¡Los ascensores están a punto de entrar en la temporada de calor extremo! Enfriar la sala de máquinas se convierte en una acción necesaria.

¿Por qué se producen averías en los ascensores con tanta frecuencia durante el verano? Esto se debe principalmente a que los componentes principales del ascensor suelen estar ubicados en la planta superior del edificio. El calor eleva la temperatura de la sala de máquinas, y dado que la temperatura ambiente de funcionamiento del equipo no puede superar los 40 grados, si se sobrepasa este límite, el sistema se detiene automáticamente y el ascensor se detiene bruscamente a mitad de camino. Esto afecta al funcionamiento normal; por ejemplo, el ascensor se detiene repentinamente, no abre ni cierra las puertas al llegar a la puerta, no puede cambiar de velocidad al llegar a la puerta, etc.
Hoy hablaremos en detalle sobre por qué la temperatura de la sala de máquinas influye tanto en el funcionamiento normal del ascensor durante el verano. Esperamos que este artículo sirva para que el equipo de A tome las medidas necesarias para enfriar eficazmente la sala de máquinas del ascensor y garantizar así su correcto funcionamiento.
Causas de la temperatura elevada en la sala de máquinas
1. La ubicación de la estructura del edificio de la sala de máquinas en sí.

La mayoría de los cuartos de ascensores se encuentran en la azotea del edificio. Algunos son salas elevadas dedicadas a este fin. El techo y las cuatro paredes de la sala conforman la envolvente exterior. Esta envolvente, también conocida como pared exterior, tiene una temperatura que está estrechamente ligada a la temperatura ambiente, influyendo así en la temperatura interior.
En verano, cuando la temperatura exterior es alta, la temperatura de la envolvente también lo es, lo que provoca un aumento de la temperatura interior en la sala de máquinas. Cuanto mayor sea la proporción de la estructura de mantenimiento total que representa la envolvente exterior, mayor será la influencia de la temperatura exterior sobre la temperatura interior. Por lo tanto, la ubicación de la sala de servidores determina que sea la estancia más afectada por la temperatura ambiente y la exposición solar en verano.
2. Calor emitido por el sistema eléctrico

Los principales componentes del sistema eléctrico en la sala de máquinas que generan calor son el convertidor de frecuencia, la resistencia de frenado y el motor eléctrico. El inversor y el motor consumen parte de la energía eléctrica debido a su propia eficiencia y la liberan en forma de calor; la resistencia de frenado consume la energía eléctrica generada al regenerar el ascensor y la libera también en forma de calor. Ambos tipos de calor se emiten a la sala de máquinas, provocando un aumento de la temperatura ambiente.

(1) Inversor

El convertidor de frecuencia consta de un circuito principal y un circuito de control. El circuito principal es la parte de intercambio de potencia del motor que proporciona regulación de voltaje y frecuencia y consta de tres partes: el rectificador, el circuito de suavizado y el inversor. El componente inversor, el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), es la principal fuente de generación de calor en el inversor, y la generación de calor del IGBT se concentra principalmente en el momento de encendido y apagado. La generación de calor de los IGBT se concentra principalmente en el momento de encendido y apagado. El inversor para ascensores necesita arrancar con frecuencia, liberando así una gran cantidad de calor.

(2) Resistencias de frenado

La resistencia de frenado en sí misma consume energía en forma de calor, por ejemplo: cuando el ascensor está descargado y subiendo, el contrapeso es más pesado que la cabina, el rotor de la máquina principal gira y corta el movimiento de la línea de fuerza magnética de la bobina del estator, generando autogeneración, de modo que el motor cambia del estado eléctrico al estado de generación de energía, y esta energía regenerativa pasa a través de la unidad de frenado del inversor y finalmente es consumida por la resistencia de frenado en forma de calor. En el funcionamiento de una unidad se realizó una prueba con dos ascensores funcionando a la misma frecuencia, uno de ellos utilizando energía externa como fuente de alimentación, consumiendo la energía regenerativa generada por la resistencia de frenado, y el otro ascensor utilizando energía externa y un dispositivo de retroalimentación de ahorro de energía, que recupera la energía regenerativa del ascensor. Después de un período de funcionamiento, el consumo de energía externa fue un 35% menor que el del otro ascensor. Esto demuestra la cantidad de calor que genera la resistencia de frenado, que es aproximadamente 1/3 del consumo de energía eléctrica del ascensor.

