Tại sao thang máy thường xuyên gặp sự cố vào mùa hè nóng bức? Nguyên nhân chủ yếu là do các bộ phận cốt lõi của thang máy thường được đặt ở tầng cao nhất của tòa nhà. Thời tiết nắng nóng khiến nhiệt độ phòng máy thang máy tăng cao, trong khi nhiệt độ môi trường làm việc giới hạn trên của thiết bị chỉ có thể ở mức khoảng 40 độ C. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng kiểm soát, hệ thống sẽ tự động ngừng hoạt động và xảy ra hiện tượng thang máy dừng đột ngột giữa chừng. Điều này ảnh hưởng đến hoạt động bình thường, ví dụ như thang máy đột ngột dừng và tắt máy khi đang hoạt động bình thường, thang máy không mở hoặc đóng cửa khi chạy đến khu vực cửa, thang máy không thể thay đổi tốc độ khi chạy đến khu vực cửa, v.v.
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về lý do tại sao nhiệt độ phòng máy lại ảnh hưởng lớn đến hoạt động bình thường của thang máy vào mùa hè. Hy vọng bài viết này có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về cách làm mát phòng máy thang máy hiệu quả và đảm bảo thang máy hoạt động bình thường!

Nguyên nhân gây tăng nhiệt độ phòng máy
1. Vị trí kết cấu của phòng máy

Hầu hết các phòng máy đều nằm trên tầng mái của tòa nhà, một số phòng là phòng chuyên dụng được nâng lên trên mái tòa nhà. Mái và bốn bức tường của phòng là lớp vỏ ngoài. Lớp vỏ ngoài còn được gọi là tường ngoài, và nhiệt độ của nó liên quan chặt chẽ với nhiệt độ nhà kính, do đó ảnh hưởng đến nhiệt độ bên trong.

Vào mùa hè nóng nực, khi nhiệt độ ngoài trời cao, nhiệt độ của lớp vỏ ngoài cũng cao, dẫn đến nhiệt độ bên trong phòng máy tăng lên. Đối với một phòng, tỷ lệ lớp vỏ ngoài chiếm phần lớn trong toàn bộ kết cấu bảo trì, thì ảnh hưởng của nhiệt độ bên ngoài đến nhiệt độ bên trong càng lớn, do đó vị trí của phòng máy chủ quyết định rằng phòng này chịu ảnh hưởng nhiều nhất bởi nhiệt độ môi trường và ánh nắng mặt trời vào mùa hè.

2. Nhiệt tỏa ra từ hệ thống điện

Các thành phần sinh nhiệt chính của hệ thống điện trong phòng máy là bộ biến tần, điện trở hãm và động cơ điện. Biến tần và động cơ tiêu thụ một phần năng lượng điện do hiệu suất riêng của chúng và giải phóng dưới dạng nhiệt; điện trở hãm tiêu thụ năng lượng điện được tạo ra từ quá trình tái tạo thang máy và giải phóng dưới dạng nhiệt. Cả hai phần nhiệt này đều được tỏa vào phòng máy, khiến nhiệt độ phòng tăng lên.

(1) Biến tần

Bộ biến tần bao gồm mạch chính và mạch điều khiển. Mạch chính là bộ phận trao đổi năng lượng của động cơ, cung cấp năng lượng điều chỉnh điện áp và tần số, bao gồm ba phần: bộ chỉnh lưu, mạch làm phẳng và biến tần. Linh kiện biến tần của biến tần, transistor lưỡng cực cổng cách điện (IGBT), là nguồn sinh nhiệt chính trong biến tần, và nhiệt sinh ra của IGBT chủ yếu tập trung tại thời điểm bật và tắt. Nhiệt sinh ra của IGBT chủ yếu tập trung tại thời điểm bật và tắt. Biến tần cho thang máy cần được khởi động thường xuyên, do đó sinh ra một lượng nhiệt lớn.

(2) Điện trở phanh

Bản thân điện trở phanh là bộ phận tiêu thụ năng lượng thành nhiệt. Ví dụ: khi thang máy không tải và di chuyển lên, đối trọng nặng hơn cabin, rotor của máy chính quay và cắt chuyển động của cuộn dây stato, tạo ra dòng điện từ trường tự phát, khiến động cơ chuyển từ trạng thái điện sang trạng thái phát điện. Năng lượng tái tạo này sẽ đi qua bộ hãm của biến tần và cuối cùng được điện trở hãm tiêu thụ dưới dạng nhiệt. Trong một thử nghiệm, hai bộ phận nâng chạy cùng tần số, một bộ phận sử dụng nguồn điện bên ngoài làm nguồn điện, bộ phận nâng sử dụng điện trở hãm để tạo ra năng lượng, bộ phận còn lại sử dụng nguồn điện bên ngoài và thiết bị phản hồi tiết kiệm điện, năng lượng từ thiết bị phản hồi tiết kiệm điện do bộ phận nâng tạo ra năng lượng tái tạo. Sau một khoảng thời gian hoạt động, mức tiêu thụ điện năng bên ngoài thấp hơn bộ phận còn lại 35%. Điều này cho thấy lượng nhiệt tỏa ra từ điện trở hãm, chiếm khoảng 1/3 mức tiêu thụ điện năng của thang máy.

