Cosa fa un motore per ascensore e perché la scelta è importante

Il motore dell'ascensore è il cuore di qualsiasi sistema di ascensore: è la macchina che converte l'energia elettrica nella coppia meccanica necessaria per spostare la cabina dell'ascensore, i suoi passeggeri e il suo contrappeso su e giù per il vano corsa. Ogni parametro della qualità di guida notato dai passeggeri (la fluidità dell'accelerazione, la precisione del livellamento, il comfort di arresto e il livello di rumore) è direttamente determinato dalle prestazioni del motore di azionamento dell'ascensore e dal sistema di controllo associato. Un motore con specifiche scadenti o usurato produce avviamenti a scatti, livellamento impreciso del pavimento e rumore meccanico che mina la fiducia dell'utente nell'installazione e accelera l'usura di funi, guide e componenti di frenatura.

Per proprietari di edifici, gestori di strutture e ingegneri di ascensori, la decisione sulla scelta del motore comporta conseguenze che vanno ben oltre il costo di installazione iniziale. Il motore del montacarichi è il principale consumatore di energia elettrica in un tipico sistema di ascensore di un edificio di media altezza e le differenze di efficienza energetica tra le tecnologie dei motori possono tradursi in migliaia di dollari all'anno in costi operativi in ​​un'installazione con più ascensori. Il tipo di motore determina anche i requisiti della sala macchine (o se una sala macchine è necessaria), gli intervalli di manutenzione, i livelli di rumore e vibrazioni trasmessi alla struttura dell'edificio e la facilità di futuri ammodernamenti con l'evoluzione della tecnologia di azionamento.

Il settore degli ascensori ha subito una sostanziale transizione tecnologica negli ultimi tre decenni, passando da azionamenti prevalentemente con motori a induzione a sistemi con motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) senza ingranaggi con azionamenti a frequenza variabile (VFD). Comprendere l'intera gamma di tecnologie dei motori per ascensori disponibili (principi di funzionamento, caratteristiche prestazionali, punti di forza e limitazioni) è essenziale per prendere decisioni informate su nuove installazioni, progetti di modernizzazione e strategie di manutenzione.

Motori per ascensori con riduttore e senza riduttore: la divisione fondamentale

La classificazione più fondamentale in motore dell'ascensore la tecnologia divide i sistemi di azionamento in configurazioni con e senza ingranaggi. Questa distinzione influisce su quasi ogni aspetto dell'installazione: dimensioni della sala macchine, livello di rumore, consumo energetico, velocità della puleggia e requisiti di manutenzione.

Sistemi di azionamento per ascensori con ingranaggi

In un ascensore con ingranaggi, l'albero motore aziona un ingranaggio a vite senza fine o un riduttore a ingranaggi elicoidali, che riduce l'elevata velocità di rotazione del motore (tipicamente 900–1.500 giri/min per un motore a induzione standard) fino alla bassa velocità della puleggia (tipicamente 30–100 giri/min) necessaria per azionare le funi di sollevamento alla velocità corretta della fune. Il rapporto di riduzione dell'ingranaggio è tipicamente compreso tra 15:1 e 40:1 per le macchine con ingranaggi a vite senza fine e tra 5:1 e 12:1 per le unità ad ingranaggi elicoidali. Questa configurazione consente a un motore a induzione a velocità standard relativamente piccolo di sviluppare una coppia sufficiente sulla puleggia della fune grazie al vantaggio meccanico derivante dal rapporto di trasmissione. I motoriduttori per ascensori sono prevalentemente motori a induzione CA o CC che vanno da 5 kW per piccoli ascensori residenziali a 75 kW per ascensori commerciali di media altezza con velocità della fune fino a 2,5 m/s. I vantaggi principali dei riduttori sono il costo iniziale inferiore, l'uso di componenti di motori standard ampiamente disponibili e la compatibilità con l'alimentazione trifase standard dell'edificio senza la necessità di azionamenti inverter specializzati nelle vecchie installazioni CA a due velocità.

Gli svantaggi delle macchine ad ingranaggi sono significativi e spiegano perché la tecnologia sta diminuendo nelle nuove installazioni. Il riduttore a vite senza fine introduce perdite meccaniche del 30-50% (gli ingranaggi a vite senza fine sono intrinsecamente inefficienti), il che significa che un motore per ascensore con riduttore deve essere considerevolmente più grande del suo equivalente senza riduttore per fornire la stessa potenza di movimento della cabina. L'olio degli ingranaggi richiede monitoraggio e sostituzione periodica (in genere ogni 3-5 anni) e la superficie di usura dell'ingranaggio a vite senza fine genera calore e rumore che aumentano nel tempo man mano che l'ingranaggio si degrada. Le macchine con ingranaggi hanno anche velocità della fune limitate (la maggior parte non sono economiche superiori a 2,5 m/s) e in genere richiedono una sala macchine dedicata sopra il pozzo dell'ascensore per il cambio, il motore e il quadro di controllo.

