औद्योगिक स्वचालन स्थलों पर, वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFD/फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर) के दो सबसे आम सुरक्षात्मक ट्रिप ओवरवोल्टेज (OV) और ओवरलोड (OL) हैं। पहले का अर्थ है कि DC-बस वोल्टेज सुरक्षित सीमा से अधिक हो जाता है; दूसरे का अर्थ है कि आउटपुट करंट एक निश्चित अवधि के लिए निर्धारित क्षमता से अधिक हो जाता है। इनके कारण और सुरक्षा तर्क अलग-अलग होते हैं, लेकिन अक्सर इन्हें एक ही समझा जाता है, जिससे साइट पर मौजूद कर्मचारी समस्या निवारण में लगे रहते हैं और ट्रिप बार-बार होते रहते हैं। अंतरराष्ट्रीय मानकों और प्रमुख VFD निर्माताओं के सार्वजनिक रूप से उपलब्ध इंजीनियरिंग दस्तावेजों के आधार पर, यह लेख OV और OL के कारणों, ड्राइव के आंतरिक अनुकूलित सुरक्षा तर्क और साइट पर निदान और पैरामीटर-अनुकूलन संबंधी सुझावों की व्याख्या करता है, जिससे इंजीनियरों को उपकरण की सुरक्षा सुनिश्चित करते हुए अनावश्यक डाउनटाइम को कम करने में मदद मिलती है।

1.0V अतिवोल्टेज: कारण और निदान

1.1 डीसी-बस ओवरवोल्टेज क्या है?

एक VFD पहले AC को DC में परिवर्तित करता है, इसे DC-बस कैपेसिटर में संग्रहित करता है, और फिर इन्वर्टर के माध्यम से परिवर्तनीय आवृत्ति वाली बिजली उत्पन्न करता है। तीन-चरण रेक्टिफिकेशन के बाद, DC-बस वोल्टेज लाइन वोल्टेज का लगभग 1.35 गुना होता है; उदाहरण के लिए, 400 V की आपूर्ति लोड के तहत लगभग 540 V का बस वोल्टेज उत्पन्न करती है। बस कैपेसिटर और पावर उपकरणों को क्षति से बचाने के लिए, जब बस वोल्टेज ओवरवोल्टेज सीमा से अधिक हो जाता है, तो ड्राइव का सुरक्षा तंत्र सक्रिय हो जाता है और OV ट्रिप आउटपुट देता है। 3AC 400 V-क्लास ड्राइव के लिए, DC ओवरवोल्टेज सीमा आमतौर पर लगभग 820 V DC होती है। यह सीमा निर्माता और वोल्टेज वर्ग के अनुसार भिन्न होती है और आमतौर पर हार्डवेयर में निश्चित होती है: इसे संशोधित या छिपाया नहीं जा सकता।

1.2 अतिवोल्टेज के तीन मुख्य कारण

पहला कारण है सप्लाई साइड का वोल्टेज बहुत अधिक होना। ग्रिड में उतार-चढ़ाव, पावर फैक्टर करेक्शन कैपेसिटर बैंकों का चालू होना और सप्लाई साइड पर स्विचिंग ओवरवोल्टेज के कारण डीसी बस का वोल्टेज सीधे बढ़ सकता है। दूसरा कारण है लोड-एनर्जी रीजनरेशन, जो सबसे आम कारण है। जब कोई उच्च जड़त्व वाला लोड तेजी से धीमा होता है, कोई पोटेंशियल एनर्जी (ऊपर-नीचे करने वाला) लोड चलता है, या लोड अचानक नीचे गिरता है, तो मोटर लोड द्वारा खींची जाती है और जनरेटिंग मोड में प्रवेश करती है; ऊर्जा मोटर के साथ वापस डीसी बस में प्रवाहित होती है और बस वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। तीसरा कारण है हार्डवेयर और वायरिंग की समस्याएं, जैसे कि दोषपूर्ण डीसी-वोल्टेज सेंसिंग सर्किट, आउटपुट केबल या मोटर ग्राउंड फॉल्ट, या ढीले टर्मिनल, गलत या वास्तविक ओवरवोल्टेज का कारण बन सकते हैं।

2. ओएल ओवरलोड: परिभाषा और कारण

2.1 ओवरलोड सुरक्षा क्या है?

