Las 13 causas principales de fallos de sobretensión en variadores de frecuencia

¿Qué es un fallo de sobretensión en un variador de frecuencia?​

Cuando la energía de realimentación inercial del motor o la sobretensión impactan en el bus de CC del sistema VFD, si la tensión supera el rango de seguridad (normalmente >800V/480V del sistema), se dispara la protección contra sobretensión del bus de CC. En este punto, el VFD bloquea inmediatamente los impulsos e informa de un código de fallo de sobretensión (códigos de fallo del VFD, por ejemplo, FU-02; los códigos reales deben consultarse en el manual del equipo), ya que de lo contrario puede causar daños permanentes como el abombamiento de los condensadores de almacenamiento de energía o la avería de los módulos IGBT. Este fallo del variador de frecuencia es similar al de un fusible que se funde durante una sobrecarga del circuito, sirviendo esencialmente como freno de emergencia para evitar el desbordamiento de la tensión.

El umbral de 800 V corresponde a un sistema de entrada de 480 V CA (IEC 61800-4), y el efecto de fusión se produce cuando la capacitancia CC supera los 450 V/μF.

Causas comunes de fallos de sobretensión en variadores de frecuencia

1.Alta tensión de entrada o picos de red

Los rayos en la red, los reenganches o las fluctuaciones anómalas provocan que la tensión de entrada supere el límite de forma instantánea (por ejemplo, >110% del valor nominal), y el sistema de control del variador de frecuencia es incapaz de responder a tiempo, forzando la sobretensión del bus de CC. Si la respuesta de la protección contra sobretensiones del VFD se retrasa (normalmente >100μs), el pico de tensión del VFD se acumulará hasta niveles peligrosos, desencadenando directamente un fallo por sobretensión en el VFD. Este fallo de sobretensión del VFD es como una inundación que rompe una presa, causando daños a los condensadores o a los módulos IGBT en tan solo 0,1 segundos.

2.Energía de frenado regenerativo no absorbida

Si la energía regenerativa generada por el Accionamientos VFD motor durante la deceleración no es absorbida por la unidad de frenado (por ejemplo, insuficiente potencia de la resistencia), la energía fluye de vuelta al bus de CC, provocando un aumento de la tensión. En este punto, los componentes del VFD (como los condensadores de filtro) corren el riesgo de sobretensión, y si la tensión permanece elevada durante más de 0,5 segundos, se activará un fallo por sobretensión en el VFD. Un estudio de caso de una línea transportadora mostró que después de que fallara la resistencia de frenado, la tensión del bus subió de 650 V a 820 V en 10 segundos.

3.Ajuste incorrecto del tiempo de deceleración

Cuando los parámetros de deceleración son demasiado cortos (por ejemplo, <0,5 segundos), de acuerdo con la Principio de funcionamiento de los VFD, la velocidad de retroalimentación de energía inercial del motor supera con creces la capacidad de liberación del bus. El desequilibrio en el sistema de control del motor VFD provoca una acumulación de tensión >15%, y el desajuste de los parámetros del VFD es la causa directa de los fallos de sobretensión del VFD.

4.Problemas de retroceso del motor o de cableado

Los cambios repentinos en la contrafase del bobinado del motor o los daños en la capa de apantallamiento del cableado del variador de frecuencia (impedancia > 50Ω) pueden provocar la superposición de ruido de alta frecuencia en la tensión del bus. Los terminales eléctricos del variador de frecuencia flojos o los cables envejecidos agravan aún más las interferencias, obligando a los componentes del variador de frecuencia a calcular erróneamente el umbral de sobretensión.

5.Inercia de carga o caídas repentinas de carga

Cuando un motor de frecuencia variable acciona una carga centrífuga de alta velocidad (como una bomba de agua VFD) que se descarga repentinamente, la energía cinética rotacional se convierte instantáneamente en energía eléctrica. Si el motor de variador de frecuencia permanece en modo generador durante >0,2 segundos, la tensión del bus se dispara en 120%, provocando con frecuencia fallos de sobretensión del VFD.

6.Mala calidad de la potencia de entrada (THD, desequilibrio, picos)

Cuando los armónicos del VFD (THDi > 15%) se solapan con las fluctuaciones de tensión, la ondulación de la salida del rectificador aumenta 30%. Si no se tiene en cuenta este problema en Mantenimiento de VFD puede provocar una sobrecarga continua de los condensadores: en las acerías donde las fluctuaciones de tensión medidas superan ±10%, el índice de fallos por sobretensión en localización de averías en variadores de frecuencia troncos se multiplica por seis. Las redes de mala calidad son como el combustible contaminado con impurezas, que erosionan silenciosamente el sistema eléctrico.

