7 modi per risolvere le interferenze VFD che causano problemi ai relè

Introduzione

Oggi vorrei condividere un caso reale di interferenza VFD che ho riscontrato sul posto: una Azionamento a frequenza variabile (VFD) da 200 kW Il relè non funzionava correttamente durante il funzionamento a causa delle interferenze elettromagnetiche (EMI). Come risolvere il problema?

Prima di addentrarci nella risposta tecnica, vorrei sottolineare un punto chiave: I problemi di interferenza dei VFD in loco sono molto complessi e raramente possono essere eliminati con una singola misura. Sono di natura sistemica, spesso causati da una combinazione di fattori che vanno dal layout della costruzione civile, al posizionamento delle apparecchiature, alla posa dei cavi, alla separazione delle linee di alimentazione e di segnale, alla progettazione della messa a terra, alla qualità dell'hardware dei VFD e al cablaggio del circuito di controllo.

I problemi di EMI dei VFD, una volta insorti, possono essere estremamente difficili da diagnosticare e risolvere senza l'aiuto di mani esperte. Avendo trascorso decenni sul campo, ho affrontato innumerevoli problemi simili e molte aziende di medie e grandi dimensioni mi chiamano spesso per avere assistenza. In questo caso, vorrei illustrarvi il mio approccio pratico e le mie tecniche testate sul campo, sperando di offrire chiarezza e soluzioni reali a chi si trova ad affrontare sfide simili.

1.Il VFD è di per sé una fonte di Interferenza VFD

Questo è fuori discussione.

• Sul lato di ingresso: Il ponte raddrizzatore del VFD conduce solo durante una parte dell'onda sinusoidale CA, iniettando grandi quantità di distorsione della quinta e settima armonica, insieme al rumore di commutazione, nella rete elettrica, con conseguente degrado della qualità dell'alimentazione.
• Sul lato di uscita: Il modulo IGBT all'interno del VFD funziona come un interruttore ad alta velocità, generando armoniche ad alta frequenza (2kHz, 4kHz, 6kHz, fino a 16kHz) ad ogni evento di commutazione. Questi disturbi si propagano lungo il percorso di uscita e nei sistemi collegati, diventando una causa significativa di interferenze dei VFD.

Ecco perché una volta che un VFD è in funzione, le EMI inattese indotte dal VFD spesso si manifestano in modi che i non addetti ai lavori difficilmente possono prevedere.

2.Sette misure pratiche per eliminare le interferenze dei VFD (da semplici a complesse)

2.1.Messa a terra del cavo schermato - Mettere sempre a terra lo strato della schermatura

La contromisura fondamentale ed efficace consiste nel mettere a terra in modo adeguato il cavo schermato tra il cavo di alimentazione e il cavo di alimentazione. Pannello VFD, l'azionamento e il motore.

Si tratta di un aspetto spesso trascurato, ma la scarsa schermatura o messa a terra è una delle cause principali più comuni della persistente EMI dei VFD nei sistemi industriali.

2.2.Mettere a terra l'armadio del relè separatamente; collegare il negativo a 24 V alla terra

Assicurarsi che il telaio dell'armadio del relè sia solidamente collegato a terra. Inoltre, collegare il lato negativo dell'alimentazione di controllo a 24 V alla terra. Questa configurazione consente di scaricare in modo sicuro eventuali disturbi ad alta frequenza o armoniche indotte, riducendo le interferenze dei relè e i falsi inneschi causati dalle interferenze del VFD.

2.3.Isolare i sistemi di messa a terra di alimentazione e controllo

Azionamenti VFD e motori operano nel dominio dell'alta potenza e generano disturbi elettrici ad alta frequenza. I PLC e i circuiti di relè operano nel dominio della bassa potenza e sono sensibili a questi disturbi.

Non permettere mai che i sistemi di controllo e di alimentazione condividano la stessa messa a terra. Stabilite una terra di protezione separata per i circuiti di controllo, isolandoli dai percorsi di retroazione ad alta frequenza che peggiorano l'interferenza dei VFD e facilitando una più rapida diagnostica dei guasti.

2.4.Separare il percorso dei cavi di alimentazione e di segnale; mantenere una distanza minima di 40 cm

I cavi di alimentazione (uscita VFD, cavi motore) e i cavi di controllo (I/O PLC, sensori) devono essere posati separatamente. Tutte le linee di controllo devono essere schermate.

• Standard giapponese: ≥10 cm
• Standard europeo: ≥22 cm
• Il mio consiglio: ≥40 cm per una maggiore sicurezza

Questa separazione riduce al minimo l'accoppiamento delle radiazioni e i problemi di EMI, riducendo l'impatto delle interferenze VFD sulla logica dei relè e sulla precisione dei sensori.

2.5.RC Circuiti di spegnimento sulle bobine dei relè

Installare uno snubber RC su ciascun terminale della bobina del relè. In questo modo si sopprimono i picchi di tensione dannosi e le armoniche ad alta frequenza alla loro origine: un metodo efficace per eliminare le vibrazioni del relè o il falso funzionamento dovuto alle EMI del VFD.

2.6.Ridurre la frequenza portante - ma solo se il motore rimane stabile

L'abbassamento della frequenza portante PWM del VFD riduce le armoniche in uscita, contribuendo a contenere le interferenze elettromagnetiche. Ma questo comporta un'avvertenza: il motore deve rimanere privo di vibrazioni.

Ridurre gradualmente la frequenza portante monitorando il motore. Se emergono vibrazioni o rumori, ripristinare immediatamente il valore stabile precedente. Un'ulteriore riduzione potrebbe causare problemi meccanici o operativi e potrebbe non controllare efficacemente le interferenze del VFD.

2.7.Aggiungere reattanze di linea all'ingresso e all'uscita

• Reattanza di ingresso: Filtra i disturbi di rete e le distorsioni di tensione in ingresso, stabilizza la tensione del bus CC.
• Reattanza di uscita: Smorza il rumore di commutazione ad alta frequenza dei moduli IGBT, proteggendo gli avvolgimenti del motore e riducendo la propagazione delle interferenze VFD.

Questi componenti sono fondamentali per le installazioni ad alta potenza, migliorando la compatibilità elettromagnetica (EMC) e la resilienza complessiva del sistema contro le EMI indotte dai VFD.

Conclusione

Questo caso evidenzia l'intera portata della diagnosi e della riduzione dei problemi EMI indotti dai VFD. Come si può vedere, l'interferenza dei VFD non è un bug del software o un relè difettoso: è una sfida complessa a livello di sistema che coinvolge la progettazione elettrica, la messa a terra, l'architettura del cablaggio e la regolazione dei parametri.

Solo conducendo una diagnostica completa dell'intero sistema è possibile risolvere completamente i problemi di EMI causati dai VFD. Spero che questa guida sia utile per i vostri progetti. Se siete elettrotecnici o manutentori, fate in modo che questi principi facciano parte del vostro bagaglio di strumenti: possono aiutarvi a evitare costosi tempi di fermo e a garantire l'affidabilità del sistema a lungo termine.