O que um motor de elevador faz e por que a escolha é importante

O motor do elevador é o coração de qualquer sistema de elevador - é a máquina que converte energia elétrica no torque mecânico necessário para mover a cabine do elevador, seus passageiros e seu contrapeso para cima e para baixo no poço do elevador. Cada parâmetro de qualidade de viagem que os passageiros percebem – suavidade de aceleração, precisão de nivelamento, conforto de parada e nível de ruído – é diretamente determinado pelo desempenho do motor de acionamento do elevador e seu sistema de controle associado. Um motor mal especificado ou desgastado produz partidas bruscas, nivelamento impreciso do piso e ruído mecânico que prejudica a confiança do usuário na instalação e acelera o desgaste de cabos, guias e componentes de freio.

Para proprietários de edifícios, gestores de instalações e engenheiros de elevadores, a decisão de seleção do motor acarreta consequências que vão muito além do custo inicial de instalação. O motor do elevador é o maior consumidor de energia elétrica em um sistema típico de elevador de edifício médio, e as diferenças de eficiência energética entre as tecnologias de motor podem se traduzir em milhares de dólares por ano em custos operacionais em uma instalação de vários elevadores. O tipo de motor também determina os requisitos da sala de máquinas – ou se é necessária uma sala de máquinas – os intervalos de manutenção, os níveis de ruído e vibração transmitidos à estrutura do edifício e a facilidade de modernização futura à medida que a tecnologia de acionamento evolui.

A indústria de elevadores passou por uma transição tecnológica substancial nas últimas três décadas, mudando de acionamentos de motores de indução predominantemente com engrenagens para sistemas de motores síncronos de ímã permanente (PMSM) sem engrenagens com acionamentos de frequência variável (VFDs). Compreender toda a gama de tecnologias de motores de elevadores disponíveis – seus princípios operacionais, características de desempenho, pontos fortes e limitações – é essencial para tomar decisões informadas sobre novas instalações, projetos de modernização e estratégias de manutenção.

Motores de elevador com engrenagens e sem engrenagens: a divisão fundamental

A classificação mais fundamental em motor de elevador a tecnologia divide os sistemas de acionamento em configurações com e sem engrenagens. Esta distinção afeta quase todos os aspectos da instalação: tamanho da sala de máquinas, nível de ruído, consumo de energia, velocidade da roldana do cabo e requisitos de manutenção.

Sistemas de acionamento de elevadores engrenados

Em um elevador de engrenagens, o eixo do motor aciona uma engrenagem helicoidal ou unidade de redução de engrenagem helicoidal, o que reduz a alta velocidade de rotação do motor (normalmente 900–1.500 RPM para um motor de indução padrão) até a baixa velocidade da roldana (normalmente 30–100 RPM) necessária para acionar os cabos de içamento na velocidade correta do cabo. A relação de redução da engrenagem é normalmente de 15:1 a 40:1 para máquinas de engrenagens helicoidais e de 5:1 a 12:1 para unidades de engrenagens helicoidais. Esta configuração permite que um motor de indução de velocidade padrão relativamente pequeno desenvolva torque suficiente na roldana do cabo através da vantagem mecânica da relação de transmissão. Os motores de elevador com engrenagens são predominantemente motores de indução CA ou CC que variam de 5 kW para elevadores residenciais pequenos a 75 kW para elevadores comerciais de altura média com velocidades de cabo de até 2,5 m/s. As principais vantagens dos acionamentos por engrenagem são o custo inicial mais baixo, o uso de componentes de motor padrão amplamente disponíveis e a compatibilidade com a fonte de alimentação trifásica padrão do edifício, sem a necessidade de acionamentos inversores especializados em instalações mais antigas de CA de duas velocidades.

As desvantagens das máquinas com engrenagens são significativas e explicam por que a tecnologia está em declínio nas novas instalações. A unidade de engrenagem helicoidal introduz perdas mecânicas de 30 a 50% (as engrenagens helicoidais são inerentemente ineficientes), o que significa que um motor de elevador com engrenagem deve ser consideravelmente maior do que seu equivalente sem engrenagem para fornecer a mesma potência de movimento do carro. O óleo da engrenagem requer monitoramento e substituição periódica (normalmente a cada 3–5 anos), e a superfície de desgaste da engrenagem helicoidal gera calor e ruído que aumentam com o tempo à medida que a malha da engrenagem se degrada. As máquinas com engrenagens também têm velocidades de cabo limitadas – a maioria não é econômica acima de 2,5 m/s – e normalmente exigem uma sala de máquinas dedicada acima do poço do elevador para a caixa de engrenagens, o motor e o gabinete de controle.

