摘要：电梯作为和人们的生活息息相关的特种设备，近年来数量巨增，老旧电梯的安全使用成为现今的一个问题，而电气元件的失效成为老旧电梯故障的一个重要原因，电梯中的电气元件集中在包括逻辑控制电路和功率驱动电路（变频器）。本文就电梯常见电气元器件的失效进行分析，并提出相应的评估方法。
关键词：电梯；失效；评估；电气元件
一、PCB板及其IC类器件
由于电梯机房工作环境未恒温，部分机房温度在夏季较高，PCB板相对温升较高，长时间易老化，电梯PCB板分成两大类，即功率PCB板和信号PCB板，其中功率PCB板过电流大，电压高，常见失效有铜皮和PCB母材分离，表面绝缘材料氧化、脱落，铜皮氧化等问题，造成PCB铜皮线断路，局部短路，绝缘性能下降；而信号PCB板由于数字IC类器件工作频率高，电压低，电流小，易受干扰，易产生EMC相关的问题，同时由于控制柜布局不佳，由于热传导造成局部温升过高，也易产生温升失效[1]。
评估方法：1、断电后目测PCB铜皮是否与母材分离，绝缘材料是否脱落，PCB上元器件及PCB线有无短路、断路灼烧现象。2、工作中采用点温器或者红外线测试仪测试温升满足器件及PCB板材温升要求。3、采用置换对比法排查PCB板是否失效[2]。
二、阻容元件
阻容元件失效是造成电梯故障的一大原因，老旧电梯使用时间过长，温升是造成阻容器件失效的最主要原因，在过热使用过程中氧化、硫化，特别是铝电解电容，它是正常工作下影响电气设备使用寿命的最主要原因，这里着重分析铝电解电容的失效原因（也是变频器正常使用寿命的重要原因）：1、电应力引起的失效：过电压造成电介质击穿，严重时会起火；反压现象，严重时会爆炸起火；纹波电流过大造成内部温升过高，介质遭到破坏，电解液干涸，寿命缩短。2、热应力引起的失效：过高的环境温度，导致材料性能的蜕化或劣化，电解液挥发，寿命缩短；不适当的焊接热冲击。3、 机械应力引起的失效：引脚间距与PCB板间距不匹配造成外应力损伤；冲击和震动造成的机械应力损伤；单板加工时电容内部受伤。铝电解电容器的寿命按照温度降20℃，寿命增加10倍的原则预算，根据电梯使用频率和年限，估算电容是否达到使用寿命[3]。计算公式如下：LX=L0*10（T0-TX）/20
LX：铝电解预算寿命
L0： 铝电解额定寿命
T0： 铝电解的最高工作温度
TX：铝电解的实际工作环境温度，实际测量时可测试电容器的壳温。
评估方法：1、目测电阻、电容有无灼烧、损坏现象。2采用万用表局部测试阻容器件是否损坏。3、工作中采用点温器或者红外线测试仪测试温升是否满足器件温升要求。 4、对于大功率铝电解电容（变频器母线电容）的寿命主要与电容的工作环境温度、纹波电流以及工作电压有关。其中纹波电流是发热引起的温升的最主要原因，可采用示波器测试。注：如果有多个电容器并联使用，测试应力最严重的那个电容的纹波电流作为考核依据[4]。
三、电磁元件
电梯中电磁元件包括滤波电感器、高频变压器、互感器、驱动变压器、工频单相/三相变压器等。磁性元件热效应下的绝缘材料龟化或老化、磁性材料的温升失磁、机械损坏是失效的主要原因。绝缘材料的工作寿命，在工作温度每降10℃，寿命约提高1倍。
评估方案：1、目测磁性元件是否有灼烧痕迹，有无破损现象。2、断电下采用万用表测试同组线圈是否联通，相应电阻值是否满足经验值，用亨利表测试电感量是否满足要求。3、隔离变压器采用万用表在正常工作中测试输入和输出端电压是否符合规格。4、工作中采用点温器或者红外线测试仪测试温升是否满足器件温升要求。
四、功率半导体元件
电梯中功率半导体元件主要是整流桥和IGBT模块，大都集中在变频模块中。整流桥由应用方面的电应力或热应力引起的失效一般有短路失效、热击穿失效、电压浪涌或电流浪涌造成的失效、热疲劳或热循环引起的局部过热失效等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而引起IGBT失效的常见原因主要有芯片过温、集电极过电压、集电极过电流、栅极过电压以及由热循环引起的焊接界面热疲劳失效等，其中过电流和热疲劳原因本质上仍属于温度应力范畴。和其它任何功率半导体器件一样，IGBT工作的应用可靠性极大程度上依赖于对结温TJ的控制，其失效率随结温的递增几乎呈指数递增的关系。因此、过温失效是IGBT的最重要失效模式。一般推荐的IGBT结温TJ上限值为125℃[5] 。
