Migliorare la risoluzione dei problemi dell'azionamento a frequenza variabile

I miglioramenti nella tecnologia di azionamento a frequenza variabile (VFD) hanno portato a costi inferiori, maggiore affidabilità e maggiore utilizzo. La maggior parte dei moderni sistemi VFD dispongono di una diagnostica interna che crea uno spegnimento automatico in caso di guasto. Tuttavia, la causa di questi guasti a volte può essere difficile da individuare e correggere. Tuttavia, i test sui motori energizzati e diseccitati possono fornire informazioni preziose per aiutare a identificare molti di questi problemi. Questo articolo illustra come incorporare queste tecniche di test dei motori nella risoluzione dei problemi del VFD.

Un VFD rettifica l'alimentazione trifase in corrente alternata (CA) in ingresso per creare un bus a corrente continua (CC). Il bus CC utilizza condensatori per livellare la CC raddrizzata come ingresso alla sezione dell'invertitore. Nella sezione inverter, il controller utilizza microprocessori per controllare gli interruttori a semiconduttore che convertono la tensione CC in una tensione CA trifase variabile e in ingresso di frequenza al motore.

Controllando il tempo di accensione dei semiconduttori (raddrizzatore controllato al silicio [SCR] o transistor bipolare a gate isolato [IGBT]), l'ampiezza degli impulsi CC modula la CC per produrre una tensione di ingresso trifase simulata con tensione variabile e frequenza. La frequenza della tensione di ingresso determina la velocità con cui il campo magnetico ruota attorno allo statore. La velocità alla quale il campo magnetico viene definita velocità sincrona (SS).

A causa della natura di commutazione del circuito dell'inverter, i VFD possono creare problemi di qualità dell'alimentazione (PQ) introducendo armoniche nel sistema elettrico dell'impianto. Inoltre, i VFD possono anche essere sensibili ai problemi di PQ in entrata, causandone lo spegnimento. Molti VFD dispongono di componenti elettronici interni che indicano la causa dello spegnimento. Questi codici comuni assegnano la causa di sovratensione, sovracorrente, sovraccarico, tensione, squilibrio di corrente, sovratemperatura o guasti esterni. Questa informazione è importante, ma la vera domanda è: cosa ha causato la condizione di guasto? La condizione di guasto è causata dal VFD o riscontrata dal VFD?

Se il guasto viene riscontrato dal VFD, potrebbe essere il risultato dell'alimentazione in ingresso, di problemi di connessione, di uno qualsiasi dei tanti problemi dei motori o guasti nella macchina azionata o nel processo stesso. Se il guasto è causato dal VFD, potrebbe essere il risultato della rottura o del guasto di componenti elettronici. Tra i guasti più comuni figurano i diodi nella sezione raddrizzatore, i condensatori sul bus CC o il guasto o il guasto di un semiconduttore nella sezione invertitore.

L'analisi del circuito motore (MCA) è una tecnica di test del motore che inietta una serie di segnali CA e CC a bassa tensione attraverso gli avvolgimenti del motore per valutare accuratamente l'intero sistema motore mentre il motore è diseccitato. I test motore MCA possono essere eseguiti direttamente sul motore o in remoto dall'uscita del VFD. A differenza dei tradizionali test sui motori diseccitati che non riescono a identificare i problemi del rotore o lo sviluppo di guasti all'isolamento degli avvolgimenti, i test MCA forniscono un'indicazione precoce dello sviluppo di guasti nel sistema di isolamento della parete di terra e nell'isolamento che circonda i conduttori utilizzati per creare le bobine nello statore così come quelli esistenti o sviluppo di guasti nella parte elettrica dei rotori.

L'MCA è in grado di identificare i guasti nelle prime fasi ma può anche confermare rapidamente che il motore è "buono", eliminando così la causa dell'intervento del VFD. Eseguendo il test di tre minuti dall'uscita del VFD, un risultato "buono" non solo indica che il motore è in buone condizioni ma anche che tutti i cavi e i componenti elettrici associati nel circuito testato sono anch'essi in buone condizioni.

Tuttavia, se i risultati indicano "cattivo", viene eseguito un ulteriore test di tre minuti direttamente sul motore. Se il test del motore "buono", significa che il test è stato condotto correttamente e il guasto è nel cablaggio o nel controller. Se il motore indica un guasto in via di sviluppo, sono disponibili test MCA opzionali per determinare se il guasto è nel circuito elettrico del rotore o dello statore.