Motores de elevador sem engrenagens

Em um acionamento de elevador sem engrenagens, o eixo do motor é diretamente acoplado à roldana do cabo – não há caixa de engrenagens intermediária. O motor deve, portanto, operar exatamente na baixa velocidade exigida pela polia (normalmente 30–100 RPM) enquanto desenvolve um torque muito alto diretamente no eixo. Essa configuração de acionamento direto elimina todas as perdas mecânicas, ruídos e manutenção relacionados às engrenagens, e é a razão pela qual os modernos motores de elevador sem engrenagens alcançam eficiências gerais do sistema de 75 a 90%, em comparação com 45 a 60% para equivalentes com engrenagens. Máquinas sem engrenagens são usadas para velocidades de cabo acima de 1,0 m/s em aplicações de elevação média e alta e agora também são amplamente implantadas em elevadores de elevação baixa e média sem casa de máquinas (MRL), onde o pacote de motor compacto é instalado diretamente no poço do poço ou na parede do poço, eliminando totalmente a sala de máquinas. O projeto sem engrenagens requer um motor de baixa velocidade e alto torque especialmente projetado (normalmente uma máquina síncrona de ímã permanente) ou um motor de indução de baixa velocidade especialmente projetado - motores de catálogo padrão não podem ser usados ​​sem uma caixa de engrenagens porque giram na velocidade errada.

Tipos de motores de elevador: uma análise detalhada

Dentro das categorias com e sem engrenagens, diversas tecnologias de motores distintas são usadas em aplicações de elevadores, cada uma com características específicas de desempenho, perfis de eficiência e adequação à aplicação.

Motor Síncrono de Ímã Permanente (PMSM) — O Padrão Moderno

O motor síncrono de ímã permanente tornou-se a tecnologia dominante para novas instalações de elevadores em todo o mundo, usado na grande maioria dos acionamentos de elevadores sem engrenagem MRL e em salas de máquinas. Em um PMSM, o rotor carrega ímãs permanentes (normalmente neodímio-ferro-boro, NdFeB) que criam um campo magnético constante sem exigir corrente no enrolamento do rotor, eliminando perdas de cobre do rotor e melhorando drasticamente a eficiência. O estator é fornecido com energia CA de frequência e tensão variáveis ​​a partir de um inversor de acionamento de elevador (VFD) dedicado, que controla com precisão a velocidade e a posição do rotor usando feedback do encoder. Os motores de elevador PMSM alcançam eficiências energéticas de 92 a 96% na carga nominal – significativamente maior do que qualquer alternativa de motor de indução. Eles são compactos e leves devido à sua saída de torque (densidade de potência 2–4× maior que motores de indução equivalentes), operam silenciosamente e permitem controle extremamente preciso de velocidade e posição para partidas e paradas suaves e nivelamento preciso do piso com precisão de ±1–2 mm. A principal limitação dos motores de elevador PMSM é sua dependência dos ímãs de terras raras, que agregam custos e criam considerações sobre a cadeia de fornecimento, e sua exigência de um inversor compatível – eles não podem funcionar diretamente da fonte sem um VFD.

Motor de indução CA com inversor de frequência variável (VFD)

Os motores de indução CA trifásicos controlados por acionamentos de frequência variável representam a alternativa moderna e atualizada aos acionamentos de motores de indução de velocidade fixa mais antigos em aplicações de elevadores com engrenagens e também são usados em algumas configurações sem engrenagens. O VFD ajusta a frequência e a tensão fornecidas ao motor para controlar sua velocidade continuamente, permitindo perfis de aceleração suaves e controle de velocidade preciso sem os sistemas reostáticos ou de controle de velocidade do gerador do motor, que desperdiçam energia, usados ​​em instalações mais antigas. Os motores de elevador de indução CA com VFDs alcançam eficiências totais do sistema de 65 a 80% em instalações com engrenagens e até 85% em configurações otimizadas sem engrenagens - significativamente melhores do que os sistemas CA de duas velocidades ou CC Ward-Leonard que eles substituíram. Suas principais vantagens sobre o PMSM são o menor custo do motor, a ausência de dependência de ímãs de terras raras e a capacidade de modernizar instalações existentes com mais facilidade, uma vez que estruturas de motor padrão e configurações de enrolamento estão disponíveis em vários fabricantes, sem a necessidade da cadeia de fornecimento especializada de ímãs do PMSM.