功率半导体元件评估方法：1、目测功率半导体元件是否有炸裂、灼烧痕迹。2、断电后采用万用表测试元件是否有击穿或者断路现象。3、由于IGBT失效一般会引起外围驱动电路及其母线电容失效，应对其外围驱动电路、光耦或者驱动变压器及母线电容进一步检查。4、工作中采用点温器或者红外线测试仪测试温升是否满足器件温升要求。
五、低压电器类
电梯中使用最多的低压电器类就是接触器、低压断路器和继电器，一般使用在电梯主开关，输入、输出、制动器线圈接触器，控制电路继电器等。
1、接触器由于主回路接触电阻及线圈电阻的存在，接触器工作，触头和线圈都要发热，器件的失效与温升过高有很大关系。常见的失效模式有（1）电流过大，温度升高，金属材料的机械强度会有下降，触头接触电阻变大，出现拉弧、熔焊；（2）温升过高，有机绝缘材料将会变脆，老化加速，且绝缘性能下降，增加了线圈匝间短路的可能性；（3）频繁起动、分断过电流，出现拉弧、熔焊。
2、低压断路器一般俗称空气开关，低压断路器是靠动、静触头的接触来完成电路导通的。电路导通后，由于接触电阻的存在，触头及接线端子发热，使断路器温度升高。如果长期处于较高温度下，断路器金属材料的机械强度下降，绝缘材料老化、变脆，绝缘性能下降，触头的电接触性能明显下降（一是因为温度过高会加剧触头表面的氧化，造成接触电阻变大；二是因为动、静触头间的弹性压紧力变小，接触电阻变大，导通电流能力下降）。这些都可能造成触头无法正常断开，甚至出现拉弧、熔焊现象。此外，较高的工作温度也增加了断路器误跳的可能。
3、继电器失效模式：（1）过高的环境温度或工作温度，破坏继电器的绝缘系统，导致继电器线圈或触点短路失效；（2）过大的触点电流发热，直接损坏触点或破坏绝缘系统，导致继电器失效；（3）高压，大电流产生的电弧直接损伤触点，导致继电器出现不导通或触点粘连；（4）线圈工作电压偏低，继电器不能动作，线圈工作电压过高，发热破坏线圈绝缘导致继电器失效。（5）过大的冲击电流导致继电器触点粘连。过小的负载电流、负载电压不能激发触点导通[6]。
评估方法：1、目测低压电器类是否有电灼烧痕迹，有无粘连现象，耳听是否有异响。2、断电下使用万用表测试导通状态下是否有效导通，导通（接触）电阻是否满足规格书，电磁线圈是否短路或开路。3、使用万用表正常工作中导通后测试两端电压是否一致，断开后是否有效断开。4、工作中采用点温器或者红外线测试仪测试温升是否满足器件温升要求[7]。
六、其他
1、独立模块的形式的变频器，由于过温、过流、过压等原因导致失效，对于独立模块的变频器，没有厂家授权不易拆封检查，仅对其进行黑盒测试；2、风扇是降温的必备设施，正常失效模式是轴承老化失效，但是如果使用不当，也会有线圈过温、过压损坏、电子器件失效等。3、辅助电源是电梯控制柜中必不可少的部分。在电压变换过程中，在电源内部会产生功率损耗，这种功率损耗是随着输出功率的加大而增加的，当输出功率过大时，则电源模块内部将发热严重，其内部元件在高温下就容易失效。
评估方法：1、目测风扇及辅助电源能否正常工作，风扇工作时是否有异响。2、断电后使用万用表测量风扇线圈是否断开，观察是否有污垢堵塞轴承。3、正常工作时测试辅助电源输出是否满足规格要求。3、工作中采用点温器或者红外线测试仪测试温升是否满足要求。4、根据变频器拓扑分析选择测试点，断电测试变频器输入输出应为高阻态；上电后使用示波器配合高压探头测试输出电压波形或者采用功率分析仪测试输入输出，以检测变频器内部是否有软故障。
参考文献：
[1]GB7588-2011 电梯制造与安装安全规范[Z].
[2]GB10060-2011 电梯安装验收规范[Z].
[3]三菱电梯安装维修工艺[Z].
[4]三菱电梯调试工艺[Z].
[5]日立电梯安装维修工艺[Z].
[6]日立电梯调试工艺[Z].
[7]模拟电子技术基础[M].清华大学出版社.
论文作者:欧俊希
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
标签：电梯论文; 测试论文; 电流论文; 工作论文; 线圈论文; 元件论文; 电容论文; 《电力设备》2018年第15期论文;