As 13 principais causas de falha de sobretensão do VFD

O que é uma avaria de sobretensão do VFD?​

Quando a energia de retorno de inércia do motor ou o pico de potência incidem no barramento CC do sistema VFD, se a tensão exceder o intervalo de segurança (tipicamente >800V/480V do sistema), a proteção contra sobretensão do barramento CC é acionada. Nesta altura, a VFD bloqueia imediatamente os impulsos e comunica um código de avaria de sobretensão (códigos de avaria da VFD, por exemplo, FU-02; os códigos reais devem ser consultados no manual do equipamento), caso contrário pode provocar danos permanentes, como o abaulamento dos condensadores de armazenamento de energia ou a avaria dos módulos IGBT. Este defeito do VFD é semelhante à queima de um fusível durante uma sobrecarga do circuito, servindo essencialmente como um travão de emergência para evitar a fuga de tensão.

O limiar de 800 V corresponde a um sistema de entrada de 480 V CA (IEC 61800-4), e o efeito de fusão ocorre quando a capacitância CC excede 450 V/μF.

Causas comuns de falha de sobretensão do VFD

1. tensão de entrada elevada ou picos de rede

As descargas atmosféricas da rede, a religação ou as flutuações anormais fazem com que a tensão de entrada exceda instantaneamente o limite (por exemplo, >110% do valor nominal) e o sistema de controlo do conversor de frequência não consegue responder a tempo, forçando a tensão do barramento CC a subir. Se a resposta da proteção contra sobretensões da VFD for atrasada (normalmente >100μs), o pico de tensão da VFD acumular-se-á a níveis perigosos, desencadeando diretamente um defeito de sobretensão na VFD. Este defeito de sobretensão da VFD é como uma inundação que rompe uma barragem, provocando danos nos condensadores ou nos módulos IGBT em apenas 0,1 segundos.

2. energia de travagem regenerativa não absorvida

Se a energia regenerativa gerada pelo Accionamentos VFD Se a energia que o motor recebe durante a desaceleração não for absorvida pela unidade de travagem (por exemplo, potência insuficiente da resistência), a energia flui de volta para o barramento CC, provocando um pico de tensão. Nesta altura, os componentes do VFD (como os condensadores do filtro) estão em risco de sobretensão e, se a tensão se mantiver elevada durante mais de 0,5 segundos, desencadeará uma falha de sobretensão no VFD. Um estudo de caso de uma linha de transporte mostrou que, após a falha da resistência de travagem, a tensão do barramento subiu de 650 V para 820 V em 10 segundos.

3. definições incorrectas do tempo de desaceleração

Quando os parâmetros de desaceleração são demasiado curtos (por exemplo, <0,5 segundos), de acordo com o Princípio de funcionamento do VFD, A velocidade de retorno da energia de inércia do motor excede largamente a capacidade de libertação do barramento. O desequilíbrio no sistema de controlo do motor do VFD provoca a acumulação de tensão >15%, e a inadequação dos parâmetros do VFD é a causa direta das falhas de sobretensão do VFD.

4. problemas de retorno de EMF do motor ou de cablagem

Alterações súbitas na contra-frequência do enrolamento do motor ou danos na camada de blindagem da cablagem do acionamento do VFD (impedância > 50Ω) podem provocar a sobreposição de ruído de alta frequência à tensão do barramento. Terminais eléctricos soltos da VFD ou cabos envelhecidos agravam ainda mais a interferência, forçando os componentes da VFD a avaliar mal o limiar de sobretensão.

5. inércia da carga ou quedas súbitas de carga

Quando um motor de frequência variável acciona uma carga centrífuga de alta velocidade (como uma bomba de água VFD) que se descarrega subitamente, a energia cinética rotacional é instantaneamente convertida em energia eléctrica. Se o motor de acionamento variável permanecer em modo gerador durante >0,2 segundos, a tensão do barramento aumenta em 120%, provocando frequentemente falhas de sobretensão no VFD.

6.Má qualidade da energia de entrada (THD, desequilíbrio, picos)

Quando os harmónicos do VFD (THDi > 15%) se sobrepõem às flutuações de tensão, a ondulação na saída do retificador aumenta em 30%. Negligenciar esta questão em Manutenção do VFD pode levar à sobrecarga contínua dos condensadores - nas siderurgias em que as flutuações de tensão medidas excedem ±10%, a taxa de falhas de sobretensão em resolução de problemas de acionamento de frequência Os registos aumentam seis vezes. As redes de má qualidade são como combustível contaminado com impurezas, corroendo silenciosamente o sistema elétrico.