Motores de elevador DC (Ward-Leonard e controle de tiristor)

Os motores CC controlados por grupos geradores de motor Ward-Leonard ou, mais tarde, por acionamentos retificadores de tiristores (SCR) dominaram as instalações de elevadores de alto desempenho da década de 1930 até a década de 1990. Os motores de elevador da série DC ou compostos forneceram excelente torque em baixa velocidade, controle de velocidade suave e características de frenagem dinâmica necessárias para elevadores de alta velocidade e arranha-céus antes que a tecnologia AC VFD amadurecesse o suficiente para corresponder ao seu desempenho. Muitas instalações antigas de elevadores comerciais premium e de arranha-céus ainda usam sistemas de acionamento CC que foram instalados nas décadas de 1970 a 1990 e continuam a funcionar de maneira confiável. Os motores de elevador CC não são mais especificados para novas instalações porque os sistemas CA VFD e PMSM igualaram ou excederam seu desempenho com menor custo, maior eficiência e requisitos de manutenção significativamente mais baixos (os motores CC exigem manutenção periódica das escovas e do comutador que os motores CA eliminam totalmente). A base instalada de motores de elevadores CC representa uma grande oportunidade de modernização para proprietários de edifícios que buscam economia de energia e manutenção reduzida.

Acionamentos de elevador com motor de indução linear (LIM)

Os sistemas de elevador com motor de indução linear eliminam totalmente o cabo e a roldana, usando um estator plano montado no poço do elevador e um trilho de reação conectado ao carro do elevador para produzir impulso linear direto sem quaisquer componentes rotativos. Os elevadores LIM são usados ​​em aplicações específicas – principalmente em algumas torres de observação, parques de diversões e sistemas experimentais de transporte vertical – onde a ausência de cordas e contrapesos simplifica a estrutura do poço do elevador. No entanto, os elevadores LIM não alcançaram ampla adoção comercial em aplicações de elevadores de edifícios padrão devido à menor eficiência em comparação com os sistemas de tração por cabo e à complexidade da instalação do barramento de força no poço do elevador. Continuam a ser uma tecnologia de nicho com vantagens específicas em determinados contextos arquitetónicos.

Unidades de energia para elevadores hidráulicos

Os elevadores hidráulicos usam um motor elétrico para acionar uma bomba hidráulica que pressuriza o fluido para estender ou retrair um pistão, movendo a cabine do elevador. O motor em uma unidade de potência de elevador hidráulico é normalmente um motor de indução CA trifásico funcionando em velocidade constante (1.450 ou 1.500 RPM a 50 Hz), acionando uma bomba hidráulica de deslocamento fixo ou variável. Os tamanhos dos motores variam de 5 kW para elevadores domésticos pequenos a 45 kW para elevadores hidráulicos comerciais pesados. Os acionamentos de elevadores hidráulicos são limitados a baixas alturas (normalmente de 2 a 6 andares), baixas velocidades (até 0,63 m/s) e são altamente ineficientes em termos de energia em comparação com sistemas de elevadores de tração - o motor funciona a toda velocidade mesmo durante a descida, com a energia dissipada como calor no fluido hidráulico em vez de ser recuperada. As modernas unidades de energia hidráulica de velocidade variável com deslocamento da bomba controlado eletronicamente melhoraram a eficiência e a qualidade de deslocamento em relação aos sistemas mais antigos de velocidade fixa, mas os elevadores hidráulicos permanecem fundamentalmente menos eficientes do que as alternativas de tração e estão em declínio em novas instalações, exceto para aplicações específicas de edifícios baixos, onde a colocação da sala de máquinas abaixo do elevador é arquitetonicamente vantajosa.

Principais especificações técnicas de um motor de elevação de elevador

Ao especificar ou avaliar um motor de elevador, um conjunto de parâmetros técnicos importantes define sua adequação para uma determinada aplicação. Compreender essas especificações é essencial para fazer comparações precisas entre produtos e garantir que o motor selecionado atenda às demandas da aplicação e aos requisitos regulamentares.

