dovresti aver appreso:
♦ Diagnosi delle cause dei problemi del motore dell'ascensore
♦ La relazione tra il controller di movimento dell'ascensore e il VFD
♦ Raccolta di informazioni prima della diagnosi dei guasti dell'ascensore
♦ Precauzioni per la misurazione di sistemi a 480 V
♦ Strumentazione utilizzata nelle procedure diagnostiche degli ascensori

Le vittime dell'ascensore sono estremamente rare, ma, tragicamente, si verificano. Come precauzione, una regola fondamentale nella progettazione e manutenzione degli ascensori è che un meccanismo di interblocco delle porte deve impedire alla cabina di muoversi ogni volta che la porta non è chiusa e bloccata in modo sicuro. Inoltre, l'interblocco deve impedire l'apertura della portiera quando l'auto è in movimento. In un caso in cui un bambino è stato schiacciato in un ascensore tra il pavimento dell'auto e la parte superiore dell'apertura della porta, gli investigatori hanno stabilito che non erano state osservate le corrette procedure di manutenzione. In

ricollegando due fili che erano stati temporaneamente scollegati, sono stati inavvertitamente invertiti, disabilitando l'interblocco della porta. I tecnici devono fare tutto il necessario per garantire che non si verifichino errori di questa natura. È essenziale il riferimento costante a schemi schematici e illustrativi, insieme a note scritte su eventuali modifiche temporanee al cablaggio di controllo. Una fotocamera digitale è molto utile in questo senso e per documentare il lavoro completato.

Un controller di movimento per ascensori, come un PC nel home o ufficio, è un dispositivo di elaborazione digitale ed è soggetto a congelamento o arresto anomalo, il che significa che l'apparecchiatura collegata smette di funzionare fino a quando la situazione non viene risolta. La soluzione è spesso ripristinare o spegnere temporaneamente il sistema. Ciò potrebbe ripristinare il normale funzionamento, ma, sfortunatamente, non rivela la causa dell'arresto.

La maggior parte dei controller di movimento ha una piccola lettura alfanumerica che visualizzerà un codice di errore come "E-12". Il manuale dell'utente che accompagnava l'installazione originale dell'ascensore dovrebbe contenere un elenco di codici di errore e come eliminare il guasto. Se il manuale non è disponibile, una ricerca su Internet con marca e modello dovrebbe fornire codici di errore e altre informazioni. Un'altra possibilità è chiamare il produttore e parlare con l'assistenza tecnica. A questo proposito, è utile installare una presa telefonica adiacente al controller di movimento, insieme a un tavolo di lavoro in modo da poter fare riferimento agli schemi. (Il controller di movimento si trova solitamente nella sala macchine, un ambiente concreto al di sotto del livello in cui il servizio di telefonia cellulare è problematico.)

I codici di errore, tuttavia, non sono infallibili. È come cercare un guasto dopo un incidente automobilistico. A volte, le informazioni necessarie vengono perse nell'evento. Se il guasto si ripresenta, sarà necessario istituire le procedure di risoluzione dei problemi elettrici che seguono. Per riuscire a ripristinare il servizio, poiché i tempi di fermo devono essere ridotti al minimo ma devono essere garantite sicurezza e affidabilità, è essenziale un protocollo di lavoro ordinato. Per iniziare, i tecnici dovrebbero essere in una modalità di raccolta di informazioni. Ciò assume diverse forme: intervistare l'operatore e rivedere la storia dell'installazione, assemblare la documentazione disponibile e ispezionare visivamente il sito.

In un edificio per uffici, un hotel o un impianto di produzione, di solito ci sono una o più persone che hanno familiarità con il funzionamento quotidiano dell'ascensore o della banca di ascensori. Questi lavoratori possono svolgere attività di routine come il ripristino del controller di movimento in caso di crash, l'ispezione delle porte di ogni piano per verificare che siano ben chiuse, il controllo degli interruttori di derivazione, ecc. In caso di malfunzionamento significativo, un elettricista in loco o un ascensore esterno può essere chiamato un tecnico e, a questo punto, è necessaria una seria procedura diagnostica.