7. flutuações de tensão relacionadas com o transformador

Os flashes de arco nos transformadores de alimentação ou as alterações súbitas de carga podem causar flutuações secundárias, resultando em sobretensões anormais acopladas à extremidade de entrada do VFD elétrico. No percurso da energia, esta interferência aumenta o risco de avaria inversa nos componentes do VFD (como as pontes rectificadoras), desencadeando normalmente falhas de sobretensão do VFD.

8. ressonância em sistemas de potência de baixo nível

A auto-ressonância do filtro ou da linha (como o deslocamento do ponto de ressonância LC) gera tensões de oscilação parasitas no sistema. Com base no projeto, se a frequência portadora cair dentro da banda de ressonância (como 2-5 kHz), a ondulação do barramento é amplificada.

9. loops de tensão induzida ou de terra

Quando a impedância do circuito de terra de um Instalação do VFD excede os 3Ω, a corrente de fuga por indução electromagnética excede os 30mA. O fluxo de fuga sobreposto gera tensão adicional, exigindo testes regulares de continuidade da rede de terra para evitar falhas de sobretensão da VFD.

10.Comutação de Condensadores de Correção do Fator de Potência

A comutação dos condensadores de compensação de potência reactiva gera sobretensões transitórias, painéis vfd que são acoplados à extremidade de entrada. controlo do variador de frequência A resposta de regulação da tensão do sistema é lenta, provocando impulsos de tensão eléctrica do barramento CC vfd >130%.

11.Tensão de entrada com fator de crista elevado

Rácio entre a crista e a média da tensão de entrada > 2,5 (por exemplo, onda sinusoidal com pico), os picos transitórios excedem a capacidade de fixação da proteção contra sobretensões do VFD. A sobrecarga repetida dos condensadores acelera o envelhecimento, sendo responsável por 12% das falhas de sobretensão dos VFD, exigindo uma correção prioritária.

12.Configuração incorrecta dos parâmetros da VFD

Limite de sobretensão do barramento CC definido como demasiado elevado (por exemplo, >850V), tornando o mecanismo de proteção ineficaz. Quando os parâmetros principais do VFD estão desalinhados, os componentes do VFD são forçados a suportar sobretensões que excedem o limite durante ≥10 segundos.

13. falha de hardware da unidade de travagem ou do circuito

Quando a resistência de travagem está em circuito aberto ou o portão do IGBT está danificado, a energia devolvida pelo motor de acionamento da VFD não pode ser consumida. Estas falhas de hardware dos componentes do VFD exigem uma reparação profissional do acionamento do VFD, caso contrário, causarão inevitavelmente uma falha de sobretensão do VFD - tal como uma comporta encravada, a energia acumulada causará inevitavelmente uma rutura.

Passos para a resolução de problemas

1. validar a tensão da fonte de alimentação de entrada

Ao efetuar a resolução de problemas do vfd, utilize um multímetro para medir o intervalo de flutuação da tensão de entrada trifásica (±10% permitido). Se forem detectados picos de tensão (>130% Un), verifique se a proteção contra picos de tensão do variador de frequência está activada. Os registos de resolução de problemas do conversor de frequência mostram que as anomalias da tensão de entrada são responsáveis por 21% das falhas de sobretensão do vfd.

2.Verificar as definições do tempo da rampa de desaceleração

Tempos de desaceleração excessivamente curtos (por exemplo, 1 segundo) e ajuste gradualmente os parâmetros do VFD. Num estudo de caso de um ventilador, o aumento do tempo de desaceleração de 0,3 segundos para 1,2 segundos reduziu a taxa de ocorrência de falhas de sobretensão do VFD em 73%.

3. adicionar ou verificar a configuração da resistência de travagem

Verificar o valor da resistência de travagem (desvio 25% durante a desaceleração. A proteção contra picos de tensão da VFD não pode substituir a funcionalidade de travagem.

4.Inspecionar as ligações do motor e dos cabos

Uma camada de blindagem quebrada (impedância > 50Ω) na cablagem do acionamento VFD pode introduzir interferências de alta frequência. Utilize um multímetro para verificar a queda de tensão do terminal do cabo da VFD (uma queda > 0,5V indica mau contacto). Uma má ligação à terra pode provocar uma falha de terra do VFD, resultando numa corrente de fuga > 100mA.

5) Examinar as caraterísticas da carga

Cargas de alta inércia (por exemplo.bomba de água vfddiâmetro do impulsor > 400 mm) pode atingir uma taxa de conversão de energia inercial de 150% durante as paragens de emergência. vfd em sistemas de climatização requerem dispositivos de amortecimento (por exemplo, volantes de inércia); caso contrário, o motor de frequência variável permanecerá em modo de gerador durante 0,2 segundos, accionando um defeito de sobretensão vfd.