Motores de elevador sem sala de máquinas (MRL): como o design compacto mudou a indústria

A introdução da tecnologia de elevadores sem casa de máquinas em meados da década de 1990 - possibilitada pelo desenvolvimento de motores de elevador PMSM compactos e de alto torque sem engrenagens - mudou fundamentalmente a prática de instalação de elevadores e o projeto de edifícios. Antes dos sistemas MRL, cada instalação de elevador de tração exigia uma sala de máquinas dedicada, normalmente localizada diretamente acima do poço do elevador, contendo a máquina de tração, o painel de controle e o governador. Esta sala de máquinas ocupava imóveis valiosos (normalmente 10–20 m² por elevador), exigia suporte estrutural capaz de suportar o peso do motor e da maquinaria e impunha restrições de altura do teto no último andar do edifício.

Os motores de elevador MRL são projetados especificamente para instalação no próprio poço do elevador - seja na parede lateral do poço no patamar superior, na parte inferior do teto do poço ou em uma estrutura aérea rasa - sem uma sala de máquinas separada. Isso é possível porque os motores sem engrenagens PMSM modernos têm um disco muito plano ou perfil de panqueca (comprimento axial geralmente inferior a 300–400 mm, mesmo para máquinas de 15–20 kW) e sua baixa velocidade de operação (30–80 RPM) elimina a necessidade de uma caixa de engrenagens grande e pesada que dava volume às máquinas tradicionais. O motor e o sistema de controle são integrados em unidades compactas que podem ser instaladas por mecânicos de elevadores padrão, sem equipamento de guindaste especializado, na maioria dos casos.

Os benefícios das instalações de elevadores MRL são substanciais: a eliminação da sala de máquinas economiza 10 a 20 m² de área líquida útil por elevador (altamente valioso em edifícios comerciais e residenciais urbanos), reduz o custo estrutural ao eliminar a necessidade de um piso de sala de máquinas com capacidade de carga de viga de guindaste, e o pacote de motor compacto com acionamento VFD e recuperação de energia pode reduzir o consumo de energia em 40 a 70% em comparação com os sistemas AC com engrenagens mais antigos ou DC Ward-Leonard que eles substituem em projetos de modernização. Hoje, os elevadores MRL movidos por motores PMSM compactos sem engrenagens são responsáveis ​​pela maioria das novas instalações de elevadores em edifícios de até aproximadamente 10 a 15 andares de altura, e sua tecnologia tem sido progressivamente estendida para atender edifícios mais altos à medida que a densidade de potência do motor continua a melhorar.

Eficiência energética e acionamentos regenerativos em sistemas de motores de elevadores

Os motores dos elevadores estão entre as maiores cargas elétricas em edifícios de vários andares, e o consumo de energia nos sistemas de elevadores tem recebido atenção crescente à medida que os códigos de energia dos edifícios se tornam mais rígidos e o custo da eletricidade comercial aumenta. Compreender o desempenho energético de diferentes configurações de motores e acionamentos de elevadores ajuda os proprietários de edifícios a tomar decisões informadas sobre novas instalações e investimentos em modernização.

Como os motores dos elevadores consomem e recuperam energia

Um motor de elevador atua como motor durante algumas fases operacionais e como gerador durante outras, dependendo da direção de deslocamento do carro e do peso relativo do carro mais os passageiros versus o contrapeso. Quando o elevador se move na direção do lado mais pesado (por exemplo, um vagão carregado subindo ou um vagão vazio descendo), o motor de acionamento consome energia da rede. Quando o elevador se move contra o lado mais pesado (um carro vazio subindo contra um contrapeso pesado ou um carro carregado descendo), o motor está essencialmente sendo acionado pela carga – ele atua como um gerador, produzindo energia elétrica. Num acionamento convencional não regenerativo, esta energia gerada é dissipada como calor nos resistores de frenagem. Em um acionamento regenerativo (também chamado de front-end ativo ou acionamento de recuperação de energia), essa energia gerada é devolvida ao sistema de distribuição elétrica do edifício para utilização por outras cargas - um processo denominado frenagem regenerativa ou recuperação de energia.