Motori per ascensori senza ingranaggi

In un azionamento per ascensore senza riduttore, l'albero motore è direttamente accoppiato alla puleggia della fune: non è presente alcun riduttore intermedio. Il motore deve quindi funzionare esattamente alla bassa velocità richiesta dalla puleggia (tipicamente 30–100 giri/min) sviluppando allo stesso tempo una coppia molto elevata direttamente sull'albero. Questa configurazione ad azionamento diretto elimina tutte le perdite meccaniche, il rumore e la manutenzione legate agli ingranaggi, ed è il motivo per cui i moderni motori per ascensori senza riduttore raggiungono un'efficienza complessiva del sistema del 75-90% rispetto al 45-60% degli equivalenti con riduttore. Le macchine gearless vengono utilizzate per velocità della fune superiori a 1,0 m/s in applicazioni di media e alta altezza e sono ora ampiamente utilizzate anche negli ascensori di media e bassa altezza senza locale macchina, dove il pacchetto motore compatto è installato direttamente nel vano corsa o sulla parete del vano macchina, eliminando completamente la sala macchine. Il design senza ingranaggi richiede un motore a bassa velocità e coppia elevata appositamente progettato (tipicamente una macchina sincrona a magnete permanente) o un motore a induzione a bassa velocità appositamente progettato: i motori del catalogo standard non possono essere utilizzati senza un riduttore perché girano alla velocità sbagliata.

Tipi di motori per ascensori: un'analisi dettagliata

All'interno delle categorie con riduttore e senza riduttore, nelle applicazioni per ascensori vengono utilizzate diverse tecnologie di motori distinte, ciascuna con caratteristiche prestazionali, profili di efficienza e idoneità applicativa specifici.

Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM): lo standard moderno

Il motore sincrono a magneti permanenti è diventato la tecnologia dominante per le nuove installazioni di ascensori in tutto il mondo, utilizzato nella stragrande maggioranza degli azionamenti per ascensori MRL e gearless per sale macchine. In un PMSM, il rotore trasporta magneti permanenti (tipicamente neodimio-ferro-boro, NdFeB) che creano un campo magnetico costante senza richiedere corrente nell'avvolgimento del rotore, eliminando le perdite di rame del rotore e migliorando notevolmente l'efficienza. Lo statore è alimentato con alimentazione CA a frequenza e tensione variabile da un inverter dedicato per l'ascensore (VFD), che controlla con precisione la velocità e la posizione del rotore utilizzando il feedback dell'encoder. I motori per ascensori PMSM raggiungono un'efficienza energetica del 92–96% al carico nominale, significativamente superiore a qualsiasi alternativa ai motori a induzione. Sono compatti e leggeri per la loro coppia erogata (densità di potenza 2–4 ​​volte superiore rispetto ai motori a induzione equivalenti), funzionano silenziosamente e consentono un controllo estremamente preciso della velocità e della posizione per avviamenti e arresti fluidi e un livellamento accurato del pavimento entro ±1–2 mm. Il limite principale dei motori per ascensori PMSM è la loro dipendenza dai magneti in terre rare, che aumentano i costi e creano considerazioni sulla catena di fornitura, e la loro necessità di un azionamento con inverter compatibile: non possono essere alimentati direttamente dalla rete senza un VFD.

Motore a induzione CA con azionamento a frequenza variabile (VFD)

I motori a induzione CA trifase controllati da azionamenti a frequenza variabile rappresentano la moderna alternativa aggiornata ai vecchi azionamenti con motori a induzione a velocità fissa nelle applicazioni di ascensori con riduttore e sono utilizzati anche in alcune configurazioni senza riduttore. Il VFD regola la frequenza e la tensione fornita al motore per controllarne continuamente la velocità, consentendo profili di accelerazione fluidi e un controllo preciso della velocità senza i sistemi di controllo della velocità reostatici o del motore-generatore che sprecano energia utilizzati nelle installazioni più vecchie. I motori AC a induzione per ascensori con VFD raggiungono efficienze totali del sistema del 65-80% nelle installazioni con ingranaggi e fino all'85% in configurazioni gearless ottimizzate: significativamente migliori rispetto ai sistemi AC a due velocità o DC Ward-Leonard che hanno sostituito. I principali vantaggi rispetto a PMSM sono il costo inferiore del motore, l'assenza di dipendenza dai magneti delle terre rare e la possibilità di aggiornare più facilmente le installazioni esistenti poiché i telai dei motori standard e le configurazioni degli avvolgimenti sono disponibili da più produttori senza richiedere la catena di fornitura di magneti specializzata di PMSM.

