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1、机房温度对电梯电子元器件的影响综述I栏fdm目,m责,r蝙,7.柰机房温度对电梯电子元器件的影TheElevatorMachileRoomil08.r=)ntheEleconicElements响ofLifts电梯作为与人民生活密切相关的特种设备,在夏季高温天气里容易出现各种各样的异常与故障,给广大用户的生活带来了种种不便.作为与电梯接触较多的人群,我们电梯检验员对此深有体会.在检验现场,经常会遇到电梯因故障而不能运行,住户不得不步行上十几层楼甚至几十层楼的情况,其辛苦可想而知.而电梯维保单位和维保人员对此也是叫苦不迭坏了修,修了又坏,辛苦劳累不说,还常常遭到用户的抱怨和投诉.而究其原因,大多
2、数是因为电梯的电气系统出现了问题主板元件损坏,变频器保护等等.而这些问题,大多与机房温度过高致使各种电子元器件无法正常工作有关.1电梯机房内电子元器件的温度特性对于有机房电梯,电梯曳引机和控制柜都安装在机房内.可以说,电梯的心脏和大脑都位于机房内.机房的环境,尤其是机房的温度,关系着电梯能否正常运行.通常电梯曳引机用电动机的绝缘等级为F级,在正常情况下机房的温度不会影响其正常工作;接触器,继电器以及安全回路使用的安全触点(开关)等部件的工作温度范围较大,受机房温度的影响也极小;而受温度影响最大的部件是电子元器件,尤其是对温度十分敏感的半导体元器件.我们知道,电子元器件只有在一定的温度范围内才能
3、持续地正常工作,这个温度范围称为许用温度范围.而一旦电子元器件的实际温度超出此范围,将不能正常工作,甚至会导致失效和损毁.电子元器件的实际温度与其周围的环境温度密切相关,当环境温度较高时,电刘祺,安徽省特种设备检测院44ChinaElevatorVol22No13Jul2011刘祺子元器件的性能,如实际功率的允许值,工作的可靠性都会降低.通常根据电子元器件的许用温度范围将元件划分为各种等级.例如,通常将半导体器件(晶体管和集成电路)划分为为3个等级:军品级为一55+125,工业品级为40+85,民用品级为0+75.这样划分主要是根据对器件的可靠性要求,同时也兼顾器件的成本.对于同一型号的器件而
4、言,军品级的生产成本是民用品级的几倍甚至几十倍.在实际的产品中,为了控制成本,通常是选用能够满足要求的最低等级,这就要求对电子元器件工作时的环境温度予以控制.举例来说,在家用电器中,使用民用品级的器牛没有任何问题,因为室内温度通常不会超过35.但:在高温车间中,民用品级的器件就无法满足要求了.通常而言,电梯使用的电子元器件在机房正常的环境温度内(即540的范围内)能够可靠工作.然而在实际情况中,有很多电梯的机房温度并:不能满足上述规定.尤其是在夏季,很多电梯机房的温度远远高于40.当机房的温度超过规定值时,就很难保证电子元器件能否可靠地工作了.2机房温度对电梯电子元器件影响的理论分析下面,笔者
5、就机房温度对电梯电子元器件的影响进行进一步的分析.首先,我们最需要关注的就是电梯的.大脑控制柜内的电梯控制系统.在使用继电器和接触器控制电梯的时代,机房的温度几乎对电梯的正常运行没有任何影响,因为继电器和接触器对温度不敏感.除非发生火灾,否则机房内可能达到的温度远远不足以使继电器和接触器发生故障和失效.而现代电梯大多数是采用主控制板(MCU)来进行控制的,主控制板又是由许多电子元器件所组成的,这其中有很多元器件对环境温度和散热条件要求很高,例如微处理器,功率晶体管等半导体器件以及电解电容器等元件.当环境温度与元器件温升之和达到或超过元器件的最高使用温度后,电子元器件将无法可靠地工作,各种故障和