6.Rever a configuração dos parâmetros da VFD

Verificar sistematicamente as definições de parâmetros críticos, tais como os limiares de proteção contra sobretensão do barramento e a tensão de ativação da função de travagem. Compare a lógica dos parâmetros com o manual do equipamento para garantir a racionalidade; limiares incorretamente definidos podem enfraquecer as capacidades de proteção.

7. verificar se existem falhas de terra ou fugas de isolamento

Os procedimentos de manutenção do VFD requerem testes trimestrais com megôhmetro (resistência fase-terra ≥ 5MΩ). Quando a resistência do circuito de falha de terra da rede de ligação à terra excede 3Ω (barramento de cobre de ligação à terra independente recomendado ≥ 16mm²), o efeito cumulativo da corrente de fuga pode causar falsos alarmes de falhas de sobretensão.

8.Contactar o suporte do fabricante da VFD

Fornecer os códigos de falha da VFD e os registos dos parâmetros operacionais (por exemplo, tensão de entrada, frequência de saída) quando o equipamento dispara um alarme. O fabricante pode diagnosticar defeitos de firmware ou problemas de compatibilidade de hardware analisando os dados históricos dos ecrãs da VFD e orientar as soluções de reparação subsequentes da unidade VFD.

9. reiniciar o VFD e observar o comportamento

Após o reinício da VFD, monitorizar a tensão do barramento CC (flutuações normais < ±5%). Se o software da VFD não tiver a funcionalidade de registo automático da forma de onda, deve ser ligado um osciloscópio de armazenamento externo para captar a curva de subida da tensão durante a desaceleração do motor de acionamento da VFD.

10.Monitorizar a tensão e a corrente do conversor em tempo real

Acompanhe as alterações dinâmicas na tensão do barramento CC através da interface de monitorização do conversor ou de instrumentos externos. Preste muita atenção às flutuações de tensão durante as fases de aceleração e desaceleração do controlo do motor VFD, uma vez que as flutuações anormais indicam frequentemente o envelhecimento dos componentes do VFD ou respostas anormais do sistema.

11.Efetuar a medição da tensão estática

Depois de desligar, meça a cablagem da unidade VFD:

• Terminais de saída da ponte rectificadora (normal ≈ 1,35 × tensão da linha de entrada)
• Terminais de entrada do módulo IGBT (desvio > ±3% indica uma falha)

A quebra do circuito da resistência de pré-carga do sistema de controlo do variador de frequência pode causar uma perda de tensão inicial.

12. utilizar ferramentas de monitorização dinâmica de processos

Software de VFD em conjunto com um analisador de energia (por exemplo, Fluke 435) para captar transientes de tensão. A resolução de problemas de unidades VFD indica: As oscilações >5 kHz (amplitude >50 V) que surgem 50 ms antes da sobretensão são um sinal de desafinação da frequência portadora do inversor de frequência.

13.Verificar a funcionalidade da unidade de travagem

Ativar manualmente o sinal de travagem (forçando a saída através do software da VFD) e medir a tensão através da resistência de travagem da VFD (deve ser 95%-105% da tensão do barramento). A ausência de tensão ou <80% indica uma avaria dos componentes da VFD (como a porta do IGBT de travagem), diretamente relacionada com uma falha de sobretensão da VFD.

14. otimizar o circuito de controlo e os parâmetros de feedback

Verifique a precisão do feedback da velocidade e a resposta de regulação do controlo de circuito fechado. Pode tentar repor os parâmetros do circuito de controlo para os valores predefinidos de fábrica e observar se as flutuações de velocidade melhoram. O controlo optimizado do motor VFD deve eliminar as oscilações periódicas de velocidade e melhorar a estabilidade do sistema.

Conclusão

Para prevenir as falhas de sobretensão dos VFD, é necessário implementar definições de parâmetros precisas (adaptadas às caraterísticas da carga), manutenção sistemática do hardware (com foco na deteção do estado das unidades de travagem e condensadores) e monitorização da tensão do barramento em tempo real. Através da resolução de problemas dos VFDs, da gestão em circuito fechado da qualidade da energia, da libertação de energia por inércia e da lógica de resposta do controlo do variador de frequência, pode ser construído um sistema de defesa tridimensional contra falhas de sobretensão. A experiência prática demonstrou que a integração da otimização dos parâmetros, da pré-inspeção do hardware e da monitorização dinâmica pode aumentar significativamente a robustez do sistema.