(3) Động cơ

Bản thân hoạt động của động cơ có một lượng điện năng tiêu thụ nhất định. Theo công thức nhiệt động cơ Q=I²Rt, nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình hoạt động của động cơ tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện. Động cơ điện có dòng điện cao nhất trong quá trình khởi động và phanh, và thang máy, là phương tiện vận chuyển thẳng đứng, phải khởi động và phanh thường xuyên, điều này sẽ tạo ra một lượng nhiệt lớn.

Nhiệt độ cao trong phòng máy của thang máy

Ảnh hưởng đến hoạt động bình thường

1. Ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển điện

(1) Nhiệt độ cao có thể gây ra bất thường trong chương trình của bo mạch điều khiển vi máy tính

Các thiết bị điện tử trên bo mạch điều khiển vi máy tính hoặc PLC thực hiện điều khiển logic thông qua việc so sánh kích thước điện áp và dòng điện và phản hồi việc thực hiện các lệnh bên ngoài. Do đặc tính nhiệt độ vật liệu của các thiết bị điện tử, ở nhiệt độ cao hơn mức cho phép, phán đoán logic của các thiết bị điện tử sẽ bị sai và bo mạch điều khiển vi máy tính sẽ không ổn định.

(2) Nhiệt độ cao dễ làm hỏng linh kiện điện tử

(a) Biến tần

Tỷ lệ hỏng hóc của biến tần tăng theo cấp số nhân khi nhiệt độ tăng, tuổi thọ giảm theo cấp số nhân khi nhiệt độ tăng, và tuổi thọ của biến tần giảm một nửa khi nhiệt độ môi trường tăng 10°C.

Khi nhiệt độ môi trường vượt quá nhiệt độ cho phép, các thông số của biến tần trong mạch biến tần sẽ thay đổi về thời gian mở và thời gian đóng, dẫn đến quá trình luân phiên, một thiết bị đã bật trong khi thiết bị kia chưa sẵn sàng đóng, gây ra hiện tượng “chảy thẳng” giữa các thiết bị trên và dưới của cùng một cần cầu, khiến bộ phận này bị hỏng ngay lập tức và biến tần không thể hoạt động bình thường. Đồng thời, hiệu suất cách điện của biến tần sẽ giảm đáng kể do nhiệt độ, dễ dẫn đến hư hỏng biến tần, dẫn đến hỏng thang máy.

(b) Điện trở phanh

Khi nhiệt độ môi trường quá cao, điện trở phanh dễ bị tản nhiệt quá lâu. Nếu thang máy hoạt động thường xuyên, nhiệt độ của điện trở phanh tích tụ nhiều lần, cuối cùng dẫn đến hư hỏng do nhiệt độ điện trở phanh cao, thậm chí gây ra hỏa hoạn và các tai nạn an toàn khác.

(c) Các linh kiện điện tử khác

Công tắc tơ, rơle, máy biến áp, các linh kiện điện tử này khi hoạt động, do dòng điện chạy qua dây dẫn và cuộn dây và tổn thất điện trở; do mạch điện xoay chiều, dòng điện xoáy và tổn thất trễ trong nam châm sinh ra. Tất cả những tổn thất này hầu như được chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng, một phần bị tản ra môi trường xung quanh và một phần bị giữ lại trong thiết bị, khiến nhiệt độ thiết bị tăng cao. Lúc này, nếu nhiệt độ môi trường quá cao, khả năng tản nhiệt của linh kiện điện tử kém, một mặt sẽ làm giảm đáng kể độ tin cậy của linh kiện điện tử; mặt khác là làm giảm tuổi thọ của linh kiện điện tử, thậm chí gây hư hỏng linh kiện điện tử. Thống kê cho thấy nhiệt độ của linh kiện điện tử cứ tăng 2°C thì độ tin cậy giảm 10%, nhiệt độ tăng 50°C trong khi tuổi thọ tăng 25°C chỉ bằng 1/6.

2. Ảnh hưởng đến hệ thống cơ khí

Hệ thống cơ khí của phòng máy thang máy chủ yếu là máy kéo, thường bao gồm động cơ, phanh, hộp số, bánh xe kéo, bánh dẫn hướng, khung, bánh lái đĩa, v.v.

