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摘要：电梯关门、启动、运行、停止、开门等一系列的动作都需要电气控制系统采集信息并判断，满足所需要的条件后输出进而控制电梯的运行。在这一系列规定的动作或功能中，只要有一个动作或功能达不到规定的要求，就可以认为是电气系统失效。所以失效是执行某项规定部分或全部功能的丧失。继续运行有可能产生严重伤害。本文对电梯电气系统失效进行分析探讨。
关键词：电梯；电气系统；失效分析
一、电气控制系统的失效形式
电气控制系统的失效形式有多种，按照不同的分类方法有不同的失效形式，这里着重讨论3种电梯的电气系统失效形式：电气连接失效、电气绝缘失效、电器元件失效。
1.电气连接失效
电气连接失效又可细分为“该通不通式（如断路和接触不良）”和“不该通却通式（如短路）”。
（1）断路是指由于自然灾害、人为破坏等外部因素导致的线路损坏，比如导体的中断。这是一种比较直观的失效形式，判断和确定都比较方便。只要做好防护措施及日常维护，可以大大降低断路的发生几率。如图1、图2所示。
图2 随行电缆断路
（2）接触不良产生的原因则相对复杂，一是在不同导体的连接处由于接触面积过小或接触压力不足造成接触电阻过大，二是由于接触导体的腐蚀氧化等原因造成的接触电阻过大（见图3）。接触不良会造成连接处导线发热（见图4）、能量的损耗和信号的丢失。导线发热易引起火灾（见图5），而能量损耗会造成动力输出不稳定，信号丢失则会造成控制系统误判。发生接触不良的情况下，因为接触导体没有完全分开，所以检查和判断存在一定难度。对于接触不良的预防主要从以下两点着手：①规范接线方式，即采用合理的连接件，施加足够的预紧力等；②选用合适的导体材料，如在有高温环境中不能使用易热氧化的铝导体，潮湿环境不能使用铁制导体等。
（3）短路主要是由于异物进入导体之间造成错误的连接。短路会造成很多严重的故障，如烧毁电气元件、控制系统误判。电梯上常见的造成短路的原因有进水、导电垃圾、小型动物误触及在维修过程中的人为短接等（见图6～图8）。防止短路的发生就是要从上述原因着手，如防止渗水和漏水，保证电气防护外壳的完好等。
图3 开关锈蚀造成接触不良
图8 调节螺栓顶死造成的短接
2．电气绝缘失效
（1）所谓绝缘结构是指一种或几种绝缘材料的组合，根据电气设备的特点和尺寸要求，将它与导体部件设计成为一个整体，用以支撑、隔绝有电位差的导电部分。绝缘结构应保证在规定的气候环境应力作用下达到或超过规定指标的能力和工作的稳定性，杜绝导体绝缘介质产生漏电、发热、电晕、击穿等现象。绝缘件结构设计主要是保证两导电体间的绝缘间隙（即两导电零件之间最短的空间距离）和爬电距离（即两导电零件之间沿绝缘体表面的最短距离）足够承受所要求的耐电压值。
（2）绝缘材料失效形式包括电气老化、机械老化、热老化、生物化学老化及受潮等。这里所谓的老化是指绝缘材料在电场、机械震动和弯曲、热作用、潮湿及生物化学腐蚀的一种或几种方式作用下导致材料性质发生变化，其绝缘阻值或击穿电压明显下降。防止绝缘材料失效就是要防止材料老化，也就是要认识到电梯各部分绝缘材料主要面临的老化方式，如制动线圈的高温、随行电缆的弯曲、电机线圈的周期震动等。
3.电器元件失效
(1)继电器、接触器失效。继电器和接触器的触点在电梯长久频繁工作中很容易出现短路或断路的问题。一方面，电梯电气系统中的电弧或者大电流容易烧蚀这些元件的触点而使其出现黏连现象，从而使得电气系统出现短路；另一方面，空气中的尘埃堆积或弹簧片的弹性减弱容易阻断这些元件的触点而使其出现断路现象，导致整个电气系统控制环节不能正常运行。
（2）按钮或旋钮（拨杆）开关失效。这一类电器元件是人对电梯施加直接控制的主要媒介，一般不会有大电流通过，它们的主要故障表现在使用过程中由于机械运动造成的接线松动和触点接触不良或操作机构损坏。