(3) Motor

El funcionamiento del motor en sí mismo implica un cierto consumo de energía eléctrica. Según la fórmula de calor del motor Q=I²Rt, el calor liberado durante su funcionamiento es proporcional al cuadrado de la corriente. El motor eléctrico presenta la mayor corriente durante el arranque y el frenado, y el ascensor, como medio de transporte vertical, debe arrancar y frenar con frecuencia, lo que genera una gran cantidad de calor.

Alta temperatura en la sala de máquinas del ascensor.

Efectos sobre el funcionamiento normal

1. Impacto en el sistema de control eléctrico

(1) Es probable que las altas temperaturas provoquen anomalías en el programa de la placa de control del microordenador.

Los dispositivos electrónicos de la placa de control del microordenador o PLC realizan un control lógico mediante la comparación de la tensión y la corriente, y responden a la ejecución de instrucciones externas. Debido a las características de temperatura de los materiales de los dispositivos electrónicos, a temperaturas superiores a las permitidas, el juicio lógico de los dispositivos será erróneo y la placa de control del microordenador se volverá inestable.

(2) Las altas temperaturas dañan fácilmente los componentes electrónicos.

(a) Inversor

La tasa de fallos del inversor aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura, y la vida útil disminuye exponencialmente con el aumento de la temperatura, y la vida útil del inversor se reduce a la mitad cuando la temperatura ambiente aumenta en 10 ℃.

Cuando la temperatura ambiente supera la temperatura permitida, los parámetros del inversor en el circuito del inversor cambian durante el tiempo de apertura y cierre, lo que provoca un proceso alterno: un dispositivo se enciende mientras el otro no está listo para cerrarse, lo que causa un cortocircuito entre los dispositivos superior e inferior del mismo brazo del puente. Esto daña instantáneamente el inversor e impide su funcionamiento normal. Al mismo tiempo, la temperatura del aislamiento del inversor se reduce considerablemente, lo que puede provocar daños en el inversor y, en consecuencia, la falla del ascensor.

b) Resistencia de frenado

Cuando la temperatura ambiente es demasiado alta, la resistencia del freno puede sobrecalentarse y generar calor durante mucho tiempo. Si el elevador funciona con frecuencia, el calor acumulado en la resistencia del freno se acumula repetidamente, lo que eventualmente provoca daños debido a la alta temperatura e incluso incendios y otros accidentes.

c) Otros componentes electrónicos

Los contactores, relés y transformadores, componentes electrónicos, durante su funcionamiento, sufren pérdidas por resistencia y corriente en el conductor y la bobina. En los circuitos de CA, debido a la acción electromagnética alterna, se producen corrientes parásitas y pérdidas por histéresis en el imán. Todas estas pérdidas se transforman casi por completo en energía térmica, que se disipa parcialmente en el medio circundante y se retiene parcialmente en el aparato, provocando un aumento de su temperatura. Si la temperatura ambiente es demasiado alta, la disipación de calor de los componentes electrónicos será deficiente, lo que reducirá considerablemente su fiabilidad y, en consecuencia, su vida útil, pudiendo incluso dañarlos. Las estadísticas muestran que por cada 2 °C de aumento de temperatura en los componentes electrónicos, la fiabilidad disminuye un 10 %, mientras que con un aumento de temperatura de 50 °C, la vida útil se reduce a tan solo 1/6 con un aumento de 25 °C.

2. El impacto en el sistema mecánico

El sistema mecánico de la sala de máquinas del ascensor se compone principalmente de la máquina de tracción, que normalmente consta de motor, freno, caja de cambios, rueda de tracción, rueda guía, bastidor, rueda de apoyo del disco, etc.