Un buon modo per iniziare è intervistare coloro che hanno familiarità con l'installazione, in particolare se sono stati i primi a venire a conoscenza del malfunzionamento e hanno chiamato le risorse di manutenzione o un tecnico esterno dell'ascensore. Queste persone potrebbero non riconoscere un amplificatore da un paralume, ma è probabile che uno di loro abbia un buon senso della storia dell'installazione e possa conoscere la causa del malfunzionamento. Particolare attenzione dovrebbe essere focalizzata sull'evento. Si è acceso all'improvviso o gradualmente? È successo durante un'interruzione elettrica? Gli utenti hanno segnalato suoni insoliti o un odore di bruciato all'interno o intorno all'auto o alla sala macchine? Le risposte a queste domande possono indicare una rapida risoluzione.

La fase successiva dell'indagine, a seconda della natura del problema, consiste nell'ispezionare visivamente l'auto, osservando attentamente il meccanismo della portiera e i controlli e gli indicatori accessibili all'utente. Sia immediatamente prima che dopo, sono necessarie ispezioni visive del controller di movimento e del motore.

Se l'interruzione è iniziata di recente, puoi cercare qualsiasi segno di calore nel motore o nei singoli componenti nel controller di movimento. Fare attenzione, tuttavia, che anche dopo che la macchina si è spenta, possono essere presenti alte tensioni pericolose, anche superiori alla tensione del sistema. Questo perché un raddrizzatore può aumentare la tensione CC a un livello superiore rispetto all'ingresso CA e perché i grandi condensatori elettrolitici sono in grado di immagazzinare quantità significative di energia elettrica per un lungo periodo di tempo se non c'è resistenza parallela per scaricare questa tensione.

Molti problemi elettrici degli ascensori si verificano in una delle due aree seguenti: il motore e i relativi dispositivi di controllo e cablaggio, oppure il controller di movimento e i relativi dispositivi di controllo e cablaggio. Date le informazioni ottenute dal colloquio con l'utente, dall'ispezione visiva e dalla natura del malfunzionamento, potrebbe essere ovvio da dove cominciare.

Inizieremo con il motore. Potrebbe essere completamente insensibile, o potrebbe essere surriscaldamento e spegnimento, un problema cronico che affligge i motori che invecchiano, perché, nel tempo, l'isolamento interno diventa meno efficiente. Ciò può essere causato da (e, a sua volta, essere una causa di) riscaldamento, che viene notato per la prima volta quando la temperatura ambiente è elevata e/o l'ascensore viene utilizzato molto in concomitanza con carichi pesanti o se ci sono fluttuazioni di l'alimentazione elettrica.

Un tempo, gli ascensori erano generalmente a corrente continua, perché era necessario il controllo della velocità. A differenza di un motore a corrente continua, la velocità di un motore a corrente alternata non può essere variata in modo efficiente senza causare surriscaldamento semplicemente riducendo la tensione. Tutto questo è cambiato negli anni '1960 con l'introduzione del VFD, che ha permesso di variare la velocità dei motori a induzione CA standard modificando il ciclo di lavoro di un ingresso di potenza ad onda quasi quadra ai terminali del motore. Uno dei vantaggi di questa disposizione è che i motori a induzione sono senza spazzole, eliminando la manutenzione delle spazzole e del commutatore. I VFD sono abbastanza affidabili, ma quando il motore di un ascensore non funziona come previsto, questa è un'area da esaminare, come segue.

Ci sono ancora molti motori per ascensori CC in servizio e funzionano bene se sei disposto a fare la manutenzione del commutatore a spazzole. (Un semplice raddrizzatore viene utilizzato per derivare la CC dall'alimentatore CA ed è facile da controllare e riparare, se necessario.)

Indipendentemente dal tipo di motore, non funzionerà bene se l'alimentazione CA è inadeguata, quindi questo è il punto di partenza. Sono disponibili molte varietà di strumentazione per la qualità dell'energia e il manuale dell'utente (che può essere scaricato dal sito Web del produttore) spiega come eseguire le letture e interpretare i risultati. Questo articolo, tuttavia, presumerà che tu stia utilizzando un voltmetro digitale portatile con ingressi isolati da terra.

