As 10 principais causas de falha de sobrecorrente de VFD

O que é uma falha de sobrecorrente de VFD?​

O defeito de sobreintensidade da VFD refere-se à resposta de proteção de emergência desencadeada quando a VFD detecta uma corrente transitória superior a 150% do valor nominal (com uma duração superior a 300 μs). Ao detetar uma sobrecorrente, os impulsos de saída do IGBT são imediatamente bloqueados - semelhante ao mecanismo de proteção do fusível nos sistemas de energia. Quando esta anomalia é detectada (códigos de avaria VFD, por exemplo, FU-02; os códigos reais devem ser consultados no manual do equipamento), o transformador de corrente desencadeia a proteção em 0,1 ms com uma precisão de ±1%, evitando a queima do módulo IGBT (temperatura de junção superior a 175°C) ou riscos de carbonização do isolamento do motor. Estas falhas do VFD, que representam 42% dos eventos de paragem do VFD, são precisamente as principais falhas que podem ser prevenidas proactivamente através da otimização dos parâmetros e da deteção do hardware.

As 10 principais causas comuns de falha de sobrecorrente de VFD

1. Carga excessiva do motor

Motores de acionamento variável que accionam cargas de alta inércia (como bombas de acionamento de frequência variável quando o impulsor se depara subitamente com um bloqueio ou martelo de água de cavitação durante o arranque) sofrem um aumento súbito da resistência mecânica, forçando o binário de saída a exceder o limite 150%. Para manter a velocidade definida, o VFD continuará a aumentar a corrente. Quando a corrente excede 200% do valor nominal e continua por mais de 500 ms, a falha de sobrecorrente do VFD será inevitavelmente acionada. Os pontos de controlo incluem o estado de travagem da ventoinha, o bloqueio do percurso do fluxo da caixa da bomba e um binário de fricção anormal no sistema de transmissão.

2. curto-circuitos

Os curto-circuitos de saída fase-fase/terra fazem com que as correntes excedam largamente os valores nominais (＞1000%), podendo provocar a explosão dos componentes do VFD (IGBT/capacitores) e ativar instantaneamente os códigos de avaria do VFD - o tipo mais grave de avaria do VFD.

3.Definições incorrectas do VFD

Quando o tempo de aceleração é demasiado curto (180%, os componentes de um VFD (como o IGBT/unidade de monitorização) avaliarão mal as caraterísticas da carga, fazendo com que os accionamentos VFD desencadeiem frequentemente uma falha de sobreintensidade do VFD.

4.Problemas no motor ou no cabo

Curto-circuito entre espiras do motor de frequência variável (resistência equivalente reduzida em 20 vezes) ou envelhecimento do isolamento do cabo elétrico do VFD (fuga à terra > 5 mA), resultando em distorção da forma de onda da corrente (THD > 25%) e desequilíbrio trifásico > 5%, desencadeando diretamente uma avaria do VFD.

5.Problemas de qualidade de energia

Quando os harmónicos do VFD (>30% THDi) poluem a rede eléctrica, ocorre uma distorção da amostragem do transformador de corrente (desvio >15%). Nesta altura, se ocorrer um pico súbito de tensão do VFD (>6kV/3kA) e o atraso de resposta da proteção contra sobretensões do VFD for >10μs, o módulo IGBT avariará, resultando num curto-circuito do barramento CC. Para sistemas VFD em Aplicações AVAC com ciclos frequentes de arranque/paragem, uma queda de tensão superior a 15% pode forçar a corrente de saída a aumentar compensatoriamente mais de 200%, desencadeando diretamente uma falha de sobreintensidade do VFD.

6.Falha interna do VFD

Componentes da VFD Danos no hardware (tais como avaria na porta do IGBT, aumento da ESR do condensador DC > 50%, ou desvio do zero do transformador de corrente) fazem com que os componentes de uma VFD produzam aumentos anormais de corrente - a distorção do sinal da placa de acionamento faz com que a corrente de fase aumente subitamente > 200%. Esta falha não linear força a proteção contra sobreintensidades a disparar mesmo quando a carga mecânica do VFD é normal.