Motori per ascensori CC (controllo Ward-Leonard e tiristori)

I motori CC controllati da gruppi motore-generatore Ward-Leonard o, successivamente, da azionamenti raddrizzatori a tiristori (SCR) hanno dominato le installazioni di ascensori ad alte prestazioni dagli anni '30 agli anni '90. I motori per ascensori della serie CC o con avvolgimento composto fornivano l'eccellente coppia a bassa velocità, il controllo regolare della velocità e le caratteristiche di frenatura dinamica necessarie per ascensori ad alta velocità e di grattacieli prima che la tecnologia VFD CA maturasse sufficientemente per eguagliare le loro prestazioni. Molti vecchi impianti di ascensori commerciali di alta qualità e di grattacieli utilizzano ancora sistemi di azionamento CC installati negli anni '70 -'90 e continuano a funzionare in modo affidabile. I motori DC per ascensori non sono più specificati per le nuove installazioni perché i sistemi AC VFD e PMSM hanno eguagliato o superato le loro prestazioni a costi inferiori, maggiore efficienza e con requisiti di manutenzione significativamente inferiori (i motori DC richiedono una manutenzione periodica di spazzole e commutatori che i motori AC eliminano completamente). La base installata di motori per ascensori CC rappresenta una grande opportunità di modernizzazione per i proprietari di edifici che cercano risparmio energetico e manutenzione ridotta.

Azionamenti per ascensori con motori lineari a induzione (LIM).

I sistemi di ascensore con motore lineare a induzione eliminano completamente la fune e la puleggia, utilizzando uno statore piatto montato nel vano corsa e una rotaia di reazione fissata alla cabina dell'ascensore per produrre una spinta lineare diretta senza componenti rotanti. Gli ascensori LIM vengono utilizzati in applicazioni specifiche, in particolare alcune torri di osservazione, giostre dei parchi di divertimento e sistemi sperimentali di trasporto verticale, dove l'assenza di funi e contrappesi semplifica la struttura del vano corsa. Tuttavia, gli ascensori LIM non hanno raggiunto un'adozione commerciale diffusa nelle applicazioni ascensoristiche standard degli edifici a causa della minore efficienza rispetto ai sistemi di trazione a fune e della complessità dell'installazione del bus di alimentazione nel vano corsa. Rimangono una tecnologia di nicchia con vantaggi specifici in determinati contesti architettonici.

Centrali elettriche per ascensori idraulici

Gli ascensori idraulici utilizzano un motore elettrico per azionare una pompa idraulica che pressurizza il fluido per estendere o ritrarre un pistone, spostando la cabina dell'ascensore. Il motore di un gruppo motore per ascensori idraulici è in genere un motore a induzione CA trifase che funziona a velocità costante (1.450 o 1.500 giri/min a 50 Hz), che aziona una pompa idraulica a cilindrata fissa o variabile. Le dimensioni dei motori vanno da 5 kW per piccoli ascensori domestici a 45 kW per ascensori idraulici commerciali per carichi pesanti. Gli azionamenti degli ascensori idraulici sono limitati ad altezze ridotte (tipicamente 2-6 piani), basse velocità (fino a 0,63 m/s) e sono altamente inefficienti dal punto di vista energetico rispetto ai sistemi di ascensori a trazione: il motore funziona alla massima velocità anche durante la discesa, con l'energia dissipata sotto forma di calore nel fluido idraulico anziché essere recuperata. Le moderne unità idrauliche a velocità variabile con cilindrata della pompa controllata elettronicamente hanno migliorato l'efficienza e la qualità di guida rispetto ai vecchi sistemi a velocità fissa, ma gli ascensori idraulici rimangono fondamentalmente meno efficienti delle alternative a trazione e stanno diminuendo nelle nuove installazioni ad eccezione di specifiche applicazioni a pochi piani in cui il posizionamento della sala macchine sotto l'ascensore è architettonicamente vantaggioso.

Principali specifiche tecniche di un motore di sollevamento per ascensore

Quando si specifica o si valuta un motore per ascensore, una serie di parametri tecnici chiave ne definisce l'idoneità per una determinata applicazione. Comprendere queste specifiche è essenziale per effettuare confronti accurati tra i prodotti e garantire che il motore selezionato soddisfi sia le richieste dell'applicazione che i requisiti normativi.