6、问题也将随之而来.随着集成度,工作频率和功率的提高,集成电路和晶体管自身的温升在不断提高,对散热条件的要求也不断提高,从自然冷却到强制风冷,甚至需要采用水冷.但是在我们日常检验中看到的主控板上,大多数集成电路和晶体管没有使用散热片,只是依靠控制柜上的轴流风扇对整个主控板进行风冷.这样的散热方式,可能在机房温度不超过40C时是有效的.问题是在炎热的夏季,在一个没有空调,通风不良的机房内,环境温度超过40C是十分正常的,甚至某些机房的温度能够达到50以上.在这种温度下,风冷的效果可想而知,而由元器件温度过高引起各种各样的电梯故障也就不足为奇了.在电梯的电力拖动系统中,变频器是一个重要的部件,而其中
7、的功率模块(IGBT模块)既是核心器件,又是容易因为过热而发生故障(保护)的器件.IGBT模块本身具有完善的过电压,过电流和过热保护功能.但是,IGBT模块的自我保护也意味着变频器停止工作,电梯停止运行.另一方面,即使模块本身正常工作,但是变频器的控制板因温度过高而不能正常工作,也会使变频器发生故障.现有变频器内功率模块的散热大多是强制风冷散热,风冷散热的效果取决于风扇输入的空气流的流量,热源与空气流的温差.当机房环境温度过高,通风不良时,风冷散热的效果明显变差,功率模块产生的热量不断积聚,致使其本身和控制板温度升高,最终导致变频器因过热保护而停止工作.我们在检验现场遇到的变频器故障大多是由于
8、模块或控制板的过热保护造成的.遇到这种情况,维保人员需要先解救电梯内的被困乘客(此时,即使电梯具有紧急电动或平层功能也无法实现,只有通过手动盘车或松闸慢速移动轿厢来解救被困乘客),然后等待模块或控制板的冷却后,通过某些操作重置变频器,清除故障后才能使电梯恢复正常状态.这个过程既费时又费力,如果能降低机房环境温度,可以在很大程度上避免这种情况的发生.变频器中的另一种重要元件电解电容器受环境温度的影响也很大.电解电容器的使用寿命与环境温度密切相关,当纹波电流一定时(如额定纹波电流),环境温度越高,电解电容器的使用寿命就越短.如果环境温度过高,超过了电解电容器的最高额定温度,将会使电解电容器中的电解
9、液沸腾产生过压,造成电解液泄露,使电解电容器永久性损坏.因此电解电容器的使用温度绝对不可超过额定温度.额定最高温度为85的电解电容器在85的环境温度条件下寿命为1000h;环境温度降fj60,则寿命可以延长到约10000h;当环境温度降低到40,则寿命可达约80000h.虽然,由于电解电容器损坏而直接导致的电梯故障很少,但其使用寿命的缩短最终会导致故障的发生.如果不能有效地降低电解电容器的工作温度,经历一个夏季的高温使用后,电解电容器即可能失效.根据空气动力学原理,电梯控制柜内装有风扇的,其风向必须一致,以便形成一个风道,将箱体内的热量带走,从而起到散热的目的.很多维保人员为了降低控制柜内的温
10、度,将控制柜柜门打开或取下,以为这样可以加强通风,提高散热效果.殊不知,这样做会改变甚至破坏原有的风道,不仅不能提高散热效果,反而会使某些区域的通风条件恶化,造成这一区域的元器件温度过高,进而导致各种故障的发生.因此,降低环境温度和加强散热对于电梯控制系统乃至整个电梯系统的正常工作具有十分重要的意义.3机房温度对电梯电子元器件温度影响的实验为了更好地了解机房温度对电梯电子元器件的影响,我们在某小区的电梯机房内,实地测量了在通风条件良好和通风不良两种情况下,电梯控制柜内部分电气和电子元件的表面温度.在机房门和窗提前全部打开的情况下,测量各检测目标的温度.再关闭机房门和窗,等待电梯正常运行0,5h