7.Desaceleração da carga

Os variadores de velocidade (VSDs) podem sofrer uma desaceleração rápida (por exemplo, quando o registo de um ventilador centrífugo se fecha subitamente). Durante essa desaceleração, o motor VSD passa para o modo de gerador devido à inércia, fazendo com que a energia regenerativa volte a fluir para o sistema e fazendo com que a tensão do barramento CC suba acima de 120%. Isto força os IGBTs no lado do inversor a suportar picos de corrente inversa, accionando um defeito de sobreintensidade do VSD. Cenários típicos: mecanismo de elevação em queda livre, travagem de emergência da linha de transporte (quando a capacidade da resistência de travagem é insuficiente).

8.Pico de potência de entrada

Os relâmpagos ou a comutação da rede podem causar um pico de tensão VFD (＞130% da tensão nominal), resultando em sobretensão do capacitor do barramento CC no inversor de frequência, o que leva à condução descontrolada da carga do portão IGBT e a um overshoot de corrente instantânea de ＞180%. Quando a resposta da proteção contra surtos do VFD é ＞100μs, uma falha de sobrecorrente é acionada.

9.Mudanças rápidas de carga

Quando os variadores de frequência encontram um bloqueio no alimentador ou no transportador de um misturador, o binário de carga aumenta subitamente mais de 150% em 0,2 segundos. O ciclo de ajuste de 10ms do controlo do motor do variador de frequência não consegue responder instantaneamente, forçando a corrente a exceder o limite de 200%. Se o tempo de tolerância de sobrecarga do motor VFD for inferior a 5ms (como um motor de ímanes permanentes), será desencadeada uma falha de sobrecorrente VFD.

10. questões de ligação à terra

Quando a resistência de ligação à terra excede 5Ω ou a linha PE está mal ligada, a corrente de fuga (＞50mA) causada pela falha de ligação à terra vfd não pode ser efetivamente descarregada. O sistema de controlo pode interpretá-la erradamente como um curto-circuito do lado da carga. Esta corrente falsa, quando adicionada à corrente de funcionamento real, pode exceder 150% do valor nominal e desencadear diretamente uma falha de sobrecorrente vfd.

Passos para a resolução de problemas:

1.Inspeção da carga

Verificar se o impulsor está encravado (binário ao ralenti > 15% do valor nominal) na bomba de água VFD ou se o motor de frequência variável está sobrecarregado (corrente > 110% e duração > 10 segundos). Registar a curva de corrente durante as fases de arranque e de paragem - se houver um aumento súbito de 150% no espaço de 0,5 segundos acompanhado de vibração mecânica (superior a 4 mm/s), isto confirma que a anomalia da carga mecânica é a causa principal da avaria de sobreintensidade do VFD.

2.Rever as definições do VFD​

Ao efetuar Resolução de problemas de acionamento VFD, Verificar o seguinte:

• Parâmetros do núcleo de controlo da VFD:
  • Tempo de aceleração (≥ constante de tempo de inércia do motor × 3)
  • Limite de corrente (110%-150% FLA)
• Compatibilidade do controlo do motor de acionamento de frequência variável:
  • Frequência portadora (8-12kHz para evitar pontos de ressonância)
  • Valor FLA do motor (comparar com a placa de identificação ±5%)
• Sinais anómalos para as definições da VFD:
  • Oscilação da frequência de saída > ±2 Hz
  • Flutuação do barramento CC > ±15%
  • O desajuste dos parâmetros pode causar picos de corrente não controlados. É necessária uma monitorização em tempo real das caraterísticas de seguimento da tensão/corrente (o alarme dispara se o desvio exceder 10%).

3.Inspecionar o motor e os cabos

Teste o desvio da resistência fase a fase dos enrolamentos do motor VFD (＞±2%) e o isolamento do cabo (megôhmetro ≥5MΩ). Terminais eléctricos do VFD soltos (resistência de contacto ＞10mΩ) ou danos no isolamento causarão corrente de fuga ＞50mA. Uma camada de blindagem quebrada no cabo do VFD pode causar interferência de alta frequência e ativar a proteção de sobrecorrente. Este problema oculto deve ser identificado através da análise do desvio da frequência de ressonância (＞±5kHz) utilizando um medidor LCR. Em casos de danos profundos, como curtos-circuitos entre enrolamentos, devem ser efectuadas reparações profissionais de variadores de frequência.