Motori per ascensori senza locale macchina (MRL): come il design compatto ha cambiato il settore

L’introduzione della tecnologia degli ascensori senza locale macchina a metà degli anni ’90, resa possibile dallo sviluppo di motori per ascensori PMSM compatti e a coppia elevata senza ingranaggi, ha cambiato radicalmente la pratica di installazione degli ascensori e la progettazione degli edifici. Prima dei sistemi MRL, ogni installazione di ascensore a trazione richiedeva una sala macchine dedicata, generalmente posizionata direttamente sopra il vano ascensore, contenente la macchina di trazione, il pannello di controllo e il regolatore. Questa sala macchine occupava un immobile di valore (tipicamente 10-20 m² per ascensore), richiedeva un supporto strutturale in grado di sostenere il peso del motore e dei macchinari e imponeva vincoli di altezza del soffitto all'ultimo piano dell'edificio.

I motori per ascensori MRL sono progettati specificatamente per l'installazione nel vano corsa stesso, sulla parete laterale del vano al piano superiore, sul lato inferiore del soffitto del vano o in una struttura sopraelevata poco profonda, senza una sala macchine separata. Ciò è possibile perché i moderni motori gearless PMSM hanno un disco molto piatto o un profilo pancake (lunghezza assiale spesso inferiore a 300–400 mm anche per macchine da 15–20 kW) e la loro bassa velocità operativa (30–80 giri/min) elimina la necessità del grande e pesante riduttore che conferiva l'ingombro alle macchine tradizionali. Il motore e il sistema di controllo sono integrati in unità compatte che nella maggior parte dei casi possono essere installate dai meccanici di ascensori standard senza attrezzature specializzate per gru.

I vantaggi degli impianti di ascensori MRL sono sostanziali: l'eliminazione della sala macchine consente di risparmiare 10-20 m² di superficie netta utilizzabile per ascensore (molto prezioso negli edifici commerciali e residenziali urbani), riduce i costi strutturali eliminando la necessità di un pavimento della sala macchine con capacità di carico della trave della gru e il pacchetto motore compatto con azionamento VFD e recupero di energia può ridurre il consumo di energia del 40-70% rispetto ai vecchi sistemi CA con riduttore o CC Ward-Leonard che sostituiscono nei progetti di modernizzazione. Oggi, gli ascensori MRL alimentati da motori PMSM compatti senza ingranaggi rappresentano la maggior parte delle nuove installazioni di ascensori in edifici fino a circa 10-15 piani di altezza e la loro tecnologia è stata progressivamente estesa verso l'alto per servire edifici più alti man mano che la densità di potenza del motore continua a migliorare.

Efficienza energetica e azionamenti rigenerativi nei sistemi di motori per ascensori

I motori degli ascensori sono tra i maggiori carichi elettrici negli edifici a più piani e il consumo di energia nei sistemi di ascensori ha ricevuto una crescente attenzione poiché le norme energetiche degli edifici sono state inasprite e il costo dell’elettricità commerciale è aumentato. Comprendere le prestazioni energetiche dei diversi motori degli ascensori e delle configurazioni di azionamento aiuta i proprietari degli edifici a prendere decisioni informate su nuove installazioni e investimenti di ammodernamento.

Come i motori degli ascensori consumano e recuperano energia

Il motore di un ascensore funge da motore durante alcune fasi operative e da generatore durante altre, a seconda della direzione di viaggio della cabina e del peso relativo della cabina più passeggeri rispetto al contrappeso. Quando l'ascensore si muove nella direzione del lato più pesante (ad esempio, un'auto carica che sale o un'auto vuota che scende), il motore di azionamento consuma energia dalla rete. Quando l'ascensore si muove contro il lato più pesante (un'auto vuota che sale contro un pesante contrappeso o un'auto carica che scende), il motore è essenzialmente azionato dal carico: agisce come un generatore, producendo energia elettrica. In un azionamento convenzionale non rigenerativo, l'energia generata viene dissipata sotto forma di calore nei resistori di frenatura. In un'unità rigenerativa (chiamata anche front-end attivo o unità di recupero di energia), questa energia generata viene reimmessa nel sistema di distribuzione elettrica dell'edificio per essere utilizzata da altri carichi, un processo chiamato frenata rigenerativa o recupero di energia.