La maggior parte dei VFD in grado di alimentare il motore di un ascensore funziona a 480 VAC trifase con una corrente di guasto disponibile sufficiente a causare più incidenti mortali per esplosione d'arco, anche se le vittime non entrano in contatto con superfici attive. La filosofia generale nell'esecuzione di lavori elettrici è che, ove possibile, l'alimentazione elettrica deve essere scollegata per spegnere l'apparecchiatura in esame. Ciò non è possibile quando devono essere rilevate le letture di tensione e corrente. Sono quindi necessarie ulteriori precauzioni per evitare lesioni da urto e arco elettrico.

Discutendo le misurazioni di tensione e corrente, inizieremo a monte. Nel determinare la procedura diagnostica, i tecnici generalmente considerano i problemi di accessibilità e si sforzano di iniziare a metà strada tra il sezionatore principale e i terminali del motore per verificare immediatamente un grande blocco di circuiti.

Nell'effettuare letture di tensione ad alto livello, sono sempre necessarie precauzioni per evitare rischi di scosse elettriche. I guanti da guardia ad alta tensione offrono una buona protezione, ma anche così equipaggiati, non dovresti toccare un filo o un terminale sotto tensione. Gli utenti gonfiano periodicamente i guanti ad alta tensione con aria compressa per rilevare eventuali forature o perdite. Quando si effettuano misurazioni ad alta tensione, gli stivali da lavoro devono essere asciutti e avere suole in gomma spesse prive di tagli o usura eccessiva. Il pavimento dovrebbe essere asciutto. Il calcestruzzo dovrebbe essere considerato un materiale conduttivo, quindi è buona norma gettare un tappetino di gomma spesso e asciutto. Devono essere utilizzati solo utensili da elettricista completamente isolati.

Per effettuare letture a 480 V, è necessario un multimetro con sonde grandi e pesanti e ingressi isolati. Lo strumento deve essere valutato per la tensione e la corrente di guasto disponibile presente ai capicorda principali. Queste valutazioni sono invariabilmente contrassegnate accanto agli ingressi del contatore.

La scarsa qualità dell'alimentazione misurata alla disconnessione principale o all'ingresso VFD provocherà un funzionamento irregolare dell'azionamento e del motore o il completo mancato avviamento. Le letture fase-fase e fase-terra dovrebbero essere entro l'1% l'una dall'altra. Queste misurazioni vanno effettuate sia a motore spento e acceso, sia a pieno carico (con vettura in movimento).

Le misurazioni di corrente vengono effettuate al meglio utilizzando un amperometro a pinza da elettricista adeguatamente valutato. Fissare a turno ciascun conduttore di fase con il motore in funzione e carico. Ci si può aspettare che le variazioni di corrente tra le fasi superino le variazioni di tensione. 10% è accettabile.

Eccessive variazioni di tensione e corrente possono essere attribuite a una scarsa qualità dell'alimentazione dall'utenza, guasto dei componenti all'interno del VFD, difetti di cablaggio o terminazione o guasti all'interno del motore. Se tutte le fasi misurano allo stesso modo ma scendono quando il motore è collegato, potrebbero esserci cuscinetti o altri problemi meccanici nel motore o grippaggio nel meccanismo dell'ascensore.

Il diagramma schematico del VFD mostra che il primo e l'ultimo stadio sono immagini speculari l'uno dell'altro. Nella fase del raddrizzatore, la corrente alternata trifase si fonde per diventare una corrente continua a due fili. Nella fase dell'inverter, la CC a due fili si divide nuovamente in CA trifase, ora modulata in larghezza di impulso per controllare la velocità del motore a induzione. Nella fase del raddrizzatore, l'alimentazione di rete, la linea 1, la linea 2 e la linea 3 sono collegate ai punti medi di tre coppie di diodi, che rettificano l'alimentazione di rete trifase, 480-V (a volte 600-V) all'ingresso, creando DC bipolare , che viene filtrato attraverso una rete LC per rimuovere l'ondulazione CA. Questa pura DC viene applicata al bus DC a due conduttori, che la convoglia allo stadio finale dell'inverter.

La tensione del bus CC è superiore alla tensione della linea CA, anche se nel sistema non è presente un trasformatore di alimentazione. Questa è una conseguenza del fatto che una tensione di uscita del raddrizzatore a onda intera si basa sulla tensione picco-picco, non sul valore quadratico medio (RMS) all'ingresso. Lungo il bus CC in un sistema da 480 V CA, ci si può aspettare di misurare 679 V CC, ovvero 1.414 volte il valore CA.