ओवरलोड का मतलब है कि ड्राइव का आउटपुट करंट निर्धारित मान से अधिक हो जाता है और एक निश्चित अवधि तक बना रहता है। ड्राइव आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक थर्मल ओवरलोड सुरक्षा (I²t) का उपयोग करते हैं, जो मोटर और पावर उपकरणों के थर्मल संचय को मॉडल करने के लिए करंट के वर्ग और समय के गुणनफल को एकीकृत करता है; ऑपरेटिंग समय करंट के व्युत्क्रमानुपाती होता है (व्युत्क्रम-समय विशेषता): करंट जितना अधिक होगा, अनुमत चलने का समय उतना ही कम होगा। यह शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा और तात्कालिक ओवरकरंट सुरक्षा से भिन्न है; यह मुख्य रूप से लंबे समय तक थर्मल संचय से होने वाली ओवरहीटिंग क्षति से सुरक्षा प्रदान करता है।

2.2 हल्के कार्य बनाम भारी कार्य और ओवरलोड क्षमता

ड्राइव को आमतौर पर ओवरलोड क्षमता के आधार पर सामान्य ड्यूटी (ND) और हेवी ड्यूटी (HD) में वर्गीकृत किया जाता है। एक सामान्य परिभाषा यह है: लाइट ड्यूटी ड्राइव 300 सेकंड के चक्र पर 60 सेकंड के लिए रेटेड करंट का लगभग 110% तक ओवरलोड सहन कर सकती है; हेवी ड्यूटी ड्राइव इससे अधिक ओवरलोड (जैसे, 150%) सहन कर सकती है। पैरामीटर निर्माताओं के अनुसार भिन्न होते हैं; कृपया विशिष्ट मॉडल के नेमप्लेट और मैनुअल देखें। ओवरलोड क्षमता सीधे साइजिंग को प्रभावित करती है: बार-बार ओवरलोड होने वाले हेवी-ड्यूटी अनुप्रयोगों में कम रेटेड पावर वाले हेवी-ड्यूटी मॉडल या अधिक क्षमता वाले मॉडल का उपयोग करना चाहिए, ताकि लंबे समय तक ओवरलोड होने से बचा जा सके जो ओवरलोड ट्रिप का कारण बनता है।

2.3 ओवरलोड के सामान्य कारण

बहुत अधिक यांत्रिक भार, इंजन का रुक जाना या जाम हो जाना; त्वरण/मंदी का समय बहुत कम होना, जिससे अत्यधिक प्रारंभिक और त्वरण धारा उत्पन्न होती है; वीएफडी और मोटर के आकार में बेमेल होना; मोटर का खराब शीतलन या लंबे समय तक कम आवृत्ति पर संचालन के दौरान अपर्याप्त शीतलन; और अनुचित पैरामीटर सेटिंग्स (उदाहरण के लिए, गलत रेटेड धारा या इलेक्ट्रॉनिक थर्मल ओवरलोड सीमा) ये सभी ओवरलोड सुरक्षा को सक्रिय कर सकते हैं।

3. ड्राइव का अनुकूलित सुरक्षा तर्क

3.1 ओवरवोल्टेज पक्ष पर अनुकूलित सुरक्षा तर्क

सॉफ्टवेयर स्तर पर "ओवरवोल्टेज स्टॉल रोकथाम" और "अधिकतम वोल्टेज नियंत्रक" मौजूद हैं। ड्राइव लगातार डीसी-बस वोल्टेज की निगरानी करता है; जब यह ओवरवोल्टेज सीमा के करीब पहुंचता है, तो ड्राइव स्वचालित रूप से मंदी रैंप को बढ़ाता है, अस्थायी रूप से गति कम करता है, या आउटपुट आवृत्ति को कम करता है, ताकि पुनर्योजी ऊर्जा मोटर और सिस्टम में अवशोषित हो जाए और बस वोल्टेज बढ़ना बंद हो जाए; बस के सामान्य होने के बाद, मूल सेटिंग बहाल हो जाती है। यह फ़ंक्शन V/F और वेक्टर नियंत्रण दोनों में उपलब्ध है।