Economia de energia com acionamentos regenerativos de elevadores

Os acionamentos regenerativos de elevadores combinados com motores PMSM de alta eficiência representam o que há de mais moderno em desempenho energético de elevadores. A energia recuperada durante as fases de travagem regenerativa – que pode representar 20-35% da energia total fornecida pelo motor num ciclo de trabalho típico – é devolvida à rede do edifício em vez de ser desperdiçada como calor. Combinado com a maior eficiência de linha de base de um motor PMSM (92–96%) em comparação com um motor de indução com engrenagens mais antigo (45–60% do sistema total), um retrofit completo do acionamento regenerativo PMSM pode reduzir o consumo de energia do elevador em 60–75% em edifícios com sistemas hidráulicos de duas velocidades AC mais antigos ou com engrenagens. Para um edifício típico de altura média com 2 a 4 elevadores, isto pode traduzir-se numa poupança anual de eletricidade de 10.000 a 30.000 kWh por elevador, representando uma redução significativa dos custos operacionais com as atuais tarifas comerciais de eletricidade. Os padrões de teste de consumo de energia para elevadores — incluindo ISO 25745 (Global) e VDI 4707 (norma alemã que influenciou a ISO 25745) — fornecem uma estrutura padronizada para medir e comparar o consumo de energia de elevadores entre produtos e tipos de instalação.

Consumo de energia em modo de espera e inativo

Um aspecto frequentemente esquecido do consumo de energia do motor do elevador é a energia de espera – a eletricidade consumida pelo sistema de controle do elevador, iluminação, ventilação e componentes eletrônicos de acionamento quando o elevador está ocioso (sem fazer uma viagem). Em muitos edifícios comerciais, o elevador fica inativo durante 60 a 80% das 24 horas do dia, o que significa que a energia em espera pode representar uma fração significativa do consumo total de energia do elevador. Sistemas modernos de controle de elevador com modos de espera, iluminação LED da cabine, ventilação controlada por demanda e modos VFD de espera de baixo consumo de energia podem reduzir o consumo de energia em espera para até 50–100 W por elevador, em comparação com 200–600 W para sistemas mais antigos – uma diferença que se acumula significativamente ao longo da vida operacional do elevador.

Seleção do motor do elevador: combinando o inversor com a aplicação

A seleção do motor de elevador certo para uma aplicação predial específica requer uma abordagem sistemática que avalie vários parâmetros interdependentes. Fazer isso corretamente na fase de projeto evita tanto a subespecificação (desempenho inadequado, superaquecimento, desgaste prematuro) quanto a superespecificação (desperdício de custos de capital, baixa eficiência de carga parcial).

Cálculo da potência necessária do motor

A potência mínima necessária do motor do elevador pode ser calculada a partir da equação fundamental: P = (Q × g × v) / (η_sistema × 1000), onde Q é a carga líquida (carga nominal do carro menos desequilíbrio do contrapeso, em kg), g é a aceleração gravitacional (9,81 m/s²), v é a velocidade nominal do carro (m/s) e η_sistema é a eficiência total do sistema de acionamento, incluindo motor, inversor de acionamento e perdas por atrito da roldana/cabo. O contrapeso é normalmente ajustado para o peso do carro vazio mais 40-50% da carga nominal, o que significa que o motor só precisa acionar o desequilíbrio entre o carro mais a carga e o contrapeso, em vez de levantar o peso da carga total. Para um elevador de carga nominal de 1.000 kg a 1,6 m/s com um desequilíbrio de contrapeso de 40% e eficiência total do sistema de 85%, a potência do motor necessária é de aproximadamente (400 × 9,81 × 1,6) / (0,85 × 1000) ≈ 7,4 kW. Um motor de 10 a 11 kW seria então selecionado para fornecer um tamanho de catálogo padrão com uma margem de potência de 30 a 35% para aceleração, operação de emergência e reserva térmica.

Categoria de velocidade e tipo de aplicação

A especificação da velocidade do carro é o parâmetro mais importante para determinar qual tecnologia de motor é apropriada. Como orientação geral: para velocidades de até 0,63 m/s (elevadores residenciais e comerciais baixos), são comuns acionamentos hidráulicos ou pequenos motores de indução com VFDs; para 0,63–2,5 m/s (comercial e residencial de altura média), os sistemas PMSM MRL sem engrenagem dominam o mercado; para 2,5–10 m/s (edifícios comerciais e de uso misto), máquinas PMSM maiores e sem engrenagens em salas de máquinas convencionais ou salas de máquinas de cobertura são padrão; acima de 10 m/s (edifícios superaltos), são necessárias máquinas sem engrenagens de alta velocidade projetadas especificamente de fabricantes especializados (Otis, KONE, Schindler, Mitsubishi), muitas vezes com configurações de cabos personalizadas, recursos de proteção sísmica e sistemas ativos de amortecimento de ruído.

