Las 10 causas principales de fallos de sobreintensidad en variadores de frecuencia

¿Qué es un fallo de sobreintensidad VFD?​

El fallo por sobreintensidad del variador de frecuencia hace referencia a la respuesta de protección de emergencia que se activa cuando el variador detecta una corriente transitoria superior a 150% del valor nominal (que dura más de 300 μs). Al detectar una sobrecorriente, los impulsos de salida del IGBT se bloquean inmediatamente, de forma similar al mecanismo de protección por fusible de los sistemas de alimentación eléctrica. Cuando se detecta esta anomalía (códigos de fallo del VFD, por ejemplo, FU-02; los códigos reales deben consultarse en el manual del equipo), el transformador de corriente activa la protección en 0,1 ms con una precisión de ±1%, evitando el quemado del módulo IGBT (temperatura de unión superior a 175°C) o los riesgos de carbonización del aislamiento del motor. Estos fallos de VFD, que representan 42% de los eventos de apagado de VFD, son precisamente los fallos principales que pueden prevenirse proactivamente mediante la optimización de parámetros y la detección de hardware.

Las 10 causas más comunes de fallos de sobreintensidad en variadores de frecuencia

1. Carga excesiva del motor

Motores de accionamiento variable que accionan cargas de gran inercia (como bombas de accionamiento de frecuencia variable cuando el impulsor encuentra repentinamente un atasco o un golpe de ariete de cavitación durante el arranque) experimentan un aumento repentino de la resistencia mecánica, forzando el par de salida a superar el límite 150%. Para mantener la velocidad ajustada, el variador de frecuencia seguirá aumentando la corriente. Cuando la corriente supere los 200% del valor nominal y continúe durante más de 500 ms, se activará inevitablemente el fallo por sobrecorriente del VFD. Los puntos de control incluyen el estado de frenado del ventilador, el bloqueo de la trayectoria de flujo de la carcasa de la bomba y un par de fricción anormal en el sistema de transmisión.

2.Cortocircuitos

Los cortocircuitos fase-fase/tierra de salida hacen que las corrientes superen con creces los valores nominales (＞1000%), lo que puede provocar la explosión de los componentes del VFD (IGBT/condensadores) y activar instantáneamente los códigos de fallo del VFD, el tipo más grave de fallo del VFD.

3.Ajustes incorrectos del variador de frecuencia

Cuando el tiempo de aceleración es demasiado corto (180%, los componentes de un VFD (como el IGBT/unidad de monitorización) juzgarán mal las características de la carga, provocando que los variadores VFD activen con frecuencia el fallo por sobrecorriente VFD.

4.Problemas con el motor o los cables

Cortocircuito entre espiras del devanado del motor de frecuencia variable (resistencia equivalente reducida 20 veces) o envejecimiento del aislamiento del cable eléctrico del VFD (fuga a tierra > 5 mA), lo que provoca una distorsión de la forma de onda de la corriente (THD > 25%) y un desequilibrio trifásico > 5%, desencadenando directamente un fallo del VFD.

5.Problemas de calidad de la energía

Cuando los armónicos del VFD (>30% THDi) contaminan la red eléctrica, se produce una distorsión de muestreo del transformador de corriente (desviación >15%). En este punto, si se produce un pico de tensión repentino del VFD (>6kV/3kA de sobretensión) y el retardo de respuesta de la protección contra sobretensiones del VFD es >10μs, provocará la rotura del módulo IGBT, lo que dará lugar a un cortocircuito del bus de CC. Para sistemas VFD en Aplicaciones HVAC con frecuentes ciclos de arranque-parada, una caída de tensión superior a 15% puede forzar un aumento compensatorio de la corriente de salida superior a 200%, provocando directamente un fallo por sobreintensidad del variador de frecuencia.

6.Fallo interno del VFD

Componentes del variador de frecuencia Los daños en el hardware (como la rotura de la puerta del IGBT, el aumento de la ESR del condensador de CC > 50% o la desviación del cero del transformador de corriente) hacen que los componentes de un variador de frecuencia produzcan aumentos anormales de la corriente: la distorsión de la señal de la tarjeta del variador hace que la corriente de fase aumente repentinamente > 200%. Este fallo no lineal fuerza el disparo de la protección contra sobrecorriente incluso cuando la carga mecánica del variador de frecuencia es normal.