(1) Efecto sobre el motor de tracción

Cuando la temperatura ambiente supera la temperatura máxima permitida en la sala de máquinas, la disipación de calor del motor de tracción se ve seriamente afectada. Debido a los frecuentes arranques y paradas del motor, este genera una gran cantidad de calor, y la alta temperatura de la sala de máquinas no puede eliminarse a tiempo.

Aunque el diseño estructural del motor está bien pensado en términos de reforzar la disipación de calor del núcleo de hierro del estator, por ejemplo, algunos productos están diseñados para ser soportados por tapas en los extremos, eliminando la necesidad de una base de máquina tradicional, lo que hace que el núcleo sea una estructura abierta y mejora el efecto de enfriamiento; refuerza la disposición de los canales de ventilación alrededor de los núcleos del estator y del rotor; aumenta la capacidad de ventilación de los orificios del protector contra el viento, etc., pero esta estructura es menos utilizada en los motores. La mayoría de ellos están equipados con ventiladores de enfriamiento, controlados por interruptores térmicos ubicados en la superficie del núcleo del estator. Cuando la temperatura de la superficie del núcleo alcanza aproximadamente los 60 °C, el interruptor térmico se activa y el ventilador se conecta al motor de tracción para ventilación y enfriamiento forzados. El efecto de enfriamiento forzado no es evidente en caso de altas temperaturas en el compartimento de máquinas. Considerando que la temperatura del motor seguirá aumentando cuando el enfriamiento forzado no sea suficiente, algunos productos de motores tienen termistores enterrados en cada bobinado de fase. Cuando la temperatura del motor alcanza los 155 °C, la resistencia del termistor interno aumenta bruscamente y se activa el relé de protección térmica del circuito de control, lo que obliga al ascensor a cambiar de velocidad y detenerse en la estación de piso más cercana para abrir la puerta hasta que el motor se enfríe antes de reanudar su funcionamiento.

Si bien este método puede contribuir a proteger el motor, las largas horas de calor intenso en verano y las frecuentes paradas del ascensor para su protección afectan seriamente al funcionamiento y uso normales del mismo.

(2) Impacto en la caja de cambios

La caja de engranajes se compone de una rueda helicoidal y un engranaje helicoidal. El engranaje helicoidal suele estar fabricado con materiales de alta dureza y buena rigidez, principalmente acero aleado de níquel-cromo o acero aleado de silicio-manganeso, aunque también se utiliza acero al carbono forjado con un contenido de carbono del 0,4 % al 0,55 %. La superficie del tornillo sin fin debe estar endurecida mediante temple o carburación. La llanta de la rueda helicoidal está fabricada mediante mecanizado con bronce fosforoso, bronce de estaño o aleación de cobre-estaño-níquel de bajo coeficiente de fricción. Como el coeficiente de expansión térmica de los distintos materiales es diferente, y el coeficiente de expansión térmica de la rueda helicoidal es aproximadamente la mitad del coeficiente de expansión térmica del tornillo sin fin, cuando la temperatura de la sala de máquinas supera los 40 ℃, el calor del aire y el calor generado por la rotación y la fricción de las piezas en la caja de engranajes, en conjunto, harán que la temperatura en la caja de engranajes sea más alta, y la temperatura alta continua provocará la expansión térmica de las piezas, destruyendo así la precisión de la producción del engranaje helicoidal en la caja de engranajes. Esto reducirá la holgura axial del eje de la turbina y el eje del tornillo sin fin, aumentará la superficie de engranaje, aumentará la fricción de la superficie de fricción, acelerará el desgaste y afectará seriamente la comodidad del ascensor, además de producir ruidos extraños y dañar el engranaje helicoidal (por ejemplo, al usar el ascensor, se oirá un ruido sordo en la sala de máquinas del ascensor y habrá vibraciones anormales en la cabina). Al mismo tiempo, la temperatura elevada y continua en la caja de engranajes también reducirá la viscosidad del lubricante, lo que no favorece la formación de una película lubricante y acelera la oxidación del mismo, afectando el efecto de lubricación del engranaje helicoidal y aumentando su desgaste.