Requisitos de intensidade de tráfego e ciclo de trabalho

O dimensionamento térmico de um motor de acionamento de elevador deve levar em conta a intensidade de tráfego esperada – com que frequência o elevador irá funcionar em partidas por hora e qual será o padrão do ciclo de trabalho ligado/desligado. Um elevador residencial com 15 a 30 partidas por hora requer um motor com massa térmica substancialmente menor do que um elevador comercial de alto tráfego em um prédio de escritórios durante o horário de pico matinal, que pode atingir 120 a 180 partidas por hora. As classificações de ciclo de trabalho IEC 60034-1 – S3 (trabalho periódico intermitente), S4 (trabalho periódico intermitente com partida) e S5 (trabalho periódico intermitente com partida e frenagem elétrica) – são a estrutura padrão para especificar os requisitos térmicos do motor do elevador. O subdimensionamento da classe térmica é uma das causas mais comuns de falha prematura do enrolamento do motor do elevador em instalações de tráfego intenso.

Sistemas de segurança integrados com motores de elevador

O motor do elevador não funciona isoladamente – está integrado com um conjunto de sistemas de segurança obrigatórios que monitorizam, controlam e limitam o seu funcionamento para garantir sempre a segurança dos passageiros. Compreender essas interfaces de segurança é essencial tanto para o pessoal de manutenção quanto para os engenheiros de modernização.

• Freio Eletromecânico: Todos os motores de elevadores de tração são equipados com um freio eletromagnético acionado por mola e liberado eletricamente que é acionado automaticamente quando a energia é removida – seja intencionalmente em um pouso ou como resultado de falha de energia, interrupção do circuito de segurança ou condição de falha. O freio deve manter o carro totalmente carregado parado em qualquer inclinação, sem rastejar, e deve ser capaz de parar um carro com excesso de velocidade em conjunto com o regulador e o sistema de segurança. EN 81-20 (norma europeia) e ASME A17.1 (norma norte-americana) especificam torques mínimos de retenção do freio e exigem circuitos de freio redundantes em novas instalações. O monitoramento da condição do freio – medindo a corrente de liberação do freio, o tempo de liberação e o desgaste do disco – está cada vez mais integrado aos controladores de acionamento modernos como uma ferramenta de manutenção preditiva.
• Monitoramento do regulador de velocidade e do codificador: O codificador do motor do elevador fornece feedback contínuo de velocidade ao controlador de acionamento, que compara a velocidade real com os perfis de velocidade permitidos ao longo do percurso. Se o limite de velocidade excessiva da cabine for excedido — normalmente 115–125% da velocidade nominal — o controlador de tração inicia uma sequência de parada de emergência. Um regulador centrífugo mecânico conectado ao carro através do cabo do governador fornece um sistema secundário e independente de detecção de excesso de velocidade que ativa o equipamento de segurança do carro (tipo progressivo ou instantâneo) para prender os trilhos guia e levar o carro a uma parada controlada independente do motor ou sistema de acionamento.
• Funções Safe Torque Off (STO) e Safety Drive: Os modernos inversores VFD de elevador incorporam funções de segurança do inversor IEC 61800-5-2, principalmente o Safe Torque Off (STO), que remove a tensão de produção de torque dos enrolamentos do motor sem desligar todo o inversor, eliminando o risco de reinicialização inesperada do motor após uma parada de emergência enquanto o inversor permanece em um estado seguro monitorado. Funções de segurança de nível superior, incluindo Parada Segura 1 (SS1) e monitoramento de Velocidade Segura (SMS), são cada vez mais exigidas pela EN 81-20 para novas instalações e são implementadas no processador de segurança do inversor sem a necessidade de relés de segurança externos.
• Proteção Térmica: Os motores do elevador são equipados com termistores (sensores PTC) ou sensores de temperatura de resistência PT100 embutidos nos enrolamentos do estator, que monitoram continuamente a temperatura do enrolamento e sinalizam ao controlador do inversor para reduzir a carga ou desligar se o limite térmico for atingido. Essa proteção evita danos ao isolamento causados ​​por sobrecarga sustentada — por exemplo, um motor funcionando em um dia de tráfego intenso durante uma onda de calor de verão em uma sala de máquinas sem ar condicionado. Alguns motores de elevador PMSM modernos também monitoram a temperatura do ímã para proteger contra a desmagnetização em temperaturas elevadas.
• Proteção contra movimento não intencional do carro (UCM): A EN 81-20 introduziu o requisito de proteção contra movimentos não intencionais da cabine - um sistema que detecta qualquer movimento da cabine do elevador para longe de um patamar com as portas abertas e ativa um dispositivo de parada dentro de um tempo e limite de distância prescritos. A proteção UCM é implementada usando o encoder do motor para monitoramento de posição combinado com um intertravamento de hardware no sistema de acionamento que evita o desenvolvimento de força de tração quando a porta aberta é sinalizada, com um dispositivo de parada mecânica independente como backup.