7.Fluctuaciones de tensión relacionadas con el transformador

Los relámpagos de arco en los transformadores de suministro eléctrico o los cambios repentinos de carga pueden provocar fluctuaciones secundarias, lo que da lugar a sobretensiones anormales acopladas al extremo de entrada del VFD eléctrico. En la trayectoria de la energía, estas interferencias aumentan el riesgo de avería inversa en los componentes del VFD (como los puentes rectificadores), lo que suele desencadenar fallos de sobretensión del VFD.

8.Resonancia en sistemas de potencia de bajo nivel

La autorresonancia del filtro o de la línea (como el desplazamiento del punto de resonancia LC) genera tensiones de oscilación parásitas en el sistema. Según el diseño, si la frecuencia portadora cae dentro de la banda de resonancia (como 2-5 kHz), la ondulación del bus se amplifica.

9.Bucles de tensión inducida o de tierra

Cuando la impedancia del bucle de tierra de un Instalación de VFD supera los 3Ω, la corriente de fuga de inducción electromagnética supera los 30 mA. El flujo de fuga superpuesto genera tensión adicional, por lo que es necesario comprobar periódicamente la continuidad de la red de tierra para evitar fallos de sobretensión del variador de frecuencia.

10.Conmutación de condensadores de corrección del factor de potencia

La conmutación de los condensadores de compensación de potencia reactiva genera sobretensiones transitorias, paneles vfd que se acoplan al extremo de entrada. control del variador de frecuencia La respuesta de regulación de tensión del sistema se retrasa, provocando vfd impulsos eléctricos de tensión del bus de CC >130%.

11.Tensión de entrada con alto factor de cresta

Relación cresta-promedio de la tensión de entrada > 2,5 (p. ej., onda sinusoidal afilada), los picos transitorios superan la capacidad de bloqueo de la protección contra sobretensiones del variador de frecuencia. La sobrecarga repetida de los condensadores acelera el envejecimiento y es responsable de 12% de los fallos de sobretensión de los VFD, que requieren una reparación prioritaria.

12.Configuración incorrecta de los parámetros del VFD

Umbral de sobretensión del bus de CC ajustado demasiado alto (por ejemplo, >850 V), lo que hace ineficaz el mecanismo de protección. Cuando los parámetros del núcleo del VFD están desajustados, los componentes del VFD se ven obligados a soportar sobretensiones que superan el límite durante ≥10 segundos.

13.Fallo del hardware de la unidad o circuito de frenado

Cuando la resistencia de frenado está en circuito abierto o la puerta IGBT está dañada, la energía realimentada por el motor del variador VFD no puede consumirse. Tales fallos de hardware de los componentes del variador de frecuencia requieren una reparación profesional del variador de frecuencia, ya que de lo contrario causarán inevitablemente un fallo de sobretensión del variador de frecuencia: al igual que una compuerta atascada, la energía acumulada causará inevitablemente una brecha.

Pasos para solucionar problemas

1.Validar la tensión de la fuente de alimentación entrante

Al realizar la localización de averías de la vfd, utilice un multímetro para medir el rango de fluctuación de la tensión de entrada trifásica (±10% permitido). Si se detectan picos de tensión (>130% Un), compruebe que la protección contra sobretensiones de la vfd está activada. Los registros de resolución de problemas del convertidor de frecuencia muestran que las anomalías de la tensión de entrada representan 21% de los fallos de sobretensión de vfd.

2.Comprobar el tiempo de rampa de deceleración

Los tiempos de deceleración excesivamente cortos (por ejemplo, 1 segundo) y ajuste los parámetros del variador de frecuencia gradualmente. En un estudio de caso de un ventilador, el aumento del tiempo de deceleración de 0,3 segundos a 1,2 segundos redujo la tasa de aparición de fallos de sobretensión del variador de frecuencia en 73%.

3.Añadir o verificar la configuración de la resistencia de frenado

Verifique el valor de la resistencia de frenado (desviación 25% durante la deceleración. La protección contra sobretensiones del VFD no puede sustituir la funcionalidad de frenado.

4.Inspeccione las conexiones del motor y de los cables

Una capa de apantallamiento rota (impedancia > 50Ω) en el cableado del variador de frecuencia puede introducir interferencias de alta frecuencia. Utilice un multímetro para comprobar la caída de tensión de los terminales del cable del variador de frecuencia (una caída > 0,5 V indica un contacto deficiente). Una mala conexión a tierra puede provocar un fallo a tierra del variador de frecuencia, con una corriente de fuga > 100 mA.

5.Examinar las características de la carga

Cargas de gran inercia (por ejemplo.bomba de agua vfddiámetro del impulsor > 400 mm) puede alcanzar una tasa de conversión de energía inercial de 150% durante las paradas de emergencia. vfd en sistemas de climatización requieren dispositivos de amortiguación (por ejemplo, volantes de inercia); de lo contrario, el motor de frecuencia variable permanecerá en modo generador durante 0,2 segundos, disparando un fallo de sobretensión vfd.

