Problemen met stroomproblemen op HVAC-apparatuur oplossen

Een aandrijving met variabele frequentie (VFD) kan de snelheid van de afvoerluchtventilator niet variëren. Een motor raakt oververhit en valt voortijdig uit. Programmeerbare bedieningselementen die over het algemeen probleemloos werken, ondervinden plotseling problemen bij het werken op standby-stroom. Een VFD wordt zonder aanwijsbare reden geactiveerd in een gekoeldwatersysteem, wat resulteert in een alarm voor hoge temperaturen. Een stroomonderbreker schakelt uit, wat leidt tot een systeemuitschakeling; toch blijkt uit een stroomtanguitlezing geen abnormale stroom in het systeem na herstart.

Hoewel elk probleemoplossingsprobleem in een HVAC-systeem zijn eigen unieke omstandigheden met zich meebrengt, kunnen onderhoudsprofessionals dergelijke problemen herkennen als mogelijke problemen met de netvoedingskwaliteit.

Op zoek naar de echte oorzaak
Elektronica vormt de basis van moderne besturingssystemen. Programmeerbare regelaars, solid-state relais, sensoren, transducers, frequentieregelaars op ventilatoren en gekoeldwaterpompen, en elektronische regelaars op actuators zijn allemaal gevoelig voor problemen die oudere, puur elektromechanische regelaars niet hadden. Deze problemen zijn vaak het gevolg van de kwaliteit van de spanning en stroom die aan de HVAC-apparatuur wordt geleverd. Slechte "power quality" is elektrisch vermogen dat niet aan de gespecificeerde parameters voldoet.

Zoals bij alle vormen van HVAC-probleemoplossing, moeten technici de bronnen van potentiële problemen begrijpen om ze op te lossen. Onverklaarbare problemen worden vaak toegeschreven aan defecte elektronische apparatuur.
De echte oorzaak ligt misschien helemaal niet in de elektronische apparatuur.

Valse of bedrieglijke aanwijzingen
Bijvoorbeeld, een VFD die de afvoer niet goed kan variëren - de snelheid van de luchtventilator kan het gevolg zijn van verschillende systeemproblemen - van een DDC-override die is gestart op de VFD, tot een defecte statische druksensor, tot overmatige kanaallekkage. Hoewel de oorzaak van de initiële storing zelden bij de VFD zelf ligt, kan de VFD in feite andere systeemproblemen veroorzaken. Motoren raken oververhit, hinderlijke uitschakelingen van stroomonderbrekers of onverklaarbare gesprongen zekeringen gebeuren, en valse alarmen kunnen elders in het digitale besturingssysteem optreden. Aangezien dit allemaal kenmerken kunnen zijn van de normale werking van de VFD, moeten de technici het probleem altijd terugleiden tot de bron.

In één geval zou een door een ventilator geleverde VFD onbedoeld trippen in een koelsysteem wanneer de stroom werd overgedragen van de gebruikelijke bron naar de stand-bybron. Het resultaat waren hoge temperatuur alarmen op de geleverde apparatuur vanwege onvoldoende koeling. VFD's zijn ontworpen om een ​​bepaalde hoeveelheid spanningsonderbrekingen in een systeem te doorlopen. Als de VFD-specificaties voor dergelijke fouten echter worden overschreden, wordt de VFD uitgeschakeld.

In dit geval werd eerst gedacht dat de elektronische aandrijving de schuld had. Onderzoek naar de bedrijfsparameters van de VFD en het loggen van spannings- en stroomwaarden tijdens overdrachten van systeemvermogen bracht echter de ware oorzaak van het probleem aan het licht:de tijd van de omschakelaar was vaak te lang om de werking van de VFD te ondersteunen.

In een ander geval zou een VFD in een VAV-terminal offline worden uitgeschakeld wanneer stroom wordt geleverd door de stand-bystroombron. Het probleem bleek het onvermogen van de stand-bygenerator te zijn om voldoende stroomkwaliteit te leveren om de VFD te laten werken. Spanningsfluctuaties bij stand-bystroom resulteerden in trips op de VFD. De oplossing was om de VFD in de bypass-modus te zetten wanneer deze op stand-by stroom staat, waardoor de elektronische variabele snelheidsregelingen worden omzeild.

De oorzaak van problemen met de netvoedingskwaliteit
Elektronische apparatuur werkt door wisselstroom op te nemen en deze om te zetten in gelijkstroom voor gebruik door elektronische componenten. Dit proces creëert harmonische stromen die terugvloeien in het systeem. Deze harmonische stromen kunnen oververhitting veroorzaken en ook de sinusgolven stroomopwaarts van de elektronica vervormen.