（3）安全开关失效。安全开关是保证电梯安全运行的重要元件，它们分布在底坑、井道和机房的各个位置，安全开关是由安全触点和带动触点分合的机械机构组成。安全开关一般为常闭式，其设计不考虑粘连的发生，主要问题是触点由于电弧烧蚀或氧化造成的接触不良，以及触点簧片由于机械疲劳而断裂或虚接，或者由于动作装置不能正确动作而引起失效。
（4）变压器失效。电梯中的变压器主要是为安全回路及门锁回路以及其他回路提供电源，更早期的电梯中也常用变压器为控制系统提供电源，由于变压器故障导致电梯无法使用是很常见的。小型变压器常见故障的原因有端头松动、垫块松动、焊接不良、铁心绝缘不良、抗短路强度不足等。
（5）开关电源故障。开关电源是一种直流稳压电源，目前广泛应用于电梯控制系统供电。其常见故障表现为无输出、内部保险烧断、输出电压过高或过低。开关电源较为复杂，其故障原因判断需要较强的专业知识和实践经验。
（6）变频器故障。变频器是驱动元件，它的主要部分有整流、滤波、逆变三大块，辅以制动单元、驱动单元、反馈单元、微处理单元等组成功能完整的变频器。可以说一台变频器本身就是一个完整而复杂的系统，但是电梯行业习惯把变频器作为单一元件来看待。变频器的输出电压和频率最终都是逆变单元产生的，因此逆变单元可以说是变频器的核心。现代变频器的逆变单元是由IGBT或IPM晶体管模块组成的，由于过电流、过电压、受潮等原因易引起损坏。
二、失效原因分析
（1）电作用。包括局部放电、过电压、电弧、电动力、电接触不良等。（2）热作用。运行中电气设备在电压、电流等各种因素作用下会发热，如果热量不能及时散发出去，温升过高，温度超过温度极限值，就可能导致电气设备失效。热作用包括电气设备的发热机理、热老化、热击穿等。（3）水作用。水分可以经由周围的潮湿空气侵入绝缘体内部，也有可能在热氧化过程中在绝缘体内部生成。水分进入的速度取决于周围空气的湿度和温度、介质的吸水性能及绝缘体本身的温度和结构。绝缘体受潮导致导电及介质损耗增大，水分和其他脏污物一起组成弱电解质，促使绝缘体进一步发热，加快老化的速度，水分的存在使局部放电产生的氮氧化物变成硝酸、亚硝酸并腐蚀金属，使纤维及其他绝缘体发脆。总之，绝缘体受潮后将加速电老化和热老化过程，缩短绝缘体寿命。（4）机械力的作用。电气设备使用时，会受到各种机械力及重力的作用，如断路器的操作机构机械力的作用；电气设备支撑自身重量保持设备状态稳定不至于断裂或倾倒的机械应力。在机械应力的长期作用下，会使电气设备的相关零部件磨损、材料老化、疲劳破坏、严重时导致设备元件失效。（5）环境的影响。电气设备通常暴露在空气中运行，周围环境温度、湿度以及气压的变化、环境的污染等因素均会对设备性能产生影响。（6）电梯元器件存在质量问题。在使用一段时间后，由于温度和环境的影响导致元器件出现性能劣化，可能出现开路、断路、参数改变、功能改变等现象，从而引起控制系统故障。（7）导线连接、安装不规范。控制系统线路安装错误、导线折断、导线连接不当、绝缘损坏、强弱电没有分开、有电磁干扰是造成故障的最主要因素。（8）电梯缺乏及时维护保养，维护不良、绝缘老化、操作不对都有可能导致故障。
结束语：
电梯电气控制系统的失效是不可避免的，但要防止失效后发生严重的伤害和事故。从业人员需要了解相关的失效知识，在电气元件的选择、电气控制系统的设计，以及安装时需要考虑使用环境、使用条件对控制系统的影响上，尽量减少或避免电气失效带来的严重事故。
参考文献
[1]夏泓.电子元器件失效分析及应用[M].北京：国防工业出版社，1998.
[2]孔学东，恩云飞.电子元器件失效分析与典型案列[M].国防工业出版社，2006.
论文作者:翟秀花
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/14
标签：电气论文; 电梯论文; 绝缘体论文; 控制系统论文; 触点论文; 不良论文; 导体论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;