Risparmio energetico grazie agli azionamenti rigenerativi per ascensori

Gli azionamenti rigenerativi per ascensori combinati con motori PMSM ad alta efficienza rappresentano lo stato dell'arte nelle prestazioni energetiche degli ascensori. L’energia recuperata durante le fasi di frenata rigenerativa – che può rappresentare il 20-35% dell’energia totale assorbita dal motore in un ciclo di lavoro tipico – viene restituita alla rete dell’edificio anziché sprecata sotto forma di calore. Combinato con la maggiore efficienza di base di un motore PMSM (92–96%) rispetto a un vecchio motore a induzione con riduttore (45–60% del sistema totale), un retrofit completo di azionamento rigenerativo PMSM può ridurre il consumo energetico dell'ascensore del 60–75% negli edifici con vecchi sistemi idraulici o con riduttore AC a due velocità. Per un tipico edificio di media altezza con 2-4 ascensori, ciò può tradursi in un risparmio annuo di elettricità di 10.000-30.000 kWh per ascensore, che rappresenta una significativa riduzione dei costi operativi alle attuali tariffe elettriche commerciali. Gli standard di test sul consumo energetico per ascensori, tra cui ISO 25745 (globale) e VDI 4707 (standard tedesco che ha influenzato ISO 25745), forniscono un quadro standardizzato per misurare e confrontare il consumo energetico degli ascensori tra prodotti e tipi di installazione.

Consumo energetico in modalità standby e inattiva

Un aspetto spesso trascurato del consumo energetico del motore dell'ascensore è l'energia in standby: l'elettricità consumata dal sistema di controllo dell'ascensore, dall'illuminazione, dalla ventilazione e dall'elettronica di azionamento quando l'ascensore è inattivo (non in viaggio). In molti edifici commerciali, l’ascensore è effettivamente inattivo per il 60-80% delle 24 ore al giorno, il che significa che l’energia in standby può rappresentare una frazione significativa del consumo energetico totale dell’ascensore. I moderni sistemi di controllo degli ascensori con modalità di sospensione, illuminazione di cabina a LED, ventilazione controllata dalla domanda e modalità VFD in standby a basso consumo possono ridurre il consumo energetico in standby fino a 50-100 W per ascensore rispetto ai 200-600 W dei sistemi più vecchi: una differenza che si accumula in modo significativo durante la vita operativa dell'ascensore.

Selezione del motore dell'ascensore: abbinamento dell'azionamento all'applicazione

La scelta del motore dell'ascensore giusto per una specifica applicazione dell'edificio richiede un approccio sistematico che valuti diversi parametri interdipendenti. Riuscire a farlo correttamente in fase di progettazione previene sia le sottospecifiche (prestazioni inadeguate, surriscaldamento, usura prematura) che le sovraspecifiche (costo di capitale sprecato, scarsa efficienza a carico parziale).

Calcolo della potenza motore richiesta

La potenza minima richiesta del motore dell'ascensore può essere calcolata dall'equazione fondamentale: P = (Q × g × v) / (η_system × 1000), dove Q è il carico netto (carico nominale della cabina meno squilibrio del contrappeso, in kg), g è l'accelerazione gravitazionale (9,81 m/s²), v è la velocità nominale della cabina (m/s) e η_system è l'efficienza totale del sistema di azionamento, comprese le perdite di attrito del motore, dell'inverter e della puleggia/fune. Il contrappeso è generalmente impostato sul peso della cabina a vuoto più il 40-50% del carico nominale, il che significa che il motore deve solo gestire lo squilibrio tra la cabina più il carico e il contrappeso anziché sollevare il peso a pieno carico. Per un ascensore con carico nominale di 1.000 kg a 1,6 m/s con uno squilibrio del contrappeso del 40% e un'efficienza totale del sistema dell'85%, la potenza del motore richiesta è di circa (400 × 9,81 × 1,6) / (0,85 × 1000) ≈ 7,4 kW. Verrebbe quindi selezionato un motore da 10–11 kW per fornire una dimensione di catalogo standard con un margine di potenza del 30–35% per l'accelerazione, il funzionamento di emergenza e la riserva termica.

Categoria di velocità e tipo di applicazione

La specifica della velocità dell'auto è il parametro più importante per determinare quale tecnologia del motore è appropriata. Come linea guida generale: per velocità fino a 0,63 m/s (ascensori residenziali e commerciali di pochi piani), sono comuni azionamenti idraulici o piccoli motori a induzione con VFD; per 0,63–2,5 m/s (commerciali e residenziali di media altezza), i sistemi PMSM MRL gearless dominano il mercato; per 2,5–10 m/s (grattacieli commerciali e ad uso misto), le macchine PMSM gearless più grandi nelle sale macchine convenzionali o nelle sale macchine dell'attico sono standard; superiori a 10 m/s (edifici super alti), sono necessarie macchine gearless ad alta velocità appositamente progettate da produttori specializzati (Otis, KONE, Schindler, Mitsubishi), spesso con configurazioni di funi personalizzate, caratteristiche di protezione sismica e sistemi attivi di smorzamento del rumore.