7.Desaceleración de la carga

Los variadores de velocidad (VSD) pueden experimentar una desaceleración rápida (por ejemplo, cuando la compuerta de un ventilador centrífugo se cierra repentinamente). Durante esta desaceleración, el motor VSD pasa al modo generador debido a la inercia, lo que provoca que la energía regenerativa fluya de vuelta al sistema y que la tensión del bus de CC se dispare por encima de 120%. Esto obliga a los IGBT del lado del inversor a soportar picos de corriente inversa, provocando un fallo de sobreintensidad del VSD. Escenarios típicos: mecanismo de elevación en caída libre, frenado de emergencia de la línea transportadora (cuando la capacidad de la resistencia de frenado es insuficiente).

8.Pico de potencia de entrada

La caída de un rayo o la conmutación de la red pueden provocar un pico de tensión en el VFD (＞130% de la tensión nominal), lo que da lugar a una sobretensión del condensador del bus de CC en el variador de frecuencia, que provoca la conducción incontrolada de la carga de la puerta del IGBT y un sobreimpulso de corriente instantáneo de ＞180%. Cuando la respuesta de la protección contra sobretensiones del variador de frecuencia es ＞100μs, se activa un fallo por sobrecorriente.

9.Cambios rápidos de carga

Cuando los variadores de frecuencia encuentran un bloqueo en el alimentador o el transportador de una mezcladora, el par de carga aumenta repentinamente más de 150% en 0,2 segundos. El ciclo de ajuste de 10 ms del control del motor del variador de frecuencia no puede responder instantáneamente, forzando a la corriente a superar el umbral de 200%. Si el tiempo de tolerancia a la sobrecarga del motor del variador de frecuencia es inferior a 5 ms (como un motor de imán permanente), se activará un fallo de sobreintensidad del variador de frecuencia.

10.Problemas de conexión a tierra

Cuando la resistencia de puesta a tierra supera los 5Ω o la línea PE está mal conectada, la corriente de fuga (＞50mA) causada por el fallo a tierra vfd no puede descargarse eficazmente. El sistema de control puede interpretarla erróneamente como un cortocircuito del lado de la carga. Esta falsa corriente, cuando se suma a la corriente de funcionamiento real, puede superar los 150% del valor nominal y desencadenar directamente un fallo de sobreintensidad de vfd.

Pasos para solucionar problemas:

1.Inspección de la carga

Compruebe si el impulsor se atasca (par en vacío > 15% del valor nominal) en la bomba de agua VFD o si el motor de frecuencia variable está sobrecargado (corriente > 110% y duración > 10 segundos). Registre la curva de corriente durante las fases de arranque y parada: si se produce un aumento repentino de 150% en 0,5 segundos acompañado de vibración mecánica (superior a 4 mm/s), esto confirma que la anomalía de la carga mecánica es la causa principal del fallo de sobreintensidad del variador de frecuencia.

2.Revisar ajustes VFD​

Al realizar Localización de averías en variadores de frecuencia, verifique lo siguiente:

• Parámetros del núcleo de control del variador de frecuencia:
  • Tiempo de aceleración (≥ constante de tiempo de inercia del motor × 3)
  • Límite de corriente (110%-150% FLA)
• Compatibilidad con el control del motor del variador de frecuencia:
  • Frecuencia portadora (8-12kHz para evitar puntos de resonancia)
  • Valor FLA del motor (comparar con la placa de características ±5%)
• Señales anormales para los ajustes del VFD:
  • Oscilación de la frecuencia de salida > ±2 Hz
  • Fluctuación del bus de CC > ±15%
  • El desajuste de los parámetros puede provocar picos de corriente incontrolados. Es necesario supervisar en tiempo real las características de seguimiento de tensión/corriente (la alarma se activa si la desviación supera 10%).

3.Inspeccione el motor y los cables

Compruebe la desviación de la resistencia de fase a fase de los devanados del motor del VFD (＞±2%) y el aislamiento del cable (megóhmetro ≥5MΩ). Los terminales eléctricos del VFD flojos (resistencia de contacto ＞10mΩ) o el aislamiento dañado provocarán una corriente de fuga ＞50mA. Una capa de apantallamiento rota en el cable del VFD puede causar interferencias de alta frecuencia y activar la protección contra sobrecorriente. Este problema oculto debe identificarse explorando la desviación de la frecuencia de resonancia (＞±5kHz) utilizando un medidor LCR. En los casos de daños profundos, como cortocircuitos entre devanados, se deben realizar reparaciones profesionales del variador de frecuencia.

