Les ascenseurs s'apprêtent à entrer dans la période de fortes chaleurs ! Refroidir la salle des machines devient une mesure nécessaire.

Pourquoi les pannes d'ascenseur sont-elles si fréquentes en été ? Cela est principalement dû au fait que les composants essentiels de l'ascenseur se trouvent généralement au dernier étage. La chaleur fait grimper la température de la salle des machines, alors que la température maximale de fonctionnement de l'équipement est d'environ 40 degrés. Une fois ce seuil dépassé, le système s'arrête automatiquement, provoquant un arrêt brutal de l'ascenseur en cours de route. Cela perturbe son fonctionnement normal : l'ascenseur peut s'arrêter brusquement, ne pas ouvrir ni fermer les portes à l'approche de la zone d'accès, ou encore ne pas pouvoir changer de vitesse.
Aujourd'hui, nous allons aborder en détail l'impact considérable de la température de la salle des machines sur le bon fonctionnement des ascenseurs en été. Nous espérons que cet article incitera les responsables à mettre en place un système de refroidissement efficace de la salle des machines afin de garantir le bon fonctionnement des ascenseurs.
Causes d'une température élevée dans la salle des machines
1. L'emplacement de la structure du bâtiment de la salle des machines elle-même

La plupart des locaux d'ascenseurs se situent sur le toit de l'immeuble. Certains sont des locaux surélevés et dédiés, aménagés sur le toit. Le toit et les quatre murs de ces locaux constituent l'enveloppe extérieure, également appelée paroi extérieure. La température de cette enveloppe est étroitement liée à celle de l'espace extérieur, influençant ainsi la température intérieure.
Par temps chaud, lorsque la température extérieure est élevée, la température de l'enveloppe du bâtiment l'est également, ce qui entraîne une hausse de la température intérieure de la salle des machines. Plus la surface totale de la structure de maintenance constituée par l'enveloppe extérieure est importante, plus l'influence de la température extérieure sur la température intérieure est grande. Ainsi, l'emplacement de la salle des serveurs détermine qu'elle est particulièrement sensible à la température ambiante et à l'ensoleillement en été.
2. Chaleur émise par le système électrique

Les principaux composants du système électrique de la salle des machines générant de la chaleur sont le convertisseur de fréquence, la résistance de freinage et le moteur électrique. Le convertisseur et le moteur consomment une partie de l'énergie électrique en raison de leur propre rendement et la dissipe sous forme de chaleur ; la résistance de freinage consomme l'énergie électrique produite par la régénération de l'ascenseur et la dissipe également sous forme de chaleur. Ces deux sources de chaleur sont émises dans la salle des machines, ce qui entraîne une augmentation de la température ambiante.

(1) Onduleur

Le convertisseur de fréquence se compose d'un circuit principal et d'un circuit de commande. Le circuit principal assure l'échange de puissance du moteur, fournissant la tension et la fréquence régulées. Il comprend trois parties : le redresseur, le circuit de lissage et l'onduleur. L'onduleur, constitué du transistor bipolaire à grille isolée (IGBT), est la principale source de chaleur. Cette chaleur est principalement générée lors des phases de mise en marche et d'arrêt. L'onduleur des ascenseurs étant fréquemment sollicité, il dégage une quantité importante de chaleur.

(2) Résistances de freinage

La résistance de freinage elle-même dissipe de l'énergie sous forme de chaleur. Par exemple, lorsque l'ascenseur est à vide et monte, le contrepoids étant plus lourd que la cabine, le rotor du moteur principal tourne et coupe le mouvement de la ligne de force magnétique de la bobine du stator, générant ainsi de l'énergie. Le moteur passe alors de l'état électrique à l'état générateur d'énergie, et cette énergie régénérée traverse l'unité de freinage de l'onduleur avant d'être finalement dissipée par la résistance de freinage sous forme de chaleur. Lors d'un test, deux ascenseurs fonctionnant à la même fréquence ont été testés. L'un était alimenté par une source externe, l'énergie régénérée étant alors consommée par la résistance de freinage. L'autre ascenseur était alimenté par une source externe et par un dispositif de récupération d'énergie, ce dernier récupérant l'énergie régénérée. Après un certain temps de fonctionnement, la consommation d'énergie de l'ascenseur alimenté par une source externe était inférieure de 35 % à celle de l'autre. Ceci démontre que la chaleur générée par la résistance de freinage représente environ un tiers de la consommation d'énergie électrique de l'ascenseur.