Requisiti di intensità del traffico e ciclo di lavoro

Il dimensionamento termico del motore di un ascensore deve tenere conto dell'intensità del traffico prevista: la frequenza di avviamenti orari dell'ascensore e il modello di ciclo di lavoro di accensione/spegnimento. Un ascensore residenziale con 15-30 avviamenti all'ora richiede un motore con una massa termica sostanzialmente inferiore rispetto a un ascensore commerciale ad alto traffico in un edificio per uffici durante le ore di punta mattutine che può raggiungere 120-180 avviamenti all'ora. Le classificazioni del ciclo di lavoro IEC 60034-1 - S3 (servizio periodico intermittente), S4 (servizio periodico intermittente con avviamento) e S5 (servizio periodico intermittente con avviamento e frenatura elettrica) - costituiscono il quadro standard per specificare i requisiti termici dei motori degli ascensori. Il sottodimensionamento della classe termica è una delle cause più comuni di guasto prematuro degli avvolgimenti del motore dell'ascensore negli impianti a traffico intenso.

Sistemi di Sicurezza Integrati con Motori per Ascensori

Il motore dell'ascensore non funziona in modo isolato: è integrato con una serie di sistemi di sicurezza obbligatori che monitorano, controllano e limitano il suo funzionamento per garantire la sicurezza dei passeggeri in ogni momento. Comprendere queste interfacce di sicurezza è essenziale sia per il personale di manutenzione che per gli ingegneri di modernizzazione.

• Freno Elettromeccanico: Tutti i motori degli ascensori a trazione sono dotati di un freno elettromagnetico azionato a molla e rilasciato elettricamente che si inserisce automaticamente quando viene interrotta l'alimentazione, intenzionalmente al piano o in seguito a un'interruzione di corrente, all'interruzione del circuito di sicurezza o a una condizione di guasto. Il freno deve mantenere ferma l'auto a pieno carico su qualsiasi pendenza senza strisciare e deve essere in grado di fermare un'auto a velocità eccessiva insieme al regolatore e al sistema di paracadute. EN 81-20 (standard europeo) e ASME A17.1 (standard nordamericano) specificano le coppie minime di tenuta del freno e richiedono circuiti frenanti ridondanti sulle nuove installazioni. Il monitoraggio delle condizioni dei freni, ovvero la misurazione della corrente di rilascio del freno, del tempo di rilascio e dell'usura del disco, è sempre più integrato nei moderni controller di azionamento come strumento di manutenzione predittiva.
• Monitoraggio del regolatore di velocità e dell'encoder: L'encoder del motore dell'ascensore fornisce un feedback continuo della velocità al controller dell'azionamento, che confronta la velocità effettiva con i profili di velocità consentiti durante tutta la corsa. Se la soglia di velocità eccessiva della cabina viene superata, in genere pari al 115-125% della velocità nominale, il controller di guida avvia una sequenza di arresto di emergenza. Un regolatore centrifugo meccanico collegato alla cabina tramite la fune del regolatore fornisce un sistema di rilevamento della velocità eccessiva secondario e indipendente che attiva il paracadute della cabina (di tipo progressivo o istantaneo) per bloccare le rotaie di guida e portare la cabina a un arresto controllato indipendentemente dal motore o dal sistema di azionamento.
• Funzioni Safe Torque Off (STO) e azionamento di sicurezza: I moderni azionamenti VFD per ascensori incorporano le funzioni di azionamento di sicurezza IEC 61800-5-2, soprattutto Safe Torque Off (STO), che rimuove la tensione che produce coppia dagli avvolgimenti del motore senza spegnere l'intero azionamento, eliminando il rischio di riavvio inaspettato del motore dopo un arresto di emergenza mentre l'azionamento rimane in uno stato sicuro monitorato. Funzioni di sicurezza di livello superiore, tra cui Safe Stop 1 (SS1) e monitoraggio Safe Speed ​​(SMS), sono sempre più richieste dalla norma EN 81-20 per le nuove installazioni e sono implementate nel processore di sicurezza del convertitore senza richiedere relè di sicurezza esterni.
• Protezione termica: I motori degli ascensori sono dotati di termistori (sensori PTC) o sensori di temperatura a resistenza PT100 incorporati negli avvolgimenti dello statore, che monitorano continuamente la temperatura dell'avvolgimento e segnalano al controller dell'azionamento di ridurre il carico o di spegnersi se si avvicina il limite termico. Questa protezione previene danni all'isolamento dovuti a un sovraccarico prolungato, ad esempio un motore in funzione in una giornata ad alto traffico durante un'ondata di caldo estivo in una sala macchine non climatizzata. Alcuni moderni motori per ascensori PMSM monitorano anche la temperatura del magnete per proteggerlo dalla smagnetizzazione a temperature elevate.
• Protezione dal movimento involontario dell'auto (UCM): La norma EN 81-20 ha introdotto il requisito per la protezione dal movimento involontario della cabina: un sistema che rileva qualsiasi movimento della cabina dell'ascensore lontano da un piano con le porte aperte e attiva un dispositivo di arresto entro un limite di tempo e distanza prescritto. La protezione UCM è implementata utilizzando l'encoder del motore per il monitoraggio della posizione combinato con un interblocco hardware nel sistema di azionamento che impedisce lo sviluppo di forza di trazione quando viene segnalato l'apertura della porta, con un dispositivo di arresto meccanico indipendente come backup.