Harmonische stromen zijn stromen die verschijnen op veelvouden van de fundamentele frequentie van 60 hertz (Hz). De derde harmonische is bijvoorbeeld stroom die vloeit bij 180 Hz (60 x 3); de vijfde harmonische is stroom die vloeit bij 300 Hz (60 x 5), enzovoort.

Hoe harmonischen te meten
Technici meten de niveaus van de verschillende harmonischen en de hoeveelheid vervorming die wordt gecreëerd om te bepalen of de harmonischen problemen veroorzaken. Gebruik een power quality analyzer om harmonische niveaus en vervorming te meten. De belangrijkste meting is Total Harmonic Distortion (THD) van de spanning.

Stel de analysator in volgens de instructies en lees THD direct op de meter af. THD mag niet hoger zijn dan 5 procent, gemeten op het punt waar de feeder die de VFD voedt ook andere belastingen voedt. Dit is het punt van gemeenschappelijke koppeling (PCC).

Als de THD van de spanning de limieten overschrijdt, raadpleeg dan de fabrikant van de VFD om de beste oplossing te bepalen. Hierbij kan gedacht worden aan het plaatsen van een lijnreactor of scheidingstransformator. Het is niet moeilijk om een ​​Power Quality Analyzer te leren gebruiken, en dergelijke inspanningen wegen doorgaans ruimschoots op tegen de kosten van uitvaltijd van het HVAC-systeem.

Motorstoring
Een ander probleem met de netvoedingskwaliteit dat wordt ervaren in HVAC-systemen is motorstoring, vooral die welke worden geleverd door VFD's. Dit uitvalpercentage kan toenemen als de motor de neiging heeft om op de lagere snelheden te draaien die typisch zijn voor veel toepassingen. Storingen omvatten vaak oververhitting, kapotte isolatie of voortijdig falen van lagers.

Al dergelijke storingen kunnen worden toegeschreven aan normale bedrijfskenmerken van VFD's. De elektronische aandrijving varieert de spanning en frequentie naar de motor om de snelheid te variëren. Helaas worden er ook harmonische stromen aan de motor geleverd, wat kan leiden tot oververhitting. Deze "pulsbreedte-gemoduleerde" spanning en stroom die aan de motor wordt geleverd, kan ook de isolatie beschadigen, wat kan leiden tot voortijdige defecten en motorstoringen. Er kunnen ook stromen door motorlagers stromen, waardoor hun levensduur aanzienlijk wordt verkort.

De beste oplossing voor al deze problemen is het gebruik van motoren met een frequentieomvormer die speciaal zijn ontworpen voor gebruik op frequentieomvormers.

Spanningsonbalans
Driefasige motoren die niet door een VFD worden gevoed, kunnen ook uitvallen door een ander probleem met de netvoedingskwaliteit:spanningsonbalans. Een fasespanning die slechts 1 procent uit balans is, kan resulteren in een zes tot tien keer grotere onbalans van de motorstroom. Dergelijke buitensporige hoeveelheden stroom kunnen snel leiden tot oververhitte motoren.

Om onbalans te bepalen, meet u de spanning van fase tot fase voor elk van de fasen, A-B, A-C en B-C. Tel de drie metingen bij elkaar op en deel ze door drie. Dit is de gemiddelde fase-naar-fase spanning. Als een van de drie afzonderlijke metingen meer dan 1 procent van het gemiddelde afwijkt, is er sprake van een spanningsonbalans.

Bij 5 procent spanningsonbalans raakt de motor typisch oververhit en wordt vernietigd. Over het algemeen is het probleem dat te veel enkelfasige belastingen door één afzonderlijke fase worden geleverd. Deze belastingen moeten gelijkmatig over de fasen op het paneel worden verdeeld om het probleem te verhelpen.

Algemene richtlijnen
Alle HVAC elektrische en elektronische apparatuur heeft gespecificeerde elektrische voedingsparameters. Als u hieraan niet voldoet, zorgt u er simpelweg voor dat de apparatuur niet werkt zoals gepland. Een door een ventilator aangedreven VAV-terminal is een typisch voorbeeld van apparatuur met gespecificeerde vereisten voor elektrische voeding.

Als deze apparatuur onregelmatig werkt, controleer dan of aan de parameters voor de elektrische voeding wordt voldaan. Voor dergelijke apparatuur moet de AC-ingangsspanning binnen 10 procent van de nominale spanning bij de nominale frequentie vallen. Op het typeplaatje staat de nominale spanning van de apparatuur. Apparatuur met een nominaal vermogen van 208 volt moet bijvoorbeeld een voedingsspanning hebben die tussen 187 V en 229 V ligt. Het is niet ongewoon om lage spanningen aan te treffen bij het oplossen van problemen met apparatuur.