4.Teste para Shorts

Efetuar uma inspeção em três etapas:

• Desligar a alimentação e verificar a existência de eletricidade → Utilizar um multímetro para medir a resistência entre as fases U/V/W (uma diferença de >±1% é anormal)
• Utilizar um megôhmetro para testar → Medir a resistência entre a linha de fase e a terra (um valor <1MΩ indica uma falha de terra)
• Desligar e testar → Isolar os componentes de um VFD (a resistência do módulo IGBT < 10Ω indica avaria). Se for detectado um curto-circuito, siga o fluxograma de resolução de problemas do VFD para substituir os componentes danificados. Os curto-circuitos fase-fase devem comunicar os códigos de avaria da VFD, sendo responsáveis por 33% de todas as avarias da VFD, especialmente as avarias de sobreintensidade da VFD, que requerem atenção prioritária para eliminar este risco.

5.Monitorizar a tensão

Captar os transientes do lado da entrada, tais como picos de tensão da VFD (>130% de pico) ou quedas (<80% com duração de 100 ms) utilizando um osciloscópio. Tais flutuações forçam o inversor VFD a aumentar a potência de compensação de corrente, causando sobrecorrente.

Deteção síncrona:

• Os harmónicos do VFD são >20% (distorção da amostragem de corrente)?
• A resposta da proteção contra sobretensões do VFD é ±15% indica um aviso de anomalias na rede.

Processo de resolução de problemas:

6.Testar componentes separadamente

Desligar o VFD do motor CA da carga e ligar uma carga resistiva para simular o VFD para o funcionamento do exaustor (por exemplo, alimentação 30%). Se a sobrecorrente desaparecer, a origem da avaria está no lado mecânico; caso contrário, desmonte a máquina para inspecionar os componentes do VFD:

• Módulo IGBT (utilizar um multímetro para medir a resistência do terminal C-E; se for <10Ω, está avariado)
• Optoacoplador da placa de acionamento (se o atraso for superior a 3 μs, é necessário substituí-lo)
• Condensador de corrente contínua (se a ESR exceder 200% do valor nominal, é considerado defeituoso)
• Os danos graves requerem a reparação do acionamento VFD e a substituição da unidade de potência.

7.Inspecionar o VFD internamente

Quando a temperatura ambiente é superior a 40°C, o VFD em sistemas HVAC deve ser reduzida em 15% para evitar que a dissipação de calor insuficiente accione a proteção contra sobreintensidades. As fontes de interferência EMI (tais como diafonia de VFDs próximos na gama de frequências de 30 MHz a 500 MHz) podem provocar falsos disparos, sendo necessária a instalação de um filtro RFI (com perda de inserção superior a 40 dB). Quando a resistência de circuito fechado da rede de ligação à terra excede 5Ω (evitar ligação à terra em série), as correntes parasitas podem induzir correntes de deteção anormais superiores a 100mA. Estes factores externos são responsáveis por 18% dos defeitos de sobreintensidade da VFD.

Conclusão - Prevenção de falhas de sobrecorrente em sistemas VFD

A prevenção e o controlo das avarias por sobreintensidade dos VFD requerem uma coordenação multidimensional: definindo razoavelmente os parâmetros de resposta dinâmica, realizando sistematicamente Manutenção do VFD (inspeccionando regularmente os principais componentes e as condições de arrefecimento) e monitorizando as tendências de corrente anormais em tempo real, combinadas com uma análise aprofundada dos códigos de avaria da VFD através da resolução de problemas da VFD, a taxa de avarias pode ser significativamente reduzida. A essência reside na manutenção preditiva dos componentes do VFD e na adaptação precisa às caraterísticas da carga, mantendo os riscos de sobreintensidade dentro dos padrões de segurança industrial.