Le migliori soluzioni per i problemi di sovratensione e burnout dei resistori dei VFD

Caso di studio sul campo: Cause principali e soluzioni per i ripetuti guasti della resistenza di frenatura e della sovratensione del VFD

Oggi vorrei condividere un caso classico ma impegnativo del mondo reale. È iniziato con un commento di un utente del settore minerario. Sebbene il problema sembri semplice a prima vista, la risoluzione del problema è tutt'altro che facile. Questo caso è un esempio da manuale di guasto da sovratensione del VFD, un problema che ogni ingegnere dovrebbe conoscere.

Antefatto del guasto: Stesso VFD, frequenti bruciature della resistenza di frenatura

L'apparecchiatura in questione è un vagliatore alternativo a vaschette d'acciaio lungo 10 metri, azionato da un motore asincrono trifase a 6 poli da 7,5 kW, controllato da un sistema di controllo della temperatura. 18,5 kW VFD. Il sistema funziona stabilmente da cinque anni. Durante l'installazione del VFD, l'utente ha utilizzato cavi in rame da 4 mm² lunghi 18 metri. Tuttavia, negli ultimi due anni, il VFD ha bruciato spesso le resistenze di frenatura.

Inizialmente è stato utilizzato un resistore di frenata da 1,5 kW, che si è guastato rapidamente. In seguito è stata sostituita con una resistenza da 4,8 kW e 36 ohm, che ha offerto un leggero miglioramento, ma si è guastata di nuovo nel giro di sei mesi. L'utente ci ha chiesto: Perché la resistenza di frenatura si guasta così spesso? Si tratta di un problema di selezione del convertitore di frequenza o di impostazioni errate dei parametri di controllo?

Analisi dei problemi di sovratensione dei VFD

1. L'energia rigenerativa supera la capacità di frenata del VFD

Al centro di questo problema c'è una condizione di sovratensione del VFD. A causa della struttura massiccia e del peso del vaglio oscillante e del suo frequente impatto reciproco, il sistema genera un'inerzia meccanica estremamente elevata. Durante ogni inversione, il motore inizia a rigenerare l'energia nel sistema (cioè, la frenata rigenerativa).

Questa energia di rigenerazione fluisce nel bus CC del VFD, aumentandone rapidamente la tensione. In base ai calcoli, la potenza di rigenerazione di picco raggiunge i 15 kW, mentre la resistenza di frenatura da 4,8 kW non riesce a dissipare tale energia in tempo. Di conseguenza, il sistema di frenatura dinamica del VFD si satura, innescando guasti al VFD per sovratensione del bus CC e bruciando il resistore.

2.Impostazioni irragionevoli dei parametri VFD portano a una risposta ritardata

Un'ulteriore ispezione ha rivelato che il tempo di accelerazione del VFD era impostato troppo breve (valore predefinito: 10 secondi) e il ritardo di frenata troppo lungo, con il risultato di una scarsa reattività del sistema di frenatura del VFD, che non è in grado di consumare energia in tempo, causando picchi di tensione sostenuti sul bus CC.

Inoltre, il cavo da 4 mm² può essere accettabile per i cavi standard. pompa vfd o carichi motore vfd come le pompe dell'acqua, ma è inadeguato per i macchinari ad alta inerzia e vibrazioni. Il cavo sottile aumenta l'impedenza di linea e peggiora la soppressione dei picchi di tensione, ponendo maggiori problemi alla protezione del bus CC dell'inverter.

Soluzioni consigliate

Soluzioni a lungo termine (altamente raccomandate)

• Ricalcolo del dimensionamento della resistenza di frenatura del VFD La soluzione più diretta ed efficace consiste nell'adattare correttamente la resistenza al carico effettivo. Per migliorare la tolleranza al sovraccarico, si consiglia una resistenza ondulata da 10-15 kW (~20 ohm) di una marca di qualità.
• Passaggio a un VFD rigenerativo Se il budget lo consente, si consiglia di sostituire il VFD con un VFD rigenerativo dotato di raddrizzatore IGBT bidirezionale. Marchi come Siemens e ABB offrono queste soluzioni. Invece di dissipare energia tramite resistenze, il VFD rimanda l'energia in eccesso alla rete, eliminando completamente il problema della sovratensione del VFD.
• Ottimizzare lo smorzamento meccanico Installare smorzatori idraulici o ammortizzatori a molla a entrambe le estremità del vaglio. Questi assorbono parte dell'energia cinetica durante l'inversione, riducendo l'energia restituita al VFD: un metodo meccanico pratico per alleviare le condizioni di sovratensione del VFD alla fonte.

Soluzioni temporanee (per gli ingegneri in loco)

1. Estensione del tempo di accelerazione a 20-30 secondi Riduce l'impatto sul sistema e limita i picchi di corrente improvvisi.
2. Abilitazione della frenata anticipata (impostare il ritardo della frenata su 0,5 secondi) Migliora la velocità di risposta della frenata e riduce il rischio di attivazione degli allarmi di sovratensione del VFD.
3. Aumentare la soglia di sovratensione a 780 V (valore predefinito: 760 V) Fornisce il Bus CC più spazio, migliorando la tolleranza ai guasti del sistema.
4. Frequenza portante inferiore (ad esempio, da 4 kHz a 2 kHz) Riduce l'accumulo di armoniche e le tensioni di picco, migliorando la durata della resistenza di frenatura.
5. Sostituire con un cavo da 6 mm² per migliorare la corrispondenza dell'impedenza del bus Riduce le fluttuazioni di tensione e aumenta la stabilità del sistema.
6. Installare i reattori di uscita Contribuisce a sopprimere le armoniche ad alta frequenza e le interferenze elettromagnetiche, proteggendo sia il motore che la macchina. unità vfd.
7. Resistori di frenata in parallelo per una maggiore capacità di potenza Due resistenze da 4,8 kW in parallelo raddoppiano la potenza a 9,6 kW e riducono la resistenza a 16 ohm, migliorando notevolmente la capacità di assorbimento dell'energia.

Conclusione: Sovratensione VFD = rischio di rigenerazione mal valutato

Non si tratta semplicemente di resistenze di frenata poco potenti. Si tratta di una sottovalutazione dell'intero sistema degli effetti rigenerativi causati dall'elevata inerzia. In queste applicazioni, le resistenze di frenatura tradizionali sono spesso insufficienti. Solo un dimensionamento preciso delle resistenze di frenatura vfd o un aggiornamento alla tecnologia rigenerativa vfd possono risolvere completamente il problema.

Per gli ingegneri, la comprensione della sovratensione dei VFD va oltre l'interpretazione dei codici di guasto. È necessaria una conoscenza completa del feedback dinamico dell'energia e della progettazione a livello di sistema. Ci auguriamo che questo caso fornisca un approccio più chiaro e una maggiore sicurezza nell'affrontare guasti simili in loco.