Le 10 principali cause di guasto da sovracorrente del VFD

Che cos'è un guasto di sovracorrente VFD?​

L'errore di sovracorrente del VFD si riferisce alla risposta di protezione di emergenza attivata quando il VFD rileva una corrente transitoria superiore a 150% del valore nominale (con una durata di oltre 300 μs). Quando viene rilevata una sovracorrente, gli impulsi di uscita dell'IGBT vengono immediatamente bloccati, analogamente al meccanismo di protezione dei fusibili nei sistemi di alimentazione. Quando viene rilevata questa anomalia (codici di guasto VFD, ad esempio FU-02; per i codici effettivi consultare il manuale dell'apparecchiatura), il trasformatore di corrente attiva la protezione entro 0,1 ms con una precisione di ±1%, prevenendo il burnout del modulo IGBT (temperatura di giunzione superiore a 175°C) o il rischio di carbonizzazione dell'isolamento del motore. Questi guasti del VFD, che rappresentano il 42% degli eventi di arresto del VFD, sono proprio i guasti principali che possono essere prevenuti in modo proattivo attraverso l'ottimizzazione dei parametri e il rilevamento hardware.

Le 10 cause più comuni di guasto per sovracorrente del VFD

1. Carico eccessivo del motore

Motori ad azionamento variabile che azionano carichi ad alta inerzia (come ad esempio pompe a frequenza variabile quando la girante incontra improvvisamente uno stallo o un colpo d'ariete da cavitazione durante l'avvio) sperimentano un improvviso aumento della resistenza meccanica, costringendo la coppia di uscita a superare il limite 150%. Per mantenere la velocità impostata, il VFD continuerà ad aumentare la corrente. Quando la corrente supera le 200% del valore nominale e continua per più di 500 ms, si attiva inevitabilmente il guasto di sovracorrente del VFD. I punti di controllo includono lo stato di frenatura del ventilatore, il blocco del percorso di flusso dell'alloggiamento della pompa e una coppia di attrito anomala nel sistema di trasmissione.

2.Cortocircuiti

I cortocircuiti fase-fase-terra in uscita causano correnti che superano di gran lunga i valori nominali (＞1000%), causando potenzialmente l'esplosione dei componenti del VFD (IGBT/condensatori) e l'attivazione istantanea dei codici di guasto del VFD, il tipo più grave di guasto del VFD.

3.Impostazioni non corrette del VFD

Quando il tempo di accelerazione è troppo breve (180%, i componenti di un VFD (come l'IGBT/l'unità di monitoraggio) valutano erroneamente le caratteristiche del carico, causando un frequente errore di sovracorrente negli azionamenti VFD.

4.Problemi al motore o al cavo

Cortocircuito dell'avvolgimento del motore a frequenza variabile (resistenza equivalente ridotta di 20 volte) o invecchiamento dell'isolamento del cavo elettrico del VFD (dispersione a terra > 5 mA), con conseguente distorsione della forma d'onda della corrente (THD > 25%) e squilibrio trifase > 5%, con conseguente attivazione diretta di un guasto del VFD.

5.Problemi di qualità dell'alimentazione

Quando le armoniche del VFD (>30% THDi) inquinano la rete elettrica, si verifica una distorsione del campionamento del trasformatore di corrente (deviazione >15%). A questo punto, se si verifica un improvviso picco di tensione del VFD (sovratensione >6kV/3kA) e il ritardo di risposta della protezione contro le sovratensioni del VFD è >10μs, il modulo IGBT si romperà, causando un cortocircuito del bus CC. Per i sistemi VFD in Applicazioni HVAC con frequenti cicli di avvio e arresto, una caduta di tensione superiore a 15% può costringere la corrente di uscita a un'impennata compensativa di oltre 200%, innescando direttamente un guasto di sovracorrente del VFD.

6.Guasto interno del VFD

Componenti del VFD I danni all'hardware (come la rottura del gate dell'IGBT, l'aumento dell'ESR del condensatore CC > 50% o la deriva dello zero del trasformatore di corrente) fanno sì che i componenti di un VFD emettano aumenti di corrente anomali: la distorsione del segnale della scheda di azionamento provoca un aumento improvviso della corrente di fase > 200%. Questo guasto non lineare costringe la protezione da sovracorrente a scattare anche quando il carico meccanico del VFD è normale.