11、中国电梯2011年7月第22卷第1aN45综述I脯编蕾B乐后,对相同检测目标的温度进行测量.所用仪器为Fluke63型手持式红外温度计(注:变频器风扇出口气流温度的测量采用水银温度计),第1次测量时的环境温度为37.FC,第2次测量时的环境温度为37.7.测量数据见表1.表1不同通风条件下各电子元件的表面温度检测目标主板上的大规模集成电路(无散热器)功率晶体管和集成电路的散热片大功率固定电阻器变频器外壳(塑料)变频器风扇出口气流电解电容器制动电阻第1次测量温度/C第2次测量温度/从表1数据可以发现,在机房温度较高且通风不良的情况下,当环境温度上升0.6时,主板上无散热器的大规模集威电路温度上升
12、了7.3,有散热片的功率晶体管和集成电路温度上升了2.8,而变频器风扇出口气流温度上升了6.8,可以推测变频器模块的温升更高.值(上接第43页)在电梯局域网络中,移动IPv6家乡代理通常由局域网网络中的网关来担任.在移动中使用IPv6的无线网络方案,增加了许多适于解决移动问题的新特性,如地址自动分配及对上层应用程序的透明性等.(5)能由价格低廉,稳定可靠的Linux操作系统支持.嵌入式元件是网络电梯的核心,嵌入式Linux操作系统以价格低廉,稳定可靠,功能强大和移植性强而被广泛应用.Linux本身内置网络支持,支持所有的标准互联网协议,也是所有操作系统中最先支持IPv6的.利用IPv6的网络协
13、议栈开发成为嵌入式的TCP/IP网络协议栈,可用于支持网络电梯的网络功能,几乎所有的网络协议和网络接口都可以在Linux中找到.Linux是源代码开放的操作系统,Linux可以高效地处理网络协议,并能方便地得到内核的接口和源码.Linux具有许多实时商业操作系统所不具备的检查和修复文件系统功能,对于通过网络进行信息通讯管理的电梯系统尤为重要.得注意的是,变频器的塑料外壳的温度仅上升了1.2oC,这说明变频器的外壳导热性能较差,不利于内部热量的散逸,这对变频器模块和控制板的散热不利为了避免元器件温度过高引起故障甚至损坏电梯设备.我们随即终止了实验.可以预见,随着时间的推移,机房温度将继续升高,而
14、上述元器件在散热条件不良的情况下继续工作,其温度必然会以更快的速度上升.在最终达到热平衡状态时,元器件的温度可能会大幅度超过其=用温度.4结语综上所述,电梯机房温度对电梯电子元器件的正常工作具有重要的影响,并直接关系到整个电梯系统的稳定运行.因此,控制机房温度,确保电梯电=产元器件在正常温度范围内工作,对于保证电梯的正常运行,延长电梯设备的使用寿命具有重要的意义.应用中还有很多工作要做.对于电梯生产厂家,应根据运营商的业务需求和网络业务现状,尽早开发出符合市场需求的网络电梯,使这些业务能充分发挥IPv6协议的新特性.对于ISP,还需要提供具有更多功能的网关,如DHcPv6服务器,域名服务器,路
15、由功能以及防火墙功能等,并具有多层转发功能及能提供各种各样的接口.目前,由于IPv4的广泛应用基础,我国的互联网络处于IPv6与IPv4共存阶段,二者通过隧道技术连接.IPv6协议不需要上层协议的支持,就可以直接实现地址的自动分配,大大简化了终端设备的网络配置工作,省去了非专业人士上网时繁琐的设置,海量的地址空问可使所有设备永远在线.IPv6还具有很好的兼容性,各种设备只要符合IPv6协议,均可以容纳进来,为各类设备与互联网的联接提供了良好的平台,将极大地推进设备网络信息化管理进程.参考文献2结语1蒋炼,戴瑜兴IP6在智能建筑中的发展和应用J低压以上系1Pv6在网络电梯中的应用构想,然而在实际电器,soo5(11)46f,a一0a+_1r0【l,jl