(1) Ảnh hưởng đến động cơ kéo

Khi nhiệt độ môi trường vượt quá nhiệt độ cho phép của phòng máy, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng tản nhiệt của động cơ kéo. Do động cơ khởi động và phanh thường xuyên, bản thân động cơ sẽ tỏa ra rất nhiều nhiệt, và nhiệt độ cao của phòng máy không thể được khắc phục kịp thời.

Mặc dù thiết kế kết cấu của động cơ đã được tính toán kỹ lưỡng để tăng cường khả năng tản nhiệt của lõi sắt stato. Ví dụ, một số sản phẩm được thiết kế để được hỗ trợ bởi các nắp đầu cuối, loại bỏ nhu cầu về đế máy truyền thống, biến lõi thành một cấu trúc mở và tăng cường hiệu quả làm mát; tăng cường sự sắp xếp các kênh thông gió xung quanh lõi stato và rôto; tăng khả năng thông gió của các lỗ chắn gió, v.v., nhưng cấu trúc này ít được sử dụng trong động cơ. Hầu hết chúng đều được trang bị quạt làm mát, được điều khiển bởi các công tắc nhiệt nằm trên bề mặt lõi stato. Khi nhiệt độ bề mặt lõi đạt khoảng 60°C, công tắc nhiệt được kích hoạt và quạt được kết nối với động cơ kéo để thông gió cưỡng bức và làm mát. Hiệu quả làm mát của làm mát cưỡng bức không rõ ràng trong trường hợp nhiệt độ cao trong phòng máy. Do nhiệt độ động cơ sẽ tiếp tục tăng khi làm mát cưỡng bức không hạ nhiệt, một số sản phẩm động cơ có các nhiệt điện trở được chôn trong mỗi cuộn dây pha. Khi nhiệt độ động cơ tăng lên 155°C, điện trở của nhiệt điện trở bên trong tăng mạnh và rơle bảo vệ nhiệt trong mạch điều khiển được kích hoạt, buộc thang máy phải thay đổi tốc độ và dừng lại ở trạm tầng gần nhất để mở cửa cho đến khi động cơ nguội đi trước khi khởi động lại hoạt động.

Mặc dù phương pháp này có thể đóng vai trò bảo vệ động cơ, nhưng thời tiết nắng nóng kéo dài vào mùa hè và việc dừng thang máy thường xuyên để bảo vệ sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động và sử dụng bình thường của thang máy.

(2) Ảnh hưởng đến hộp số

Hộp số được cấu tạo bởi bánh vít và bánh răng trục vít. Bánh vít thường được chế tạo bằng vật liệu có độ cứng cao và độ cứng tốt, phần lớn được làm bằng thép hợp kim niken-crom hoặc thép hợp kim silic-mangan, cũng như thép cacbon được rèn với hàm lượng cacbon từ 0,4%-0,55%, bề mặt trục vít phải được tôi cứng bằng cách tôi hoặc thấm cacbon. Vành bánh vít được chế tạo bằng hợp kim đồng phốt pho, đồng thiếc hoặc đồng-thiếc-niken với hệ số ma sát thấp thông qua gia công. Do hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu khác nhau là khác nhau và hệ số giãn nở nhiệt của bánh vít chỉ bằng khoảng 1/2 hệ số giãn nở nhiệt của bánh vít, khi nhiệt độ phòng máy cao hơn 40℃, nhiệt trong không khí và nhiệt sinh ra do chuyển động quay và ma sát của các bộ phận trong hộp số, cả hai kết hợp lại, nhiệt độ trong hộp số sẽ cao hơn và nhiệt độ cao liên tục sẽ gây ra sự giãn nở nhiệt của các bộ phận, do đó phá hủy độ chính xác của việc sản xuất bánh vít trong hộp số. Điều này sẽ làm giảm khe hở dọc trục của trục tuabin và trục vít, tăng bề mặt ăn khớp, tăng ma sát của bề mặt ma sát, tăng tốc độ hao mòn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự thoải mái của thang máy, cũng như tạo ra tiếng ồn lạ và làm hỏng bánh vít (ví dụ: khi đi thang máy, bạn sẽ nghe thấy tiếng ầm ầm trong phòng máy thang máy và sẽ có rung động bất thường trong cabin). Đồng thời, nhiệt độ cao liên tục trong hộp số cũng sẽ làm giảm độ nhớt của chất bôi trơn, không có lợi cho việc tạo màng bôi trơn và sẽ đẩy nhanh quá trình oxy hóa chất bôi trơn, ảnh hưởng đến hiệu quả bôi trơn của bánh răng trục vít và làm tăng độ mài mòn của nó.