7.Decelerazione del carico

Gli azionamenti a velocità variabile (VSD) possono subire una rapida decelerazione (ad esempio, quando la serranda di un ventilatore centrifugo si chiude improvvisamente). Durante questa decelerazione, il motore VSD passa alla modalità generatore a causa dell'inerzia, facendo rifluire l'energia di rigenerazione nel sistema e facendo salire la tensione del bus CC oltre i 120%. Ciò costringe gli IGBT sul lato dell'inverter a sopportare picchi di corrente inversa, innescando un guasto per sovracorrente del VSD. Scenari tipici: caduta libera del meccanismo di sollevamento, frenata di emergenza della linea di trasporto (quando la capacità della resistenza di frenatura è insufficiente).

8.Picco di potenza in ingresso

I fulmini o la commutazione della rete possono causare un picco di tensione del VFD (＞130% della tensione nominale), con conseguente sovratensione del condensatore del bus CC nell'inverter, che porta alla conduzione incontrollata della carica del gate dell'IGBT e a una sovracorrente istantanea di ＞180%. Quando la risposta della protezione contro le sovracorrenti del VFD è di ＞100μs, viene attivato un guasto per sovracorrente.

9.Rapide variazioni di carico

Quando gli azionamenti vfd incontrano un blocco nell'alimentatore o nel trasportatore di un mixer, la coppia di carico aumenta improvvisamente di oltre 150% in 0,2 secondi. Il ciclo di regolazione di 10 ms del controllo del motore a frequenza variabile non può rispondere istantaneamente, costringendo la corrente a superare la soglia di 200%. Se il tempo di tolleranza al sovraccarico del motore VFD è inferiore a 5 ms (come nel caso di un motore a magneti permanenti), si attiverà un guasto di sovracorrente VFD.

10.Problemi di messa a terra

Quando la resistenza di messa a terra supera i 5Ω o la linea PE è collegata in modo lasco, la corrente di dispersione (＞50mA) causata dal guasto a terra vfd non può essere scaricata efficacemente. Il sistema di controllo potrebbe interpretarla erroneamente come un cortocircuito sul lato del carico. Questa falsa corrente, sommata alla corrente di funzionamento effettiva, può superare 150% del valore nominale e innescare direttamente un guasto di sovracorrente vfd.

Passi per la risoluzione dei problemi:

1.Ispezione del carico

Verificare se la pompa dell'acqua VFD si blocca (coppia a vuoto > 15% del valore nominale) o se il motore a frequenza variabile è sovraccarico (corrente > 110% e durata > 10 secondi). Registrare la curva di corrente durante le fasi di avvio e arresto: se si verifica un aumento improvviso di 150% entro 0,5 secondi accompagnato da vibrazioni meccaniche (superiori a 4 mm/s), ciò conferma che l'anomalia del carico meccanico è la causa principale del guasto da sovracorrente del VFD.

2.Rivedere le impostazioni del VFD​

Quando si esegue Risoluzione dei problemi del convertitore di frequenza, verificare quanto segue:

• Parametri del nucleo di controllo VFD:
  • Tempo di accelerazione (≥ costante di tempo di inerzia del motore × 3)
  • Limite di corrente (110%-150% FLA)
• Compatibilità con il controllo del motore del convertitore di frequenza variabile:
  • Frequenza portante (8-12 kHz per evitare punti di risonanza)
  • Valore FLA del motore (confrontare con la targa dati ±5%)
• Segnali anomali per le impostazioni del VFD:
  • Oscillazione della frequenza di uscita > ±2 Hz
  • Fluttuazione del bus CC > ±15%
  • La mancata corrispondenza dei parametri può causare picchi di corrente incontrollati. È necessario monitorare in tempo reale le caratteristiche di inseguimento della tensione/corrente (l'allarme scatta se la deviazione supera 10%).

3.Ispezione del motore e dei cavi

Verificare la deviazione della resistenza fase-fase degli avvolgimenti del motore VFD (＞±2%) e dell'isolamento del cavo (megaohmmetro ≥5MΩ). Terminali elettrici del VFD allentati (resistenza di contatto ＞10mΩ) o danni all'isolamento causano una corrente di dispersione ＞50mA. Uno strato di schermatura rotto nel cavo del VFD può causare interferenze ad alta frequenza e attivare la protezione da sovracorrente. Questo problema nascosto deve essere identificato analizzando la deviazione della frequenza di risonanza (＞±5kHz) con un misuratore LCR. In caso di danni profondi, come i cortocircuiti tra gli avvolgimenti, è necessario eseguire una riparazione professionale del convertitore di frequenza.