(3) Moteur

Le fonctionnement du moteur lui-même consomme une certaine quantité d'énergie électrique. Selon la formule de dissipation thermique du moteur Q=I²Rt, la chaleur dégagée lors de son fonctionnement est proportionnelle au carré du courant. Le moteur électrique présente le courant le plus élevé lors des phases de démarrage et de freinage. Or, l'ascenseur, en tant que moyen de transport vertical, effectue fréquemment ces manœuvres, ce qui génère une quantité importante de chaleur.

Température élevée dans la salle des machines de l'ascenseur

Effets sur le fonctionnement normal

1. Impact sur le système de commande électrique

(1) Une température élevée est susceptible de provoquer des anomalies dans le programme de la carte de commande du micro-ordinateur

Les dispositifs électroniques de la carte de commande à microprocesseur ou de l'automate programmable effectuent une commande logique par comparaison des valeurs de tension et de courant et répondent à l'exécution d'instructions externes. En raison des caractéristiques thermiques des matériaux de ces dispositifs, à une température supérieure à la température admissible, leur raisonnement logique sera erroné et la carte de commande à microprocesseur deviendra instable.

(2) Les températures élevées endommagent facilement les composants électroniques

(a) Onduleur

Le taux de défaillance de l'onduleur augmente de façon exponentielle avec l'élévation de la température, et sa durée de vie diminue de façon exponentielle avec l'élévation de la température ; la durée de vie de l'onduleur est réduite de moitié lorsque la température ambiante augmente de 10 °C.

Lorsque la température ambiante dépasse la température admissible, les paramètres de l'onduleur, notamment les temps d'ouverture et de fermeture, se modifient. Il en résulte une alternance : un appareil est sous tension tandis que l'autre n'est pas encore prêt à se fermer, provoquant un court-circuit entre les appareils supérieur et inférieur d'un même bras de pont. Ce court-circuit endommage instantanément l'onduleur, qui devient alors inopérant. Parallèlement, les performances d'isolation de l'onduleur sont fortement réduites, ce qui peut l'endommager et entraîner une panne de l'ascenseur.

(b) Résistance de freinage

Lorsque la température ambiante est trop élevée, la résistance de frein risque de dissiper la chaleur trop longtemps. Si l'ascenseur fonctionne fréquemment, la chaleur s'accumule dans la résistance, ce qui peut entraîner des dommages dus à une surchauffe et même provoquer un incendie ou d'autres accidents.

(c) Autres composants électroniques

Les contacteurs, relais et transformateurs, composants électroniques en fonctionnement, subissent des pertes dues au courant traversant les conducteurs et les bobines, ainsi qu'à la résistance. Dans les circuits à courant alternatif, l'action électromagnétique alternative génère des courants de Foucault et des pertes par hystérésis au niveau de l'aimant. Ces pertes sont presque entièrement converties en énergie thermique, partiellement dissipée dans l'environnement et partiellement conservée dans l'appareil, ce qui entraîne une élévation de sa température. Si la température ambiante est trop élevée, la dissipation thermique des composants électroniques est insuffisante, ce qui réduit considérablement leur fiabilité et leur durée de vie, voire les endommage. Les statistiques montrent qu'une augmentation de température de 2 °C entraîne une diminution de 10 % de la fiabilité des composants électroniques. En revanche, une augmentation de température de 50 °C ne réduit leur durée de vie que d'un sixième par rapport à une augmentation de 25 °C.

