Soglie massima tensione di ingresso VFD

[fpalone]

Buongiorno a tutti,
sto raccogliendo informazioni sul comportamento di VFD commerciali (per motori 400 V, di potenza di pochi kW) in presenza di tensioni elevate (temporanee), lato rete.
In particolare, vorrei capire se i produttori dichiarano dei valori di massima tensione tollerabile per un tempo dato. Purtroppo finora non ho trovato nulla.
Qualcuno si è già imbattuto nel problema o ha informazioni in proposito?
Grazie in anticipo
fpalone

[SandroCalligaro]

Ciao fpalone, faccio qualche considerazione generale basata su quel che ho visto finora, anche perché non so se tutti i costruttori di VFD effettivamente dichiarino un valore massimo. O meglio, magari lo dichiarano in modo eccessivamente cautelativo, legandolo solo al valore della tensione di rete nominale.

Mi perdonerai se dico cose scontate, ma magari potrebbero essere utili anche ad altri.

Per quanto ne so, i limiti derivano fisicamente da due aspetti:
- tensione massima di lavoro dei condensatori di bus DC;
- tensione massima di lavoro degli IGBT.
I diodi del raddrizzatore, non dovrebbero essere un problema, essendo dispositivi robusti e comunque solitamente almeno dello stesso rating degli IGBT (1200 V), anzi spesso fanno parte dello stesso modulo e sono dello stesso tipo dei diodi posti in anti-parallelo agli IGBT.

Per un inverter alimentato dalla rete a 400 V, in condizioni normali (non di frenatura) il bus può arrivare a poco più di 600 V.
Siccome però vengono usati condensatori elettrolitici, di solito si trova la serie di due banchi da 450 V, che porterebbe il limite a 900 V, certamente qualcosa in più per picchi di breve durata.

Gli IGBT, invece, sono solitamente da 1200 V, ma bisogna considerare un margine abbastanza ampio, perché nel caso peggiore (interruzione di una corrente molto alta, tipicamente in seguito a corto-circuito sull'uscita) l'induttanza parassita tra i condensatori del bus DC e i terminali dell'inverter causa un picco di tensione aggiuntivo ai capi dei dispositivi.
Una scelta abbastanza classica per la tensione nominale di lavoro (sul bus DC) è attorno a 2/3, cioè 800 V (su 1200 di rating del dispositivo).


Come dicevo, sicuramente i costruttori dichiarano un range per la tensione di rete e magari una tolleranza, ma potrebbe essere che quel range sia cautelativo, nel senso che è normale che il prodotto sia robusto rispetto a variazioni (brevi) della tensione di rete, ma fino a quanto?

Siccome gli inverter hanno anche delle funzioni di protezione, un prodotto serio dovrebbe mettere a disposizione dei parametri (configurabili dall'utente) che corrispondono alle soglie minime e massime di tensione di alimentazione DC. Il manuale dovrebbe riportare il range ammissibile per quei parametri, e da quei valori si può già dedurre la massima tensione di lavoro.
Inoltre, siccome in frenatura la tensione di bus tende a salire, prima della protezione si fa intervenire il resistore "di frenatura" (che normalmente è esterno), che viene inserito attivando un ulteriore IGBT. Anche in questo caso, la soglia di intervento è legata ad un parametro, che da manuale avrà un range. Direi che l'estremo superiore di quel range è una buona stima della massima tensione DC di lavoro temporanea, perché in effetti l'inverter potrebbe lavorare a quella tensione per tempi anche non brevissimi.

[mario_maggi]

Ciao fpalone.
Bazzico tra gli inverter a frequenza variabile dal 1973, e non ho mai visto specificato un tempo per una sovratensione.
Soprattutto per gli inverter commerciali di piccola potenza i produttori non hanno interesse a dichiarare valori che il mercato solitamente non chiede.
Ciao

Mario

[fpalone]

Grazie mario_maggi, anche io sto trovando difficoltà a trovare questi dati.

i produttori non hanno interesse a dichiarare valori che il mercato solitamente non chiede

La questione è, purtroppo, molto attuale:
in moltissimi casi VFD commerciali di piccola potenza sono inseriti in sistemi ausiliari (pompe, ventole) di convertitori elettronici di potenza collegati a reti di trasmissione e distribuzione.
Si parla del grande impianto di conversione collegato alla rete a 400 kV come del PCS fotovoltaico collegato ad una rete BT.

Mi è capitato di riscontrare blocchi per massima (più raramente minima) tensione causati da questi VFD, per un mancato coordinamento tra le curve Over Voltage Ride Through (più raramente Low Voltage Ride Through) del convertitore e quella dei suoi ausiliari.
Purtroppo, in caso di prove "al banco" per la verifica della OVRT /LVRT, spesso non sono installati gli effettivi sistemi ausiliari, oppure essi sono alimentati da una rete locale di stabilimento o di laboratorio (e non sentono quindi la variazione di tensione a cui è provato il convertitore), per cui il problema rischia di venire fuori in campo e non durante la certificazione di prodotto.
Si tratta sicuramente di applicazioni "particolari" di VFD commerciali, ma in mancanza di documentazione di riferimento dei VFD, l'unica opzione diventa (a malincuore) tornare ai semplici contattori e motori a velocità fissa.

[mario_maggi]

fpalone,
prima di pensare alla sostituzione, suggerisco di verificare che gli inverter non siano di bassa qualità, e che la loro programmazione sia adeguata (per esempio, con carichi inerziali non devono diventare generatori restituendo energia verso rete).
I normali inverter dotati di ponte di diodi in ingresso non permettono di restituire energia in rete.
C'è qualcosa che non mi torna ....
Ciao
Mario

[fpalone]

Ciao mario_maggi,
il problema non sembra essere la modalità rigenerativa e ti confermo che tutti i VFD che mi sono capitati sottocchio in queste applicazioni sono equipaggiati con un ponte a diodi.
La mia interpretazione è che in presenza di sovratensioni temporanee (durata di 100 - 200 ms ed ampiezze che possono arrivare a 1.35 pu), la tensione sul dc link raggiunga valori superiori ad una soglia )purtroppo non documentata) di intervento per massima tensione dc che manda in blocco il VFD.

[mario_maggi]

Ciao.
Avevo intuito male. Allora per le sovratensioni basta un filtro in ingresso all'inverter, meglio se completo di varistore per tagliare le sovratensioni. Molti inverter hanno già integrato un IGBT sfioratore di tensione sul DC bus, ma in morsettiera non c'è collegato alcun resistore. Nel caso, aggiungi un resistore con il minimo valore ohmico accettabile da quella taglia di inverter.
Invece per LVRT alcuni inverter hanno la possibilità di impostare questa funzione: al diminuire della tensione di DC bus l'inverter resta attivo e viene ridotta la frequenza di uscita, in tal modo si rigenera energia sul bus, utile per mantenere vivo l'inverter durante il LVRT. Questa funzione è possibile solo sugli inverter che hanno l'alimentatore switching per la bassa tensione, alimentato dal bus DC.
Ciao
Mario