Manutenção do motor do elevador: o que inspecionar e com que frequência

A manutenção preventiva adequada do motor de tração do elevador é essencial para a operação segura, conformidade legal e alcançar a vida útil projetada do motor de 25 a 40 anos para máquinas PMSM modernas. O cronograma de manutenção e o conteúdo da inspeção variam de acordo com o tipo de motor, a intensidade do tráfego e os requisitos dos regulamentos locais de elevadores (que normalmente exigem inspeção periódica por um engenheiro de elevadores certificado, independentemente do programa de manutenção interno do proprietário).

Verificações mensais e trimestrais de rotina

As verificações mensais dos motores de elevador PMSM sem engrenagens devem incluir a escuta de ruídos anormais durante a operação do motor (estrondo dos rolamentos, ruído do freio ou vibração ressonante), a verificação de que o conjunto do motor e do freio não mostra sinais de entrada de óleo ou umidade e a verificação do display de temperatura do motor ou do registro do controlador quanto a quaisquer eventos térmicos desde a última inspeção. As verificações trimestrais devem incluir inspeção visual de todas as terminações de cabos elétricos na caixa de junção do motor quanto ao aperto e sinais de superaquecimento (descoloração, rachaduras no isolamento), verificação das configurações da folga do freio em relação às especificações do fabricante usando calibradores de folga e uma inspeção manual do cabo na roldana para redução do diâmetro do cabo, quebras de fio ou contaminação de lubrificante que possa aumentar o desgaste da roldana.

Tarefas Anuais de Manutenção

A manutenção anual de um motor de elevador sem engrenagens deve incluir testes de resistência de isolamento dos enrolamentos do motor usando um megôhmetro de 500 V ou 1.000 V – a resistência de isolamento mínima aceitável é de 1 MΩ por 1 kV de tensão nominal, com valores abaixo de 10 MΩ garantindo investigação e tendências mais aprofundadas. A condição do rolamento deve ser avaliada por medição de vibração (usando um analisador de vibração portátil nas tampas do motor) e comparada com leituras de base obtidas no comissionamento ou na última substituição do rolamento. A lubrificação dos rolamentos – lubrificação dos rolamentos do motor de acordo com as especificações do fabricante (normalmente 15–25 g de graxa de complexo de lítio a cada 2.000–4.000 horas de operação) ou verificação da condição de vedação permanente do rolamento – deve ser realizada. Para máquinas com engrenagens, a inspeção anual inclui amostragem de óleo de engrenagem para análise de partículas metálicas (testes ferrográficos para detectar o desgaste da engrenagem antes da falha), medição da folga da engrenagem sem-fim em relação às especificações e inspeção da condição da vedação da caixa de engrenagens.

Sinais de que um motor de elevador precisa ser substituído

Os principais indicadores de que um motor de tração de elevador atingiu o fim da vida útil e deve ser substituído em vez de reparado incluem: resistência de isolamento consistentemente abaixo de 1 MΩ apesar do rebobinamento ou tratamento (indicando danos irreversíveis por umidade ou quebra de isolamento), desgaste do furo do alojamento do rolamento que não pode ser corrigido sem a substituição do alojamento, desmagnetização do ímã do rotor PMSM indicada pela perda da constante de torque do motor e confirmada por teste de EMF traseiro sem carga, desgaste da ranhura da polia além do limite de desgaste do fabricante (exigindo a substituição da polia, o que muitas vezes faz substituição econômica de toda a máquina) ou um sistema de controle que não é mais suportado pelo fabricante e para o qual não há peças de reposição disponíveis. Em muitos casos, a modernização completa da máquina – substituindo o motor, o acionamento e o sistema de controle como um pacote – é mais econômica num horizonte de 15 a 20 anos do que reparar uma máquina antiga e atualizar separadamente o sistema de controle, especialmente tendo em conta as economias de energia disponíveis nos modernos acionamentos PMSM.