6.Revisar la configuración de los parámetros del variador de frecuencia

Verifique sistemáticamente los ajustes de los parámetros críticos, como los umbrales de protección contra sobretensión del bus y la tensión de activación de la función de frenado. Compare la lógica de los parámetros con el manual del equipo para garantizar su racionalidad; los umbrales configurados incorrectamente pueden debilitar las capacidades de protección.

7.Compruebe si hay fallos a tierra o fugas de aislamiento

Los procedimientos de mantenimiento de los VFD requieren pruebas trimestrales con un megaóhmetro (resistencia de fase a tierra ≥ 5MΩ). Cuando la resistencia del bucle de fallo a tierra de la red de puesta a tierra supera los 3Ω (barra colectora de cobre de puesta a tierra independiente recomendada ≥ 16mm²), el efecto acumulativo de la corriente de fuga puede provocar falsas alarmas de fallos de sobretensión.

8.Póngase en contacto con el servicio técnico del fabricante de VFD

Proporcionar los códigos de fallo del VFD y los registros de parámetros operativos (por ejemplo, tensión de entrada, frecuencia de salida) cuando el equipo activa una alarma. El fabricante puede diagnosticar defectos de firmware o problemas de compatibilidad de hardware analizando los datos históricos de las pantallas del VFD y orientar las soluciones de reparación posteriores del variador VFD.

9.Reinicie el VFD y observe el comportamiento

Tras el reinicio del variador de frecuencia, supervise la tensión del bus de CC (fluctuaciones normales < ±5%). Si el software del variador de frecuencia carece de la función de registro automático de formas de onda, deberá conectarse un osciloscopio de almacenamiento externo para capturar la curva de aumento de tensión durante la deceleración del motor del variador de frecuencia.

10.Supervisar la tensión y la corriente del variador en tiempo real

Realice un seguimiento de los cambios dinámicos en la tensión del bus de CC a través de la interfaz de supervisión del variador o de instrumentos externos. Preste especial atención a las fluctuaciones de tensión durante las fases de aceleración y deceleración del control del motor VFD, ya que las fluctuaciones anómalas suelen indicar el envejecimiento de los componentes del VFD o respuestas anómalas del sistema.

11.Realizar la medición de la tensión estática

Después de apagar, mida el cableado del variador de frecuencia:

• Terminales de salida del puente rectificador (normal ≈ 1,35 × tensión de línea de entrada)
• Terminales de entrada del módulo IGBT (desviación > ±3% indica un fallo)

La rotura del circuito de la resistencia de precarga del sistema de control del variador de frecuencia puede provocar una pérdida de tensión inicial.

12.Utilizar herramientas de monitorización dinámica de procesos

Software VFD junto con un analizador de potencia (por ejemplo, Fluke 435) para capturar transitorios de tensión. La resolución de problemas de variadores de frecuencia indica: Las oscilaciones >5 kHz (amplitud >50 V) que aparecen 50 ms antes de la sobretensión son un signo de desintonización de la frecuencia portadora del variador de frecuencia.

13.Verificar el funcionamiento de la unidad de frenado

Active manualmente la señal de frenado (forzando la salida mediante el software del VFD) y mida la tensión a través de la resistencia de frenado del VFD (debe ser 95%-105% de la tensión del bus). La ausencia de tensión o <80% indica un fallo de los componentes del variador de frecuencia (como la puerta IGBT de frenado), directamente relacionado con un fallo de sobretensión del variador de frecuencia.

14.Optimización del lazo de control y de los parámetros de realimentación

Compruebe la precisión de la realimentación de velocidad y la respuesta de regulación del control de bucle cerrado. Puede intentar restablecer los parámetros del lazo de control a sus valores predeterminados de fábrica y observar si mejoran las fluctuaciones de velocidad. El control optimizado del motor VFD debería eliminar las oscilaciones periódicas de velocidad y mejorar la estabilidad del sistema.

Conclusión

Para evitar los fallos de sobretensión de los variadores de frecuencia, es necesario aplicar ajustes precisos de los parámetros (adaptados a las características de la carga), un mantenimiento sistemático del hardware (centrado en la detección del estado de las unidades de frenado y los condensadores) y la supervisión de la tensión del bus en tiempo real. Mediante la resolución de problemas de los VFD, la gestión en bucle cerrado de la calidad de la energía, la liberación de energía inercial y la lógica de respuesta de control de los variadores de frecuencia, puede construirse un sistema de defensa tridimensional contra los fallos por sobretensión. La experiencia práctica ha demostrado que la integración de la optimización de parámetros, la inspección previa del hardware y la supervisión dinámica puede mejorar significativamente la robustez del sistema.