TCTM – Phòng máy được xem là “trái tim” của toàn bộ hệ thống thang máy. Vào những thời điểm nắng nóng cực đoạn của mùa hè, nhiệt độ phòng máy thang máy có thể tăng vượt ngưỡng tiêu chuẩn, tiềm ẩn nhiều vấn đề nghiêm trọng.
Như đã đề cập trong bài “Yếu tố nào khiến nhiệt độ phòng máy tăng cao?”, có hai yếu tố chính có thể khiến nhiệt độ phòng máy tăng cao gồm: nhiệt độ môi trường bên trong phòng máy (phụ thuộc vào vị trí phòng máy, kết cấu tòa nhà) và lượng nhiệt tỏa ra bởi thiết bị.
Khi nhiệt độ phòng máy vượt ngưỡng từ 5°C đến 40°C theo tiêu chuẩn (hoặc do khuyến cáo của nhà sản xuất), sẽ gây ra những ảnh hưởng tiêu cực tới hoạt động của hệ thống thang máy.
Các thiết bị điện tử trên bo mạch điều khiển vi xử lý hoặc PLC thực hiện chức năng điều khiển logic thông qua việc so sánh mức điện áp và dòng điện, từ đó phản hồi theo các lệnh điều khiển bên ngoài. Tuy nhiên, do đặc tính vật liệu của các linh kiện điện tử, khi nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép, khả năng phán đoán logic của các linh kiện này sẽ bị sai lệch, dẫn đến tình trạng hoạt động không ổn định của bo mạch điều khiển vi xử lý.
Tủ điện báo quá nhiệt khiến thang máy tự động dừng hoạt động
Tỷ lệ hỏng hóc của biến tần gia tăng khi nhiệt độ môi trường tăng lên, đồng thời tuổi thọ của thiết bị này cũng sẽ giảm theo. Khi nhiệt độ tăng 10°C, tuổi thọ của biến tần sẽ giảm đi một nửa, do đó phải giải quyết vấn đề môi trường xung quanh và vấn đề tản nhiệt của biến tần.
Khi nhiệt độ môi trường vượt quá giới hạn cho phép, các thông số làm việc trong mạch biến tần – đặc biệt là thời gian đóng và mở của các linh kiện bán dẫn – sẽ bị thay đổi. Điều này khiến quá trình chuyển mạch trở nên không đồng bộ: một linh kiện phía trên đã dẫn dòng trong khi linh kiện phía dưới chưa kịp ngắt, dẫn đến hiện tượng đoản mạch giữa hai linh kiện ở cùng một nhánh cầu (bridge arm), dẫn đến hư hỏng biến tần và khiến biến tần ngừng hoạt động.
Ngoài ra, khi nhiệt độ tăng cao, khả năng cách điện của các vật liệu bên trong biến tần cũng giảm mạnh, làm tăng nguy cơ phóng điện, cháy nổ và gây sự cố nghiêm trọng cho hệ thống thang máy.
Khi nhiệt độ môi trường quá cao, điện trở xả sẽ khó tản nhiệt hiệu quả. Trong trường hợp thang máy hoạt động thường xuyên, điện trở xả phải liên tục tiêu tán năng lượng tái sinh dưới dạng nhiệt, dẫn đến hiện tượng tích tụ nhiệt nhiều lần.
Nếu không được làm mát kịp thời, nhiệt độ của điện trở xả có thể tăng vượt mức cho phép, gây hư hỏng điện trở và thậm chí có thể dẫn đến cháy nổ hoặc các sự cố mất an toàn khác.
Điện trở xả lắp cho biến tần trong tủ điện
Các thiết bị như khởi động từ (contactors), rơ-le (relays), máy biến áp (transformers), trong quá trình hoạt động đều sinh nhiệt. Nhiệt này đến từ nhiều nguyên nhân:
– Do tổn thất điện trở: Dòng điện chạy qua dây dẫn và cuộn dây bên trong các linh kiện này sẽ gặp phải điện trở, gây ra sự hao phí năng lượng và chuyển hóa thành nhiệt.
– Do tổn thất trong mạch AC: Trong các mạch điện xoay chiều (AC), từ trường biến thiên sẽ tạo ra các dòng điện xoáy (eddy current) và gây ra tổn hao từ trễ (hysteresis losses) trong lõi nam châm của linh kiện. Các tổn thất này cũng biến thành nhiệt.
Tất cả những phần năng lượng bị hao phí này hầu hết đều được chuyển thành năng lượng nhiệt. Một phần nhiệt sẽ tản ra môi trường xung quanh, nhưng một phần đáng kể sẽ bị giữ lại bên trong linh kiện, làm cho nhiệt độ của chính linh kiện đó tăng lên.
Trong điều kiện này, nếu nhiệt độ môi trường xung quanh (như nhiệt độ phòng máy) quá cao, các linh kiện điện tử sẽ khó tản nhiệt hiệu quả. Điều này dẫn đến hai hậu quả nghiêm trọng:
– Độ tin cậy của linh kiện giảm đáng kể: Linh kiện, thiết bị sẽ dễ hoạt động sai hoặc không ổn định.
– Tuổi thọ của linh kiện bị rút ngắn, thậm chí có thể gây hư hỏng thiết bị.
Thống kê cho thấy, cứ mỗi 2℃ nhiệt độ của linh kiện điện tử tăng lên, độ tin cậy của chúng sẽ giảm 10%. Đặc biệt, nếu nhiệt độ tăng đến 50℃, tuổi thọ của linh kiện chỉ còn bằng 1/6 so với khi nhiệt độ tăng 25℃.
Hệ thống cơ khí trong phòng máy thang máy chủ yếu là máy kéo (traction machine), thường bao gồm các bộ phận như: động cơ, phanh (thắng), hộp số, puly kéo, puly dẫn hướng, khung đỡ, puly đỡ cáp, v.v.