हार्डवेयर स्तर पर, "ब्रेकिंग चॉपर और ब्रेकिंग रेसिस्टर" मौजूद हैं: जब बस वोल्टेज निर्धारित मान से अधिक हो जाता है, तो ब्रेकिंग चॉपर का पावर उपकरण पुनर्योजी ऊर्जा को ब्रेकिंग रेसिस्टर के माध्यम से ऊष्मा के रूप में प्रवाहित करता है और उसे नष्ट कर देता है, जिससे बस वोल्टेज कम हो जाता है। यह ध्यान देने योग्य है कि ब्रेकिंग रेसिस्टर का कार्य लोड की जड़ता द्वारा डीसी पक्ष में वापस भेजी गई पुनर्योजी ऊर्जा को नष्ट करना है, न कि सीधे ब्रेकिंग बल उत्पन्न करना।

बार-बार ब्रेकिंग और उच्च ऊर्जा-पुनर्प्राप्ति मूल्य वाले अनुप्रयोगों के लिए, एक पुनर्योजी इकाई / सक्रिय फ्रंट एंड (एएफई) पुनर्योजी ऊर्जा को ग्रिड में वापस भेजकर उच्च दक्षता प्रदान कर सकती है। कई ड्राइव को एक सामान्य डीसी बस पर भी जोड़ा जा सकता है, जिससे एक ब्रेकिंग ड्राइव से प्राप्त पुनर्योजी ऊर्जा अन्य चालू इकाइयों द्वारा अवशोषित हो जाती है, और ब्रेकिंग रेसिस्टर की आवश्यकता कम हो जाती है।

3.2 ओवरलोड साइड पर अनुकूलित सुरक्षा तर्क

इलेक्ट्रॉनिक थर्मल ओवरलोड (I²t) व्युत्क्रम-समय सुरक्षा: यह लगातार करंट की निगरानी करता है और थर्मल बिल्डअप का मॉडल तैयार करता है; निर्धारित सीमा पार हो जाने पर, यह व्युत्क्रम-समय वक्र के अनुसार कार्य करता है। यही ओवरलोड सुरक्षा का मूल आधार है।

स्टॉल रोकथाम और करंट लिमिटिंग: जब आउटपुट करंट स्टॉल-रोकथाम स्तर से अधिक हो जाता है, तो ड्राइव स्वचालित रूप से आउटपुट आवृत्ति को कम कर देता है या करंट को सीमित कर देता है ताकि करंट अनुमत सीमा में वापस आ जाए और ओवरकरंट ट्रिप को रोका जा सके; करंट के सामान्य होने के बाद, निर्धारित आवृत्ति बहाल हो जाती है।

अंडरलोड डिटेक्शन: लोड लंबे समय तक निर्धारित मान से नीचे रहने पर अलार्म बजता है या सिस्टम रुक जाता है, जो बेल्ट स्लिप या निष्क्रियता जैसी यांत्रिक या प्रक्रिया संबंधी असामान्यताओं का संकेत देता है। ओवरलोड प्री-अलार्म: ट्रिप थ्रेशहोल्ड तक पहुंचने से पहले ही चेतावनी देता है, जिससे प्रक्रिया पक्ष समय पर प्रतिक्रिया कर सकता है और अचानक रुकने की संभावना कम हो जाती है।

4. ऑन-साइट निदान और अनुकूलन संबंधी अनुशंसाएँ

OV और OL के कारण अलग-अलग होते हैं; तालिका 1 में दिखाए अनुसार, पहले दोष की प्रकृति को पहचानना उचित है।