Per funzionare correttamente, un VFD richiede una tensione pura e stabile sul bus CC, priva di ripple significativi. Per misurare l'ondulazione, utilizzare il multimetro in modalità VAC. Qualsiasi increspatura superiore all'1% è problematica. Interromperà lo stadio dell'inverter e causerà variazioni nella velocità e nella coppia del motore.

Se c'è un'ondulazione eccessiva, guarda alla rete del filtro. A volte, gli induttori si aprono, il che non farebbe apparire alcuna tensione sul bus CC, o alcuni giri sono in cortocircuito. Ma, più probabilmente, uno o entrambi i condensatori elettrolitici sono difettosi.

Per controllare i condensatori, è necessario spegnere l'unità. Per fare ciò, spostare la disconnessione principale in posizione off. Come la maggior parte dei tecnici elettronici sa, i condensatori elettrolitici che funzionano ad alta tensione mantengono una carica potenzialmente letale molto tempo dopo essere stati spenti. Il rischio di scosse è grave in un sistema a 480 V. Oltre ai grandi condensatori nella sezione del raddrizzatore, potrebbe esserci capacità distribuita in tutto il sistema. Prima di procedere, dopo che il VFD è stato spento e la disconnessione bloccata, ciascuno dei condensatori e qualsiasi altra posizione nel circuito che potrebbe mantenere una carica deve essere scaricata. Il modo sbagliato per farlo è deviare i terminali usando un cacciavite o uno strumento simile. È probabile che l'elevata corrente coinvolta danneggi i condensatori perforando il sottile strato dielettrico. La procedura corretta consiste nel collegare un resistore di potenza a basso ohm e alto wattaggio dotato di morsetti a coccodrillo isolati attraverso i terminali. Utilizzare guanti ad alta tensione.

Qualsiasi combinazione resistore/condensatore ha una certa costante di tempo, che è una funzione della resistenza e della capacità. Durante la scarica, al diminuire della tensione, diminuisce anche la velocità di variazione, così che si avvicina a 0 V ma non si raggiunge mai completamente. Pertanto, è necessario effettuare misurazioni su ciascun condensatore e nodo del circuito potenziale per accertare quando è stato raggiunto un livello di sicurezza. Solo allora i componenti possono essere testati in sicurezza con un ohmmetro e, tuttavia, non è necessario toccare un filo nudo o un terminale. Utilizzare solo utensili da elettricista completamente isolati.

Per testare un condensatore scarico è necessario scollegare uno dei due fili per estrarlo dal circuito, eliminando qualsiasi impedenza parziale parallela che potrebbe dare una falsa lettura. Innanzitutto, controlla visivamente i condensatori. Se c'è qualche segno di rigonfiamento o distorsione, perdita o aspetto bruciato, il condensatore è difettoso e deve essere sostituito. Controllare le terminazioni per corrosione e giunti allentati. È buona norma smontare e ricollegare tutti i connettori a innesto per lucidare le giunture.

Esistono vari tipi di tester per condensatori, diodi e semiconduttori. Alcuni strumenti di laboratorio testano i semiconduttori applicando le corrette polarizzazioni CC e quindi iniettando un segnale di prova. L'uscita viene misurata e valutata. Tuttavia, i componenti difettosi possono essere spesso rilevati da semplici test multimetro.

Per vedere come reagisce un buon condensatore elettrolitico quando viene sondato dall'ohmmetro, collegare lo strumento a un componente noto e funzionante. Se è attualmente in uno stato di scarica, la lettura della resistenza aumenterà o diminuirà, a seconda del modo in cui la batteria interna dello strumento lo polarizza, avanti o indietro. I valori in ohm cambieranno all'inizio rapidamente, poi più lentamente man mano che ci si avvicina al punto finale. Se le sonde sono invertite, le letture avanzeranno nella direzione opposta. Gli elettricisti chiamano questo comportamento caratteristico del condensatore elettrolitico "conteggio" e significa che il condensatore sta funzionando. (I condensatori non elettrolitici generalmente non lo fanno, perché la loro capacità è troppo bassa.) Tuttavia, questo non è un vero test dinamico. Alla piena tensione del bus CC, un condensatore che supera il test dell'ohmmetro potrebbe effettivamente essere difettoso. Se gli induttori e i condensatori funzionano bene e le terminazioni sono a posto, ma c'è ancora un'ondulazione, potrebbe essere necessario sostituire i componenti uno alla volta per trovare il colpevole.