Comparando as principais tecnologias de motores de elevadores lado a lado

Para engenheiros, proprietários de edifícios e equipes de compras que avaliam opções de motores de elevadores, esta tabela de comparação resume os principais fatores de diferenciação entre as principais tecnologias de motores em uso atualmente.

Modernização do motor do elevador: quando atualizar e o que esperar

A decisão de modernizar o sistema de motor de acionamento de um elevador - em vez de continuar a manter a instalação existente - é motivada por uma combinação de fatores: aumento dos custos de manutenção, declínio da qualidade da viagem, desempenho energético que fica aquém dos atuais requisitos de certificação de edifícios, obsolescência de peças sobressalentes e alterações nas normas de segurança que exigem atualizações de conformidade. Compreender as opções de modernização e os seus prováveis ​​resultados ajuda os proprietários de edifícios a tomar decisões de investimento bem informadas.

• Modernização somente do drive (substituição do controle e do inversor): Substituir o controlador do elevador e o inversor de acionamento, mantendo o motor e a máquina existentes, é a opção de modernização menos perturbadora e de menor custo, adequada quando o motor e a máquina estão mecanicamente sólidos, mas o sistema de controle é obsoleto ou não confiável. Esta abordagem pode melhorar significativamente a qualidade do percurso (substituindo o controle do contator de duas velocidades por perfis de aceleração VFD suaves) e pode reduzir o consumo de energia em 15–25%, mas os ganhos de eficiência são limitados se o motor existente for do tipo de indução com engrenagem de baixa eficiência.
• Modernização completa da máquina e do acionamento: A substituição de toda a máquina de tração (motor, freio, roldana) juntamente com o sistema de acionamento e controle proporciona o máximo desempenho, eficiência e melhoria de confiabilidade. Para uma instalação existente de motor de indução com sala de máquinas, a substituição por uma máquina PMSM e acionamento regenerativo normalmente atinge uma redução de energia de 50 a 70%, elimina a manutenção do óleo de engrenagem, reduz o ruído e fornece 25 anos de vida útil adicional. O custo desta opção varia amplamente de acordo com o tamanho da máquina e a dificuldade de acesso, mas normalmente é recuperado em economia de energia dentro de 5 a 8 anos para edifícios comerciais com alta intensidade de tráfego.
• Conversão sem casa de máquinas: Alguns projetos de modernização convertem as instalações existentes da sala de máquinas para a configuração MRL, realocando a nova máquina PMSM compacta para o poço do elevador – permitindo que a antiga sala de máquinas seja reaproveitada como espaço alugável. Esta conversão é arquitetonicamente significativa e pode gerar receitas de aluguel que aceleram substancialmente o retorno financeiro do investimento de modernização, mas requer uma avaliação cuidadosa da estrutura e do poço para verificar se a estrutura do trilho-guia pode suportar as novas cargas de montagem da máquina.
• Conversão hidráulica em tração: A conversão de um elevador hidráulico existente em um sistema de tração (acionado por cabo) com um motor PMSM sem engrenagens é uma modernização mais extensa que aborda tanto a ineficiência energética do acionamento hidráulico (eficiência do sistema normalmente de 25 a 40%) quanto a responsabilidade ambiental do óleo hidráulico e do cilindro. A conversão de tração elimina o cilindro hidráulico e o fluido, aumenta a capacidade de velocidade de deslocamento e reduz o consumo de energia em 50–70%. O projeto envolve a instalação de uma nova máquina suspensa, trilhos-guia classificados para cargas de tração, uma nova estrutura e contrapeso do carro, além da remoção completa do sistema hidráulico e descarte de fluidos – um custo de projeto substancial que normalmente é justificado para elevadores com vida útil restante significativa e alta intensidade de tráfego.