Khi nhiệt độ môi trường trong phòng máy vượt quá mức cho phép, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng tản nhiệt của động cơ kéo. Do động cơ phải hoạt động với tần suất cao, thường xuyên khởi động và phanh, bản thân động cơ sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn, trong khi nhiệt độ cao trong phòng máy lại không được loại bỏ kịp thời.
Mặc dù thiết kế kết cấu của động cơ đã được tính toán kỹ lưỡng nhằm tăng cường khả năng tản nhiệt cho lõi thép stato. Ví dụ như một số sản phẩm được thiết kế để đỡ bởi các nắp đầu trục, loại bỏ phần đế truyền thống, giúp lõi thép có cấu trúc mở, tăng cường hiệu quả làm mát; tăng cường bố trí các kênh thông gió quanh lõi stato và rôto;… tuy nhiên, cấu trúc này ít được áp dụng rộng rãi trên các loại động cơ.
Hầu hết các động cơ đều được trang bị quạt làm mát, được điều khiển bởi các công tắc nhiệt đặt trên bề mặt lõi stato. Khi nhiệt độ bề mặt lõi đạt khoảng 60°C, cảm biến nhiệt sẽ kích hoạt và quạt sẽ được kết nối với động cơ kéo để thông gió và làm mát cưỡng bức. Tuy nhiên, hiệu quả làm mát cưỡng bức này không rõ rệt trong trường hợp nhiệt độ phòng máy đã quá cao.
Do đó, nhiệt độ động cơ vẫn tiếp tục tăng lên nếu làm mát cưỡng bức không đủ hiệu quả. Một số loại động cơ được trang bị thêm cảm biến nhiệt điện trở (thermistor) đặt trong mỗi cuộn dây của động cơ – nơi sinh nhiệt nhiều nhất.
Khi nhiệt độ cuộn dây của động cơ đạt tới 155°C (đây là mức nhiệt độ tối đa mà một số loại động cơ được xếp loại lớp F (F-class) có thể chịu đựng được), cảm biến nhiệt điện trở sẽ kích hoạt rơ-le bảo vệ nhiệt trong mạch điều khiển, buộc thang máy phải giảm tốc độ và dừng lại tại tầng gần nhất để mở cửa. Thang máy sẽ chỉ hoạt động trở lại sau khi động cơ trở về nhiệt độ bình thường.
Mặc dù phương pháp này giúp bảo vệ động cơ, nhưng việc thang máy phải dừng nhiều lần trong điều kiện thời tiết nóng kéo dài vào mùa hè sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến vận hành bình thường và trải nghiệm sử dụng của người dùng.
Hộp số truyền động bao gồm trục vít (worm gear) và bánh vít (worm wheel). Trục vít thường được làm từ vật liệu có độ cứng và độ bền cao, chủ yếu là thép hợp kim niken-crom hoặc thép hợp kim mangan silicon. Một số trường hợp cũng dùng thép cacbon rèn với hàm lượng cacbon 0,4%-0,55%, và bề mặt trục vít phải được làm cứng bằng phương pháp tôi hoặc thấm cacbon để tăng độ bền mài mòn. Vành bánh vít được chế tạo bằng đồng phốt pho, đồng thiếc hoặc hợp kim đồng-thiếc-niken có hệ số ma sát thấp thông qua quá trình gia công.
Do hệ số giãn nở nhiệt của các vật liệu khác nhau là không đồng đều, và hệ số giãn nở nhiệt của bánh vít chỉ bằng khoảng một nửa so với trục vít. Khi nhiệt độ phòng máy cao hơn 40℃, sự kết hợp giữa nhiệt độ không khí bên ngoài và nhiệt lượng sinh ra do sự quay và ma sát của các bộ phận bên trong hộp số sẽ làm cho nhiệt độ bên trong hộp số tăng cao.
Nhiệt độ cao kéo dài sẽ gây ra hiện tượng giãn nở nhiệt của các bộ phận, phá vỡ độ chính xác vốn có của trục vít và bánh vít trong hộp số. Điều này sẽ làm giảm khe hở dọc trục của trục động cơ và trục vít, tăng diện tích ăn khớp giữa chúng, tăng ma sát trên bề mặt tiếp xúc, từ đó đẩy nhanh tốc độ mài mòn.
Không chỉ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ êm ái khi thang máy hoạt động mà còn có thể gây ra tiếng ồn lạ và làm hỏng trục vít – bánh vít (ví dụ: khi đi thang máy, bạn có thể nghe thấy tiếng ồn ào trong phòng máy, hoặc cảm thấy rung động bất thường trong cabin).
Cùng lúc đó, nhiệt độ cao liên tục trong hộp số cũng làm giảm độ nhớt của dầu bôi trơn, không có lợi cho việc hình thành màng dầu bôi trơn và đẩy nhanh quá trình oxy hóa dầu, làm giảm hiệu quả bôi trơn của trục vít – bánh vít, từ đó tăng tốc độ mài mòn và hư hỏng thiết bị.
Khi đã nắm rõ được các “Yếu tố nào khiến nhiệt độ phòng máy tăng cao?” và các nguy cơ tiềm ẩn khi nhiệt độ phòng máy tăng cao, điều quan trọng mà các nhà thầu xây dựng, nhà thiết kế và các bên liên quan cần xem xét kỹ lưỡng là những yếu tố nào cần cân nhắc để đảm bảo nhiệt độ phòng máy, đặc biệt là làm mát phòng máy trong cao điểm nắng nóng mùa hè. Vấn đề này được đề cập trong bài: “Phương pháp làm mát phòng máy thang máy”.