Per controllare i diodi, sollevando nuovamente un cavo per togliere i componenti dal circuito, verificare con il multimetro in modalità ohm. Il dispositivo condurrà in un modo ma non nell'altro. Questo perché la batteria dell'ohmmetro polarizza in avanti o all'indietro il diodo. Anche questo non è un vero test dinamico, ma è probabile che rilevi un diodo difettoso, che è in cortocircuito o aperto.

Le misurazioni vengono eseguite in modo abbastanza diverso per il lato di uscita, utilizzando una strumentazione diversa perché il livello di tensione è relativamente basso e la frequenza è molto più alta, specialmente se si considerano i tempi di salita e discesa rapidi degli impulsi come componenti di frequenza.

Lo stadio finale dell'inverter di un VFD ha i seguenti ingressi: la tensione del bus a due fili, 679 V CC per un sistema da 480 V CA e il flusso di dati a bassa tensione che proviene dal controller di movimento dell'ascensore. Questo è costituito da sei ingressi applicati ai terminali di base dei sei transistor bipolari a gate isolato. Questi transistor di commutazione modulano l'alta tensione dal bus CC e emettono un impulso trifase ad alta tensione e alta corrente adatto per alimentare il motore dell'ascensore. Come si vede nello schema VFD, questi semiconduttori hanno strati di diodi interni, che possono essere verificati con un ohmmetro. Inoltre, è possibile eseguire misurazioni di tensione sulle sei uscite per vedere se sono entro il 2% l'una dall'altra.

Quando il motore funziona male o non funziona affatto, vorremo naturalmente esaminare la potenza applicata ad esso. Questo può essere misurato sui terminali di uscita del VFD o sui terminali di ingresso del motore. Le tensioni e le forme d'onda potrebbero non essere le stesse a causa di imperfezioni che potrebbero esistere nel cablaggio o nelle terminazioni.

Per chiarezza, lo schema VFD non mostra i conduttori di dati PWM dal controller di movimento, né mostra un conduttore di terra. Supponendo che il bus DC sia stato verificato, il prossimo passo è guardare la potenza trasmessa al motore. Un multimetro RMS convenzionale in modalità volt non è in grado di leggere con precisione questa tensione segnalata, poiché presenta una forma d'onda non sinusoidale modulata in larghezza di impulso. La ragione di questa incapacità è che tale strumentazione ha tipicamente troppa larghezza di banda. Di conseguenza, risponde in modo eccessivo a componenti ad alta frequenza irrilevanti applicati alla tensione del bus CC nella sezione inverter VFD.

Il multimetro Fluke 87V, che include un filtro passa-basso selezionabile interno, è adatto per questo tipo di lavoro. Quando l'utente attiva questo filtro premendo un pulsante giallo sul pannello frontale, il Fluke 87V visualizzerà letture accurate di tensione, corrente e frequenza nell'uscita VFD al motore.

Nelle applicazioni per ascensori, l'avvio è fondamentale. La maggior parte dei VFD consente di abilitare l'avvio automatico. L'uscita può passare a una frequenza designata dopo che un guasto è stato eliminato o dopo che il sistema è stato ripristinato manualmente a seguito di un segnale di arresto di emergenza. Sono possibili più modalità di avvio automatico. Poiché la sicurezza dei passeggeri è sempre la considerazione principale, questo comportamento deve essere progettato tenendo conto di ciò.

Domande sul rinforzo dell'apprendimento

Usa le seguenti domande sul rinforzo dell'apprendimento per studiare per l'esame di valutazione della formazione continua disponibile online su www.elevatorbooks.com o a pag. 121 di questo fascicolo.
♦ Come viene misurata l'ondulazione CA in un bus CC VFD?
♦ Come vengono testati i condensatori?
♦ Come si scaricano i condensatori?
♦ Quale strumentazione è necessaria per misurare un'uscita VFD?
♦ Qual è lo scopo di una sezione inverter VFD?