2. L'impact sur le système mécanique

Le système mécanique de la salle des machines de l'ascenseur est principalement constitué de la machine de traction, généralement composée d'un moteur, d'un frein, d'un réducteur, d'une roue de traction, d'une roue de guidage, d'un châssis, d'une roue de guidage à disque, etc.

(1) Effet sur le moteur de traction

Lorsque la température ambiante dépasse la température admissible de la salle des machines, la dissipation thermique du moteur de traction s'en trouve fortement affectée. Les démarrages et arrêts fréquents du moteur génèrent une importante chaleur, empêchant une évacuation rapide de la température élevée dans la salle des machines.

Bien que la conception structurelle du moteur soit soigneusement étudiée pour optimiser la dissipation thermique du noyau de fer du stator (par exemple, certains modèles sont conçus pour être supportés par des embouts, éliminant ainsi le besoin d'un bâti traditionnel et offrant une structure ouverte au noyau, ce qui améliore le refroidissement ; le réseau de canaux de ventilation autour des noyaux du stator et du rotor est renforcé ; la capacité de ventilation des orifices du pare-vent est augmentée, etc.), cette conception reste peu répandue. La plupart des moteurs sont équipés de ventilateurs de refroidissement, commandés par des interrupteurs thermiques situés à la surface du noyau du stator. Lorsque la température de surface du noyau atteint environ 60 °C, l'interrupteur thermique s'active et le ventilateur se met en marche pour assurer une ventilation et un refroidissement forcés. L'efficacité de ce refroidissement forcé est toutefois limitée par les températures élevées dans la salle des machines. Considérant que la température du moteur continue d'augmenter en cas d'insuffisance du refroidissement forcé, certains moteurs intègrent des thermistances dans chaque enroulement de phase. Lorsque la température du moteur atteint 155 °C, la résistance de la thermistance interne augmente brusquement et le relais de protection thermique du circuit de commande s'active, forçant l'ascenseur à changer de vitesse et à s'arrêter à l'étage le plus proche pour ouvrir la porte jusqu'à ce que le moteur refroidisse avant de redémarrer.

Bien que cette méthode puisse contribuer à protéger le moteur, les longues heures de fortes chaleurs estivales et les arrêts fréquents de l'ascenseur pour le protéger affectent sérieusement son fonctionnement et son utilisation normaux.

(2) Impact sur la boîte de vitesses

Le réducteur est composé d'une roue à vis sans fin et d'une roue dentée. Cette dernière est généralement fabriquée dans des matériaux à haute dureté et grande rigidité, le plus souvent en acier allié au nickel-chrome ou en acier allié au silicium-manganèse, mais aussi en acier au carbone forgé à une teneur en carbone de 0,4 % à 0,55 %. La surface de la roue à vis sans fin doit être trempée ou cémentée. La jante de la roue à vis sans fin est usinée en bronze phosphoreux, en bronze à l'étain ou en alliage cuivre-étain-nickel à faible coefficient de frottement. Comme le coefficient de dilatation thermique des différents matériaux est différent, et que celui de la roue à vis sans fin est environ la moitié de celui de la vis sans fin, lorsque la température de la salle des machines dépasse 40 °C, la chaleur ambiante et celle générée par la rotation et le frottement des pièces du réducteur s'additionnent. La température à l'intérieur du réducteur augmente alors, et cette température élevée et continue provoque la dilatation thermique des pièces, compromettant ainsi la précision de fabrication de la roue à vis sans fin. Il en résulte une réduction du jeu axial entre l'arbre de la turbine et l'arbre de la vis sans fin, une augmentation de la surface d'engrènement et du frottement, une usure accélérée et une dégradation importante du confort de l'ascenseur. Des bruits étranges peuvent également se produire, endommageant la roue à vis sans fin (par exemple, un grondement dans la salle des machines et des vibrations anormales dans la cabine). Dans le même temps, la température élevée et continue dans la boîte de vitesses réduira également la viscosité du lubrifiant, ce qui n'est pas propice à la formation d'un film lubrifiant et accélérera l'oxydation du lubrifiant, affectant ainsi l'effet lubrifiant de la vis sans fin et augmentant son usure.