4.Prueba para pantalones cortos

Realice una inspección en tres pasos:

• Desconecte la alimentación y compruebe si hay electricidad → Utilice un multímetro para medir la resistencia entre las fases U/V/W (una diferencia de >±1% es anormal).
• Utilice un megóhmetro para realizar la prueba → Mida la resistencia entre la línea de fase y tierra (un valor <1MΩ indica un fallo a tierra).
• Desconecte y compruebe → Aísle los componentes de un VFD (una resistencia del módulo IGBT < 10Ω indica avería). Si se detecta un cortocircuito, siga el diagrama de flujo de resolución de problemas de VFD para sustituir los componentes dañados. Los cortocircuitos de fase a fase deben informar de los códigos de avería del VFD, representando 33% de todas las averías del VFD, especialmente las averías de sobrecorriente del VFD, que requieren atención prioritaria para eliminar este riesgo.

5.Tensión del monitor

Capture los transitorios del lado de entrada, como picos de tensión del variador de frecuencia (>130% de pico) o caídas (<80% con una duración de 100 ms) utilizando un osciloscopio. Tales fluctuaciones fuerzan al inversor VFD a aumentar la potencia de compensación de corriente, causando sobrecorriente.

Detección sincrónica:

• ¿Son los VFD armónicos >20% (distorsión de muestreo de corriente)?
• ¿La respuesta de la protección contra sobretensiones del variador de frecuencia es ±15% indica un aviso de anomalías en la red.

Proceso de resolución de problemas:

6.Componentes de prueba por separado

Desconecte el VFD del motor de CA de la carga y conecte una carga resistiva para simular el VFD para el funcionamiento del extractor (por ejemplo, la potencia 30%). Si la sobrecorriente desaparece, el origen del fallo está en el lado mecánico; en caso contrario, desmonte la máquina para inspeccionar los componentes del VFD:

• Módulo IGBT (utilice un multímetro para medir la resistencia del terminal C-E; si es <10Ω, está averiado).
• Optoacoplador de la placa del controlador (si el retardo supera los 3μs, es necesario sustituirlo).
• Condensador de CC (si la ESR es superior a 200% del valor nominal, se considera defectuoso).
• Los daños graves requieren la reparación del variador de frecuencia y la sustitución de la unidad de potencia.

7.Inspección interna del variador de frecuencia

Cuando la temperatura ambiente supera los 40°C, el VFD en los sistemas HVAC debe reducirse en 15% para evitar que una disipación de calor insuficiente active la protección contra sobrecorriente. Las fuentes de interferencia EMI (como la diafonía de variadores de frecuencia cercanos en la gama de frecuencias de 30 MHz a 500 MHz) pueden provocar falsos disparos, por lo que es necesario instalar un filtro RFI (con una pérdida de inserción superior a 40 dB). Cuando la resistencia de bucle cerrado de la red de puesta a tierra supera los 5Ω (evite la puesta a tierra en serie), las corrientes parásitas pueden inducir corrientes de detección anómalas superiores a 100 mA. Estos factores externos son responsables de 18% de los fallos de sobreintensidad de los variadores de frecuencia.

Conclusión - Prevención de fallos de sobreintensidad en sistemas VFD

La prevención y el control de los fallos de sobreintensidad de los VFD requieren una coordinación multidimensional: estableciendo razonablemente los parámetros de respuesta dinámica, realizando sistemáticamente Mantenimiento de VFD (inspeccionando periódicamente los componentes clave y las condiciones de refrigeración) y supervisando en tiempo real las tendencias de las corrientes anómalas, combinados con un análisis en profundidad de los códigos de avería de los VFD mediante la localización de averías de los VFD, el índice de averías puede reducirse significativamente. El núcleo reside en el mantenimiento predictivo de los componentes de los VFD y la adaptación precisa a las características de la carga, manteniendo los riesgos de sobrecorriente dentro de las normas de seguridad industrial.