Manutenzione del motore dell'ascensore: cosa ispezionare e quanto spesso

Una corretta manutenzione preventiva del motore di trazione dell'ascensore è essenziale per un funzionamento sicuro, la conformità legale e il raggiungimento della durata di servizio prevista del motore di 25-40 anni per le moderne macchine PMSM. Il programma di manutenzione e il contenuto dell'ispezione variano in base al tipo di motore, all'intensità del traffico e ai requisiti delle normative locali sugli ascensori (che in genere richiedono un'ispezione periodica da parte di un tecnico di ascensori certificato indipendentemente dal programma di manutenzione interna del proprietario).

Controlli periodici mensili e trimestrali

I controlli mensili per i motori per ascensori PMSM senza riduttore dovrebbero includere l'ascolto di rumori anomali durante il funzionamento del motore (rombo dei cuscinetti, rumore dei freni o vibrazioni risonanti), la verifica che il motore e il gruppo freno non mostrino segni di ingresso di olio o umidità e il controllo del display della temperatura del motore o del registro del controller per eventuali eventi termici dall'ultima ispezione. I controlli trimestrali dovrebbero includere l'ispezione visiva di tutte le terminazioni dei cavi elettrici sulla scatola di giunzione del motore per verificarne la tenuta e i segni di surriscaldamento (scolorimento, crepe nell'isolamento), la verifica delle impostazioni dello spazio del freno rispetto alle specifiche del produttore utilizzando spessimetri e un'ispezione manuale della fune sulla puleggia per riduzione del diametro della fune, rotture dei fili o contaminazione del lubrificante che potrebbe aumentare l'usura della puleggia.

Attività di manutenzione annuale

La manutenzione annuale di un motore per ascensore senza riduttore dovrebbe includere il test della resistenza di isolamento degli avvolgimenti del motore utilizzando un megaohmmetro da 500 V o 1.000 V: la resistenza di isolamento minima accettabile è 1 MΩ per 1 kV di tensione nominale, con valori inferiori a 10 MΩ che richiedono ulteriori indagini e trend. Le condizioni dei cuscinetti devono essere valutate mediante misurazione delle vibrazioni (utilizzando un analizzatore di vibrazioni portatile sugli scudi del motore) e confrontate con le letture di riferimento effettuate al momento della messa in servizio o dell'ultima sostituzione dei cuscinetti. È necessario eseguire la lubrificazione dei cuscinetti: ingrassaggio dei cuscinetti del motore secondo le specifiche del produttore (tipicamente 15–25 g di grasso al litio complesso ogni 2.000–4.000 ore di funzionamento) o verifica delle condizioni dei cuscinetti sigillati a vita. Per le macchine ad ingranaggi, l'ispezione annuale comprende il campionamento dell'olio degli ingranaggi per l'analisi delle particelle metalliche (test ferografico per rilevare l'usura degli ingranaggi prima del guasto), la misurazione del gioco dell'ingranaggio a vite senza fine rispetto alle specifiche e l'ispezione delle condizioni delle guarnizioni della scatola degli ingranaggi.

Segni che il motore di un ascensore deve essere sostituito

Gli indicatori chiave che indicano che il motore di trazione di un ascensore ha raggiunto la fine della vita utile e deve essere sostituito anziché riparato includono: resistenza di isolamento costantemente inferiore a 1 MΩ nonostante il riavvolgimento o il trattamento (che indica danni irreversibili dovuti all'umidità o rottura dell'isolamento), usura del foro dell'alloggiamento del cuscinetto che non può essere corretta senza la sostituzione dell'alloggiamento, smagnetizzazione del magnete del rotore PMSM indicata dalla perdita costante di coppia del motore e confermata da test EMF senza carico, usura della scanalatura della puleggia oltre il limite di usura del produttore (richiede la sostituzione della puleggia che spesso rende necessaria la sostituzione dell'intera macchina economico) o un sistema di controllo che non è più supportato dal produttore e per il quale non sono disponibili pezzi di ricambio. In molti casi, la modernizzazione dell’intera macchina – sostituendo il motore, l’azionamento e il sistema di controllo come un unico pacchetto – è più economica su un orizzonte di 15-20 anni rispetto alla riparazione di una vecchia macchina e all’aggiornamento separato del sistema di controllo, in particolare considerando il risparmio energetico offerto dai moderni azionamenti PMSM.