Comment contrôler la température de la salle des machines

1. Structure du bâtiment

Il convient de réaliser un traitement d'isolation de la structure de maintenance de la salle des machines afin de réduire l'impact de la température extérieure sur les équipements intérieurs pendant les fortes chaleurs estivales. Cependant, il est impératif de ne pas négliger l'isolation de la structure de maintenance, sous prétexte qu'il s'agit d'une salle des machines, et de ne pas en réduire l'épaisseur.

2. Installer les équipements de ventilation et de refroidissement

En cas de ventilation naturelle, l'installation d'un système de ventilation est nécessaire pour maintenir la température de la salle serveur adéquate. La climatisation est également indispensable. Lors de l'installation d'un système de ventilation (par exemple, des extracteurs d'air), celui-ci doit être aligné avec les ouvertures de ventilation de la salle serveur (par exemple, des grilles d'aération), afin de favoriser la convection de l'air et ainsi contribuer à l'amélioration de la température ambiante.

3. Utilisation de dispositifs d'économie d'énergie

L'énergie thermique de la résistance de freinage dans l'armoire de commande est convertie en énergie électrique et stockée dans la batterie ou réinjectée dans le réseau électrique, éliminant ainsi la source de production de chaleur et contribuant aux économies d'énergie. En fonctionnement, l'ascenseur produit inévitablement de l'énergie. À vide, lors des mouvements de montée et de descente, le rotor du moteur est entraîné par des forces extérieures ou par l'inertie de la charge, ce qui augmente sa vitesse réelle au-delà de la vitesse de synchronisme de l'onduleur. L'énergie électrique ainsi produite est stockée dans le condensateur de filtrage de l'onduleur. Si cette énergie n'est pas consommée, la tension du bus CC augmentera rapidement et perturbera le fonctionnement normal de l'onduleur. La solution classique consiste à dissiper cette énergie en ajoutant un système de freinage ou une résistance, ce qui la transforme en chaleur et la dissipe. Ce dispositif d'économie d'énergie remplace le système de freinage et la résistance et réinjecte cette énergie dans le réseau, contribuant ainsi à des solutions écologiques et économes en énergie.

Le dispositif d'économie d'énergie est conçu pour détecter automatiquement la tension du bus CC de l'onduleur et la tension du réseau, et, via le processeur et l'onduleur, pour inverser la tension CC du bus CC de l'onduleur en tension CA de même fréquence et phase que la tension du réseau, et la connecter au réseau CA après plusieurs étapes de filtrage du bruit, afin de réaliser l'objectif de réinjection d'énergie dans le réseau.

4. Les unités d'utilisation et de maintenance devraient affecter du personnel dédié pour renforcer la gestion

Les services de maintenance doivent vérifier régulièrement le bon fonctionnement du système de refroidissement et procéder à des inspections régulières et minutieuses du fonctionnement des sources de chaleur (telles que les variateurs de fréquence, les résistances de freinage et les moteurs). Dans les stations comportant plusieurs ascenseurs, il est recommandé d'alterner leur fonctionnement pendant les fortes chaleurs estivales afin d'éviter de n'utiliser qu'un seul ascenseur, que ce soit pour des raisons de confort ou autres, ce qui augmente la charge de fonctionnement par temps chaud. De plus, chaque local technique d'ascenseur doit être équipé d'un extincteur.

En résumé : l’intelligence croissante des systèmes de commande d’ascenseur ne permet pas d’éliminer complètement les pannes, et la fréquence des défaillances due au vieillissement des ascenseurs au fil des ans demeure. Cependant, en analysant la structure du bâtiment, le système de commande électrique et le système mécanique de la salle des machines, et en prenant des mesures ciblées pour un contrôle efficace de chaque élément, il est possible de garantir que la température de la salle des machines reste dans une plage normale pendant les fortes chaleurs estivales. On peut ainsi éliminer ou réduire les pannes liées à la chaleur, assurant un fonctionnement sûr, stable et fiable de l’ascenseur et un meilleur service aux usagers.