Cách kiểm soát nhiệt độ phòng máy

1. Kết cấu tòa nhà

Phòng máy nâng cần được xử lý cách nhiệt kết cấu bảo trì, giảm tác động của nhiệt độ ngoài trời lên thiết bị trong nhà vào mùa hè nóng bức, đồng thời không thể vì phòng máy mà bỏ qua kết cấu bảo trì, giảm độ dày của kết cấu bảo trì.

2. Lắp đặt thiết bị thông gió và làm mát

Trong điều kiện thông gió tự nhiên, việc lắp đặt thiết bị thông gió để đáp ứng yêu cầu về nhiệt độ của phòng máy chủ, cần lắp đặt điều hòa không khí. Khi lắp đặt thiết bị thông gió (ví dụ: quạt hút), cần tương ứng với các lỗ thông gió trong phòng máy chủ (ví dụ: cửa chớp), tạo ra sự đối lưu không khí, từ đó phục vụ mục đích cải thiện nhiệt độ môi trường xung quanh phòng máy chủ.

3. Sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng

Năng lượng nhiệt của điện trở hãm trong tủ điều khiển được chuyển đổi thành năng lượng điện và được lưu trữ trong pin hoặc đưa trở lại lưới điện, giúp loại bỏ nguồn nhiệt sinh ra và cũng đóng vai trò tiết kiệm năng lượng. Khi thang máy hoạt động, quá trình phát điện của thang máy không thể tránh khỏi. Khi thang máy không tải và chuyển động lên xuống, rotor của động cơ bị kéo bởi ngoại lực hoặc bản thân tải được duy trì bởi quán tính quay, khiến tốc độ thực tế của động cơ lớn hơn tốc độ đồng bộ của đầu ra biến tần. Lúc này, động cơ đang ở trạng thái phát điện, năng lượng điện do động cơ phát ra sẽ được lưu trữ trong tụ lọc bên trong biến tần. Nếu nguồn điện này không được tiêu thụ, điện áp DC bus sẽ tăng nhanh và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của biến tần. Cách thông thường để xử lý năng lượng này là bổ sung bộ hãm hoặc điện trở hãm, giúp biến năng lượng này thành nhiệt và lãng phí. Thiết bị tiết kiệm năng lượng có thể thay thế bộ hãm và điện trở hãm, đồng thời đưa năng lượng này trở lại lưới điện, đạt được mục tiêu xanh, thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Thiết bị tiết kiệm năng lượng được thiết kế để tự động phát hiện điện áp bus DC của biến tần và điện áp lưới, thông qua bộ xử lý và biến tần để đảo ngược điện áp DC của liên kết DC trong biến tần thành điện áp AC có cùng tần số và pha với điện áp lưới, và kết nối nó với lưới AC sau nhiều liên kết lọc nhiễu, để đạt được mục đích đưa năng lượng trở lại lưới.

4. Đơn vị sử dụng và đơn vị bảo trì nên bố trí nhân sự chuyên trách để tăng cường quản lý.

Đơn vị bảo trì nên thường xuyên kiểm tra xem thiết bị làm mát có hoạt động bình thường không và thường xuyên kiểm tra cẩn thận hoạt động của các nguồn sinh nhiệt (như bộ biến tần, điện trở phanh và động cơ). Đối với các đơn vị sử dụng nhiều thang máy, nên luân phiên vận hành trong thời tiết mùa hè nóng bức để tránh việc chỉ sử dụng một thang máy vì lý do thuận tiện cho việc di chuyển hoặc vì lý do khác, làm tăng gánh nặng vận hành thang máy trong thời tiết nóng bức. Ngoài ra, đơn vị sử dụng nên trang bị bình chữa cháy cho mỗi phòng máy thang máy.

Tóm lại: mức độ thông minh ngày càng tăng của hệ thống điều khiển thang máy không hoàn toàn loại bỏ được các sự cố thang máy, và xu hướng hỏng hóc thường xuyên do tuổi thọ của thang máy qua từng năm sẽ không thay đổi. Tuy nhiên, bằng cách thảo luận và phân tích kết cấu tòa nhà, hệ thống điều khiển điện và hệ thống cơ khí của phòng máy thang máy, đồng thời thực hiện các biện pháp cụ thể để kiểm soát hiệu quả từng liên kết, chúng tôi có thể đảm bảo nhiệt độ phòng máy của thang máy nằm trong phạm vi bình thường trong thời tiết nóng bức của mùa hè, và cuối cùng loại bỏ hoặc giảm thiểu các sự cố khác nhau do nhiệt độ cao gây ra, để đảm bảo thang máy hoạt động trong môi trường an toàn, ổn định và đáng tin cậy, phục vụ người dùng tốt hơn.