Confronto fianco a fianco delle principali tecnologie dei motori per ascensori

Per ingegneri, proprietari di edifici e team di approvvigionamento che valutano le opzioni di motori per ascensori, questa tabella comparativa riassume i principali fattori di differenziazione delle principali tecnologie di motori in uso oggi.

Modernizzazione dei motori degli ascensori: quando effettuare l'aggiornamento e cosa aspettarsi

La decisione di modernizzare il sistema motore di azionamento di un ascensore, piuttosto che continuare a mantenere l'installazione esistente, è guidata da una combinazione di fattori: aumento dei costi di manutenzione, peggioramento della qualità di guida, prestazioni energetiche inferiori agli attuali requisiti di certificazione degli edifici, obsolescenza dei pezzi di ricambio e cambiamenti negli standard di sicurezza che richiedono aggiornamenti di conformità. Comprendere le opzioni di modernizzazione e i loro probabili risultati aiuta i proprietari degli edifici a prendere decisioni di investimento ben informate.

• Modernizzazione solo drive (sostituzione controllo e inverter): La sostituzione del controller dell'ascensore e dell'inverter mantenendo il motore e la macchina esistenti è l'opzione di modernizzazione meno distruttiva e più economica, adatta quando il motore e la macchina sono meccanicamente sani ma il sistema di controllo è obsoleto o inaffidabile. Questo approccio può migliorare significativamente la qualità di guida (sostituendo il controllo del contattore a due velocità con profili di accelerazione VFD fluidi) e può ridurre il consumo di energia del 15-25%, ma i guadagni di efficienza sono limitati se il motore esistente è un tipo a induzione con ingranaggi a bassa efficienza.
• Modernizzazione completa di macchine e azionamenti: La sostituzione dell'intera macchina di trazione (motore, freno, puleggia) insieme al sistema di trasmissione e controllo offre il massimo miglioramento in termini di prestazioni, efficienza e affidabilità. Per un'installazione esistente di motore a induzione con riduttore con sala macchine, la sostituzione con una macchina PMSM e un azionamento rigenerativo consente in genere di ottenere una riduzione energetica del 50–70%, elimina la manutenzione dell'olio per ingranaggi, riduce il rumore e fornisce 25 anni di durata operativa aggiuntiva. Il costo di questa opzione varia ampiamente in base alle dimensioni della macchina e alla difficoltà di accesso, ma in genere viene recuperato in un risparmio energetico entro 5-8 anni per gli edifici commerciali ad alta intensità di traffico.
• Conversione senza locale macchina: Alcuni progetti di ammodernamento convertono le installazioni esistenti della sala macchine nella configurazione MRL trasferendo la nuova macchina PMSM compatta nel vano di corsa, consentendo di riconvertire la vecchia sala macchine come spazio affittabile. Questa conversione è significativa dal punto di vista architettonico e può generare un reddito da locazione che accelera sostanzialmente il ritorno finanziario sull'investimento di modernizzazione, ma richiede un'attenta valutazione strutturale e del vano corsa per verificare che la struttura della rotaia di guida possa sostenere i carichi di montaggio della nuova macchina.
• Conversione da idraulico a trazione: La conversione di un ascensore idraulico esistente in un sistema di trazione (azionamento a fune) con un motore PMSM senza ingranaggi è una modernizzazione più ampia che affronta sia l'inefficienza energetica dell'azionamento idraulico (efficienza del sistema tipicamente del 25-40%) sia la responsabilità ambientale dell'olio idraulico e del cilindro. La conversione della trazione elimina il cilindro idraulico e il fluido, aumenta la capacità di velocità di traslazione e riduce il consumo di energia del 50–70%. Il progetto prevede l'installazione di una nuova macchina sopraelevata, binari di guida adatti ai carichi di trazione, un nuovo telaio e contrappeso della cabina, nonché la rimozione completa del sistema idraulico e lo smaltimento dei fluidi: un costo di progetto sostanziale che è generalmente giustificato per gli ascensori con una significativa durata residua dell'edificio e un'elevata intensità di traffico.