4.Test per i pantaloncini

Eseguire un'ispezione in tre fasi:

• Spegnere l'alimentazione e verificare la presenza di elettricità → Utilizzare un multimetro per misurare la resistenza tra le fasi U/V/W (una differenza di >±1% è anomala)
• Utilizzare un megaohmmetro per effettuare il test → Misurare la resistenza tra la linea di fase e la terra (un valore <1MΩ indica un guasto a terra)
• Scollegare e testare → Isolare i componenti di un VFD (la resistenza del modulo IGBT < 10Ω indica un guasto). Se viene rilevato un cortocircuito, seguire il diagramma di flusso per la risoluzione dei problemi del VFD per sostituire i componenti danneggiati. I cortocircuiti fase-fase devono segnalare i codici di guasto del VFD e rappresentano il 33% di tutti i guasti del VFD, in particolare i guasti da sovracorrente del VFD, che richiedono un'attenzione prioritaria per eliminare questo rischio.

5.Monitoraggio della tensione

Catturare i transitori sul lato di ingresso, come i picchi di tensione del VFD (>130% di picco) o le cadute (<80% della durata di 100 ms) utilizzando un oscilloscopio. Tali fluttuazioni costringono l'inverter VFD ad aumentare la potenza di compensazione della corrente, causando una sovracorrente.

Rilevamento sincrono:

• Le armoniche del VFD sono >20% (distorsione di campionamento della corrente)?
• La risposta della protezione contro le sovratensioni del VFD è ±15% indica un avviso di anomalie della rete.

Processo di risoluzione dei problemi:

6.Testate i componenti separatamente

Scollegare il VFD del motore CA dal carico e collegare un carico resistivo per simulare il VFD per il funzionamento del ventilatore di scarico (ad esempio, alimentazione 30%). Se la sovracorrente scompare, l'origine del guasto è sul lato meccanico; altrimenti, smontare la macchina per ispezionare i componenti del VFD:

• Modulo IGBT (utilizzare un multimetro per misurare la resistenza del terminale C-E; se è <10Ω, è guasto)
• Optoaccoppiatore della scheda driver (se il ritardo supera i 3μs, è necessario sostituirlo)
• Condensatore DC (se l'ESR supera 200% del valore nominale, è considerato difettoso)
• Un danno grave richiede la riparazione del convertitore di frequenza e la sostituzione dell'unità di potenza.

7.Ispezione interna del VFD

Quando la temperatura ambiente supera i 40°C, il VFD nei sistemi HVAC deve essere declassato di 15% per evitare che una dissipazione di calore insufficiente faccia scattare la protezione da sovracorrente. Le fonti di interferenza EMI (come la diafonia da VFD vicini nella gamma di frequenze da 30 MHz a 500 MHz) possono causare falsi scatti, rendendo necessaria l'installazione di un filtro RFI (con perdita di inserzione superiore a 40 dB). Quando la resistenza ad anello chiuso della rete di messa a terra supera i 5Ω (evitare la messa a terra in serie), le correnti vaganti possono indurre correnti di rilevamento anomale superiori a 100 mA. Questi fattori esterni sono responsabili del 18% dei guasti da sovracorrente del VFD.

Conclusione - Prevenzione dei guasti da sovracorrente nei sistemi VFD

La prevenzione e il controllo dei guasti da sovracorrente dei VFD richiedono un coordinamento multidimensionale: impostando in modo ragionevole i parametri di risposta dinamica, eseguendo sistematicamente Manutenzione dei VFD (ispezionando regolarmente i componenti chiave e le condizioni di raffreddamento) e monitorando le tendenze di corrente anomale in tempo reale, in combinazione con l'analisi approfondita dei codici di guasto dei VFD attraverso la risoluzione dei problemi dei VFD, è possibile ridurre significativamente il tasso di guasti. Il fulcro sta nella manutenzione predittiva dei componenti VFD e nell'adattamento preciso alle caratteristiche del carico, mantenendo i rischi di sovracorrente entro gli standard di sicurezza industriale.