Cómo controlar la temperatura de la sala de máquinas

1. Estructura del edificio

Es necesario realizar un tratamiento de aislamiento estructural en la sala de máquinas de elevación para reducir el impacto de la temperatura exterior en los equipos interiores durante el calor del verano. Al mismo tiempo, no se puede ignorar el aislamiento estructural de mantenimiento en la sala de equipos, lo que reduce el espesor de la estructura de mantenimiento.

2. Instalar equipos de ventilación y refrigeración.

En un sistema de ventilación natural, para cumplir con los requisitos de temperatura de la sala de servidores, es necesario instalar aire acondicionado. Al instalar equipos de ventilación (por ejemplo, extractores), estos deben coincidir con las aberturas de ventilación de la sala (por ejemplo, rejillas), lo que permite la convección del aire y, por lo tanto, contribuye a mejorar la temperatura ambiente de la sala.

3. Uso de dispositivos de ahorro de energía

La energía térmica de la resistencia de frenado en el armario de control se convierte en energía eléctrica y se almacena en la batería o se inyecta a la red eléctrica, lo que elimina la fuente de generación de calor y contribuye al ahorro energético. Durante el funcionamiento del ascensor, se produce inevitablemente un proceso de generación de energía. Cuando el ascensor está descargado y sube y baja, el rotor del motor es arrastrado por fuerzas externas o la propia carga se mantiene gracias a la inercia rotacional, lo que provoca que la velocidad real del motor sea mayor que la velocidad síncrona de la salida del inversor. En este momento, el motor se encuentra en estado de generación de energía, la cual se almacena en el condensador de filtro del inversor. Si esta energía no se consume, la tensión del bus de CC aumentará rápidamente y afectará al funcionamiento normal del inversor. La forma habitual de gestionar esta energía es añadir una unidad o resistencia de frenado, lo que la convierte en calor y la desperdicia. El dispositivo de ahorro energético puede sustituir la unidad y la resistencia de frenado, e inyectar esta energía a la red, logrando así un funcionamiento ecológico, respetuoso con el medio ambiente y de ahorro energético.

El dispositivo de ahorro de energía está diseñado para detectar automáticamente la tensión del bus de CC del inversor y la tensión de la red, y, a través del procesador y el inversor, invertir la tensión de CC del enlace de CC en el inversor para convertirla en una tensión de CA de la misma frecuencia y fase que la tensión de la red, y conectarla a la red de CA después de múltiples enlaces de filtrado de ruido, con el fin de lograr el objetivo de devolver energía a la red.

4. Las unidades de uso y mantenimiento deben contar con personal dedicado para fortalecer la gestión.

Las unidades de mantenimiento deben verificar periódicamente el correcto funcionamiento del equipo de refrigeración y realizar inspecciones regulares y minuciosas de las fuentes de calor (como convertidores de frecuencia, resistencias de frenado y motores). En el caso de unidades con varios ascensores, se recomienda alternar su funcionamiento durante el verano para evitar utilizar un solo ascensor por comodidad o por otros motivos, lo que incrementa la carga de trabajo. Además, la unidad usuaria debe equipar cada sala de máquinas de los ascensores con un extintor.

En resumen: el creciente grado de inteligencia del sistema de control de ascensores no elimina por completo las averías, y la tendencia a fallos frecuentes debido al envejecimiento de los ascensores en uso año tras año no cambiará. Sin embargo, al analizar la estructura del edificio, el sistema de control eléctrico y el sistema mecánico de la sala de máquinas del ascensor, y al tomar medidas específicas para controlar eficazmente cada componente, podemos garantizar que la temperatura de la sala de máquinas se mantenga dentro del rango normal durante el verano, y así eliminar o reducir las diversas averías causadas por las altas temperaturas. De esta manera, se garantiza que el ascensor funcione en un entorno seguro, estable y fiable, y se preste un mejor servicio a los usuarios.