तालिका 1 OV बनाम OL समस्या निवारण तुलना

पैरामीटर ऑप्टिमाइज़ेशन के लिए: ओवरवोल्टेज (OV) के लिए, डीसेलरेशन रैंप को उचित रूप से बढ़ाएँ और अधिकतम वोल्टेज कंट्रोलर/ओवरवोल्टेज स्टॉल रोकथाम को सक्षम करें; बार-बार डीसेलरेशन या पोटेंशियल-एनर्जी लोड के लिए, ब्रेकिंग रेसिस्टर के साथ एक ब्रेकिंग यूनिट कॉन्फ़िगर करें, और निर्माता के अनुसार रेसिस्टर के न्यूनतम प्रतिरोध और ब्रेकिंग पावर की जाँच करें। ओवरवोल्टेज (OL) के लिए, VFD रेटेड करंट और मोटर रेटेड करंट सेटिंग्स की जाँच करें, यह जाँचें कि एक्सेलरेशन/डीसेलरेशन का समय बहुत कम तो नहीं है, पुष्टि करें कि इलेक्ट्रॉनिक थर्मल ओवरलोड थ्रेशोल्ड मोटर नेमप्लेट से मेल खाता है (सेल्फ-कूल्ड मोटर्स को कम फ़्रीक्वेंसी पर कम अनुमत करंट की आवश्यकता होती है), और इंस्टॉलेशन वातावरण और कूलिंग की जाँच करें।

5। उपसंहार

ओवरवोल्टेज (OV) और थर्मल ओवरलोड (OL) दो मूल रूप से भिन्न लेकिन सामान्य ट्रिप हैं जिन्हें बेहतर सुरक्षा लॉजिक द्वारा काफी हद तक कम किया जा सकता है। डीसी-बस वोल्टेज के स्रोत और इलेक्ट्रॉनिक थर्मल ओवरलोड के एकीकरण सिद्धांत को समझना सही साइजिंग, कमीशनिंग और समस्या निवारण का आधार है। साइट पर, आपूर्ति, लोड, हार्डवेयर और पैरामीटर के चार आयामों की व्यवस्थित रूप से जांच करें और निर्माता मैनुअल और IEC 61800 श्रृंखला मानकों के साथ काम करें ताकि उपकरण सुरक्षा सुनिश्चित करते हुए अनावश्यक डाउनटाइम को कम किया जा सके और लाइन की उपलब्धता में सुधार किया जा सके।

6 संदर्भ

[1] आईईसी 61800-5-1:2007+ए1:2016, समायोज्य गति विद्युत शक्ति ड्राइव सिस्टम - भाग 5-1: सुरक्षा आवश्यकताएँ - विद्युत, तापीय और ऊर्जा। आईईसी वेबस्टोर।

[2] सीमेंस उद्योग ऑनलाइन सहायता। एमएम4 श्रृंखला आवृत्ति कन्वर्टर्स के दोष एफ0002 (डीसी-लिंक ओवरवोल्टेज) से कैसे निपटा जाए। 2015-11।

[3] एबीबी. इलेक्ट्रिकल ब्रेकिंग, तकनीकी गाइड संख्या 8. 2010.

[4] मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक. FREQROL-F800 सीरीज़, सुरक्षात्मक कार्य।

[5] जीबी/टी 12668.1-2002, समायोज्य गति विद्युत शक्ति ड्राइव सिस्टम - भाग 1: सामान्य आवश्यकताएँ - कम वोल्टेज समायोज्य गति डीसी पावर ड्राइव सिस्टम के लिए रेटिंग विनिर्देश। चीन का मानकीकरण प्रशासन।

[6] श्नाइडर इलेक्ट्रिक। एटीवी630 हेवी-ड्यूटी (एचडी) और नॉर्मल-ड्यूटी (एनडी) ओवरलोड क्षमता। 2020.