Hulpprogramma's
Het is ook belangrijk om een ​​True-RMS-meter te gebruiken bij het meten van spannings- en stroomwaarden. De moderne HVAC-systemen van vandaag produceren niet alleen harmonische stromen, ze kunnen ook niet goed werken vanwege de sinusgolfvervormingen die door dergelijke harmonischen worden veroorzaakt. Een gemiddeld reagerende meter, die door veel HVAC-technici wordt gebruikt, geeft geen nauwkeurige metingen als er harmonischen aanwezig zijn.

Gemiddeld reagerende meters lezen stroom en spanning van sinusvormige golfvormen bij 60 Hz zonder aanwezige harmonischen. Niet-lineaire belastingen, zoals VFD's, produceren niet-sinusvormige golfvormen en stromen en spanningen bij verschillende frequenties. U moet de juiste meter gebruiken om de waarden in deze voedingscircuits af te lezen. Alleen True-RMS-meters geven u de juiste waarden.

Voedingsspanning
Als de voedingsspanning onder de laagspanningsspecificatie ligt, kunt u twee problemen verwachten met HVAC-apparatuur. Ten eerste zal de levensduur van de motor worden verkort omdat motoren overtollige stroom trekken om het benodigde vermogen bij de lagere spanning te produceren. Ten tweede zal de elektronica niet goed werken omdat het voedingsgedeelte van de elektronische besturing niet voldoende spanning heeft om de condensatoren in hun filtercircuits op te laden.

Elektronische componenten, die doorgaans op slechts 5 volt gelijkstroom werken, zullen nu sterk worden beïnvloed door een lage inkomende spanning. Verwacht een onregelmatige werking en valse alarmen, afhankelijk van de ernst van de lage inkomende spanning. En onthoud:zonder de True-RMS-meter heb je misschien geen nauwkeurig beeld van de werkelijke voedingsspanning.

Het AC-vermogen moet ook binnen 5 procent van de nominale frequentie liggen bij de nominale spanning op een typische VAV-terminal. Over het algemeen is dit geen probleem bij gebruik op netstroom. HVAC-professionals melden echter tal van problemen met zowel spanning als frequentie bij gebruik van stand-bygeneratoren. Controleer alle specificaties van de inkomende elektrische voeding voor alle stroombronnen die nodig zijn voor het HVAC-systeem.

Een aanvullende eis van de fabrikant van de apparatuur is dat de voeding "moet voldoen aan een gecombineerde variatie in de spanning en frequentie van 10 procent (de som van de absolute waarden) van de nominale waarden, op voorwaarde dat de frequentievariatie niet meer dan 5 procent van de nominale frequentie bedraagt." Nogmaals, de apparatuur zal dit probleem het meest waarschijnlijk vertonen wanneer deze op stand-bystroom werkt. Er zijn verschillende opties beschikbaar om besturingsproblemen te stabiliseren bij gebruik op stand-bystroom. Hoewel je hiervoor met de juiste systeemingenieurs en technici moet werken, is de eerste stap om ervoor te zorgen dat je nauwkeurige metingen hebt om je bewering te staven dat het regelprobleem te wijten is aan onstabiele stand-byvoeding.

Samengevat
Veel HVAC-probleemoplossingsproblemen zullen opgelost blijven worden door routinetaken zoals het controleren van zekeringen, testen op de aanwezigheid van spanning bij een contactor en controleren of de stroom de gegevens op het motortypeplaatje niet overschrijdt. Systemen die elektronische bedieningselementen en VFD's bevatten, zullen echter problemen ondervinden vanwege problemen met de netvoedingskwaliteit.

Tegenwoordig breiden veel HVAC-professionals hun vaardigheden en kennis uit naar dit gebied. Hoe meer besturingen worden gebruikt in HVAC- en gebouwsystemen, hoe meer problemen met de netvoedingskwaliteit zich zullen voordoen. Het gebruik van True-RMS-meters en analysatoren die elektrische parameters in de loop van de tijd registreren, zal het isoleren en corrigeren van problemen met een slechte netvoedingskwaliteit aanzienlijk verbeteren. De juiste kennis, in combinatie met de juiste tools, helpt onderhoudsprofessionals veel bij het oplossen van veel problemen die verband houden met de huidige HVAC-systemen.

Bezoek voor meer informatie de website van Fluke Corporation op www.fluke.com.