Las mejores soluciones para los problemas de sobretensión y agotamiento de las resistencias de los variadores de frecuencia

Estudio de caso práctico: Causas fundamentales y soluciones para la sobretensión repetida del variador de frecuencia y el fallo de la resistencia de frenado

Hoy me gustaría compartir un caso clásico pero desafiante del mundo real. Todo empezó con un comentario de un usuario del sector minero. Aunque el problema parece sencillo a primera vista, su solución no es nada fácil. Este caso es un ejemplo de libro de texto de un fallo de sobretensión en un variador de frecuencia, algo que todo ingeniero debería conocer.

Antecedentes de fallos: El mismo variador de frecuencia, frecuentes quemaduras de la resistencia de frenado.

El equipo en cuestión es una cribadora reciprocante de bandejas de acero de 10 metros de longitud accionada por un motor asíncrono trifásico de 6 polos y 7,5 kW, controlado por un VFD de 18,5 kW. El sistema funciona de forma estable desde hace cinco años. Durante la instalación del variador de frecuencia, el usuario utilizó cables de cobre de 4 mm² y 18 metros de longitud. Sin embargo, en los dos últimos años, el variador de frecuencia ha quemado con frecuencia las resistencias de frenado.

Al principio se utilizó una resistencia de frenado de 1,5 kW, que falló rápidamente. Más tarde se sustituyó por una resistencia de 4,8 kW y 36 ohmios, que ofreció una ligera mejora, pero volvió a fallar a los seis meses. El usuario nos preguntó: ¿Por qué falla tan a menudo la resistencia de frenado? ¿Se trata de un problema de selección del variador o de un ajuste incorrecto de los parámetros de control?

Análisis de problemas de sobretensión en variadores de frecuencia

1.La energía regenerativa supera la capacidad de frenado del VFD

En el centro de este problema se encuentra una condición de sobretensión del VFD. Debido a la enorme estructura y peso de la pantalla oscilante y a su frecuente impacto recíproco, el sistema genera una inercia mecánica extremadamente alta. Durante cada inversión, el motor comienza a regenerarse, devolviendo energía al sistema (es decir, frenado regenerativo).

Esta energía regenerativa fluye hacia el bus de CC del variador de frecuencia, aumentando rápidamente su tensión. Según los cálculos, la potencia regenerativa máxima alcanza los 15 kW, mientras que la resistencia de frenado de 4,8 kW no puede disipar dicha energía a tiempo. Como resultado, el sistema de frenado dinámico del VFD se satura, provocando fallos del VFD por sobretensión del bus de CC y quemando la resistencia.

2.Los ajustes poco razonables de los parámetros del variador de frecuencia provocan una respuesta retardada

Una inspección más detallada reveló que el tiempo de aceleración del variador de frecuencia era demasiado corto (predeterminado: 10 segundos) y el retardo de frenado demasiado largo, lo que provocaba una respuesta deficiente del sistema de frenado del variador de frecuencia, incapaz de consumir energía a tiempo y causando picos de tensión sostenidos en el bus de CC.

Además, el cable de 4 mm² puede ser aceptable para cables estándar de bomba vfd El cable delgado aumenta la impedancia de la línea y empeora la supresión de picos de tensión, lo que plantea mayores retos para la protección del bus de CC del inversor. El cable fino aumenta la impedancia de la línea y empeora la supresión de picos de tensión, lo que plantea mayores retos para la protección del bus de CC del inversor.

Soluciones recomendadas

Soluciones a largo plazo (muy recomendables)

• Recalcular el tamaño de la resistencia de frenado del VFD La solución más directa y eficaz es adaptar correctamente la resistencia a la carga real. Se recomienda una resistencia corrugada de 10-15 kW (~20 ohmios) de una marca de calidad para mejorar la tolerancia a la sobrecarga.
• Actualización a VFD regenerativo Si el presupuesto lo permite, considere sustituir el VFD por un VFD regenerativo que cuente con un rectificador IGBT bidireccional. Marcas como Siemens y ABB ofrecen estas soluciones. En lugar de disipar energía a través de resistencias, el variador de frecuencia devuelve la energía sobrante a la red, eliminando por completo el problema de sobretensión del variador de frecuencia.
• Optimice la amortiguación mecánica Instale amortiguadores hidráulicos o amortiguadores de muelle en ambos extremos de la criba. Éstos absorben parte de la energía cinética durante la inversión, reduciendo la energía devuelta al variador de frecuencia, un método mecánico práctico para aliviar las condiciones de sobretensión del variador de frecuencia en la fuente.

Soluciones temporales (para ingenieros in situ)

1. Ampliar el tiempo de aceleración a 20-30 segundos Reduce el impacto en el sistema y limita los picos de corriente repentinos.
2. Activar el frenado antes (ajustar el retardo de frenado a 0,5 segundos) Mejora la velocidad de respuesta de frenado y reduce el riesgo de activación de alarmas de sobretensión del variador de frecuencia.
3. Aumentar el umbral de sobretensión a 780V (Predeterminado: 760V) Da la Bus CC más margen de maniobra, mejorando la tolerancia a fallos del sistema.
4. Frecuencia portadora más baja (por ejemplo, de 4 kHz a 2 kHz) Reduce el apilamiento armónico y los picos de tensión, mejorando la vida útil de la resistencia de frenado.
5. Sustituir por cable de 6 mm² para mejorar la adaptación de la impedancia del bus Reduce las fluctuaciones de tensión y aumenta la estabilidad del sistema.
6. Instalar reactores de salida Ayuda a suprimir los armónicos de alta frecuencia y las interferencias electromagnéticas. transmisiones vfd.
7. Resistencias de frenado en paralelo para una mayor capacidad de potencia Dos resistencias de 4,8 kW en paralelo duplicarán la potencia a 9,6 kW y reducirán la resistencia a 16 ohmios, mejorando significativamente la capacidad de absorción de energía.

Conclusión: Sobretensión del variador de frecuencia = riesgo de regeneración erróneo

Esto no es simplemente una cuestión de resistencias de frenado poco potentes. Es una subestimación en todo el sistema de los efectos regenerativos causados por la alta inercia. En estas aplicaciones, las resistencias de frenado tradicionales suelen ser insuficientes. Sólo un dimensionamiento preciso de las resistencias de frenado VFD o una actualización a la tecnología VFD regenerativa pueden resolver completamente el problema.

Para los ingenieros, comprender la sobretensión de los variadores de frecuencia va más allá de interpretar los códigos de avería. Requiere una comprensión completa de la realimentación dinámica de energía y del diseño a nivel de sistema. Esperamos que este caso proporcione un enfoque más claro y más confianza a la hora de enfrentarse a averías similares in situ.