Cómo solucionar la sobretensión de la línea de corriente continua en inversores

Análisis de fallas por sobretensión en la detección de voltaje del inversor

El inversor es el componente central de los sistemas modernos de accionamiento eléctrico, permitiendo diversas funciones de control de velocidad del motor y requisitos operativos. Durante la operación normal, para garantizar la seguridad y estabilidad del sistema, el inversor monitorea continuamente parámetros operativos clave, como el voltaje, la corriente, la temperatura y la frecuencia, para asegurar el funcionamiento adecuado del equipo. Este artículo proporciona un breve análisis de las fallas relacionadas con la sobretensión en la circuitería de detección de voltaje del inversor.

La sobretensión del inversor se refiere típicamente al voltaje de la línea DC que supera un umbral seguro, lo que supone un riesgo para los componentes internos y desencadena un apagado protector. En condiciones normales, el voltaje de la línea DC es el valor promedio después de la rectificación de onda completa trifásica y filtrado. Para una entrada AC de 380V, el voltaje teórico de la línea DC es:
Ud = 380V × 1.414 ≈ 537V.

Durante un evento de sobretensión, el capacitor principal de la línea DC se carga y almacena energía, causando que el voltaje de la línea aumente. Cuando el voltaje se acerca al voltaje nominal del capacitor (alrededor de 800V), el inversor activa la protección contra sobretensión y se apaga. No hacerlo puede degradar el rendimiento o causar daños permanentes. Generalmente, la sobretensión del inversor puede atribuirse a dos causas principales: problemas de suministro de energía y retroalimentación relacionada con la carga.

1. Voltaje AC de entrada excesivamente alto

Si el voltaje de suministro AC de entrada supera el rango permitido—debido a sobretensiones en la red, fallos en transformadores, cables defectuosos o sobretensión de generadores diésel—puede ocurrir sobretensión. En tales casos, se recomienda desconectar el suministro de energía, inspeccionar y corregir el problema, y solo reiniciar el inversor una vez que el voltaje de entrada regrese a la normalidad.

2. Energía regenerativa desde la carga

Esto es común con cargas de alta inercia, donde la velocidad síncrona del motor supera la velocidad de salida real del inversor. El motor entonces opera en modo generador, alimentando energía eléctrica de vuelta al inversor y causando que el voltaje de la línea DC suba más allá de los límites seguros, resultando en una falla por sobretensión. Este problema se puede abordar mediante las siguientes medidas:

(1) Extender el tiempo de deceleración

La sobretensión en sistemas de alta inercia a menudo resulta de configuraciones de deceleración demasiado cortas. Durante la deceleración rápida, la inercia mecánica mantiene el motor girando, causando que su velocidad síncrona supere la frecuencia de salida del inversor. Esto lleva al motor a un modo regenerativo. Al extender el tiempo de deceleración, el inversor reduce su frecuencia de salida de manera más gradual, asegurando que la velocidad síncrona del motor permanezca por debajo de la velocidad de salida del inversor, evitando así la regeneración.

(2) Habilitar la prevención de bloqueo por sobretensión (Inhibición de bloqueo por sobretensión)

Dado que la sobretensión a menudo ocurre debido a una reducción de frecuencia demasiado rápida, esta función monitorea el voltaje de la línea DC. Si el voltaje sube a un umbral preestablecido, el inversor reduce automáticamente la tasa de disminución de frecuencia, manteniendo la velocidad de salida por encima de la velocidad síncrona del motor para evitar la regeneración.

(3) Usar frenado dinámico (frenado resistivo)

Activa la función de frenado dinámico para disipar la energía regenerativa excedente a través de un resistor de frenado. Esto evita que el voltaje de la línea DC suba más allá de los niveles seguros.

(4) Soluciones adicionales

• Instalar una unidad de retroalimentación regenerativa para devolver la energía excedente a la red eléctrica.

• Usar una configuración de línea DC común, conectando las líneas DC de dos o más inversores en paralelo. La energía excedente de un inversor regenerativo puede ser absorbida por otros inversores que están impulsando motores en modo motriz, ayudando a estabilizar el voltaje de la línea DC.