Quali sono le cause del surriscaldamento dello stabilizzatore di tensione?

Le intuizioni di un produttore di stabilizzatori di tensione

In qualità di produttore di stabilizzatori, il surriscaldamento è uno dei problemi più discussi, dalle richieste dei clienti alle ispezioni in loco e ai feedback sulle prestazioni a lungo termine.

Nelle applicazioni pratiche, gli stabilizzatori di tensione lavorano quasi incessantemente in condizioni di rete fluttuante, carichi pesanti e condizioni ambientali difficili. Sebbene gli stabilizzatori di tensione CA ben progettati siano in grado di resistere alle sollecitazioni termiche, il surriscaldamento è solitamente indice di condizioni di progettazione, applicazione o funzionamento non adeguate.

In questo articolo spiegheremo quali sono le cause stabilizzatore di tensione surriscaldamento, come si sviluppa dal punto di vista ingegneristico e produttivo e come gli utenti possono prevenire efficacemente questo scenario basandosi sull'esperienza pratica, piuttosto che sulla teoria.

Come uno stabilizzatore di tensione genera calore (prospettiva del produttore)

Dal punto di vista della progettazione in fabbrica, ogni stabilizzatore di tensione deve sempre trovare un equilibrio tra i seguenti elementi:

• Prestazioni elettriche
• Capacità di dissipazione termica
• Struttura meccanica
• Affidabilità a lungo termine

Uno stabilizzatore di tensione regola la tensione di uscita che cambia costantemente a causa delle fluttuazioni dell'ingresso, regolando sempre i rubinetti del trasformatore o i percorsi di commutazione elettronici.

Qualsiasi tipo di azione correttiva crea una perdita, principalmente sotto forma di calore:

• Perdite di rame negli avvolgimenti
• Perdite di nucleo nei materiali magnetici

Perdite nei circuiti di commutazione e controllo Il surriscaldamento si verifica quando il calore effettivo di funzionamento supera il margine termico previsto per lo stabilizzatore, temporaneamente o in modo continuo.

Cause comuni di surriscaldamento dello stabilizzatore di tensione

2.1 Carico superiore alla capacità nominale

Una delle cause più comuni che vediamo è domanda di carico sottostimata.

Quando uno stabilizzatore funziona al di sopra della sua kVA nominale:

• La corrente di avvolgimento aumenta bruscamente
• Le perdite di rame (I²R) aumentano in modo non lineare
• La temperatura interna sale più rapidamente del previsto

In molti casi industriali, lo stabilizzatore non si guasta immediatamente. Al contrario, i materiali isolanti invecchiano più rapidamente, riducendo silenziosamente la durata di vita.

In base alla nostra esperienza di produzione, molti problemi di surriscaldamento sono dovuti all'espansione del carico dopo l'installazione, senza che sia stata potenziata la capacità dello stabilizzatore.

2.2 Ventilazione inadeguata o installazione non corretta

Anche uno stabilizzatore progettato correttamente si surriscalda se non riesce a dissipare il calore in modo efficace.

Il surriscaldamento è spesso causato da:

• Installazione all'interno di armadietti sigillati o sottodimensionati
• Aperture di ventilazione bloccate
• Spazio insufficiente intorno alle entrate e alle uscite dell'aria
• Elevate temperature ambientali oltre i limiti di progetto

Dal punto di vista della fabbrica, la progettazione del raffreddamento viene convalidata in condizioni di aria aperta con distanze definite.
Quando queste condizioni vengono ignorate in loco, le prestazioni termiche si degradano rapidamente.

2.3 Frequenti fluttuazioni di tensione dovute a reti elettriche instabili

Nelle regioni con griglie instabili o deboli, gli stabilizzatori operano in modalità di correzione quasi continua.

Questo porta a:

• Perdite del nucleo del trasformatore più elevate
• Movimento continuo del servomotore (in servo stabilizzatori)
• Aumento dello stress da commutazione (in stabilizzatori statici)

Dai dati dei test a lungo termine e dal feedback sul campo, La correzione continua crea uno stress termico cumulativoanche se lo stabilizzatore è dimensionato nominalmente in modo corretto.

2.4 Progettazione del trasformatore e selezione dei materiali

Il trasformatore è il cuore di qualsiasi stabilizzatore di tensione e anche la sua principale fonte di calore.

Dal punto di vista del produttore, il surriscaldamento è molto più probabile quando i progetti si basano su:

• Nuclei in acciaio al silicio di bassa qualità
• Avvolgimenti sottodimensionati per ridurre i costi
• Sistemi di isolamento con margini di temperatura limitati

Negli stabilizzatori ben progettati, in genere ci concentriamo su:

• Acciaio al silicio CRGO per ridurre al minimo le perdite per isteresi e correnti parassite
• Densità di corrente di avvolgimento conservativa
• Isolamento di classe F o classe H per il funzionamento continuo

L'affidabilità termica si decide in fase di progettazione, non dopo l'installazione.

2.5 Collegamenti allentati e resistenza di contatto

Un altro problema frequentemente riscontrato durante le restituzioni in fabbrica o le ispezioni in cantiere è quello dei collegamenti elettrici difettosi.

I terminali allentati o ossidati creano un'elevata resistenza di contatto, che si traduce in un'elevata resistenza di contatto:

• Surriscaldamento localizzato
• Decolorazione terminale
• Rischio di arco elettrico in caso di corrente elevata

Ciò è particolarmente comune negli stabilizzatori industriali ad alta capacità esposti a vibrazioni o a ripetute variazioni di carico.

I controlli regolari della coppia sono una misura preventiva semplice ma molto efficace.

2.6 Armoniche dei moderni carichi non lineari

Molti carichi industriali moderni generano una distorsione armonica significativa, tra cui:

• Macchine CNC
• Motori azionati da VFD
• Sistemi UPS
• Alimentatori switching

Dal punto di vista della produzione, le armoniche aumentano:

• Perdite di rame dovute alla maggiore corrente RMS
• Perdite del nucleo dovute alla distorsione del flusso magnetico
• Temperatura di esercizio complessiva

Se uno stabilizzatore non viene progettato o scelto tenendo conto della tolleranza alle armoniche, il surriscaldamento diventa inevitabile in questi ambienti.

2.7 Invecchiamento dei componenti e manutenzione insufficiente

Nel corso del tempo, tutti gli stabilizzatori subiscono l'invecchiamento dei componenti:

• I materiali isolanti perdono flessibilità
• Le ventole di raffreddamento si degradano o si guastano
• Le spazzole di carbonio (nei tipi di servo) si usurano

Dall'analisi del ciclo di vita della fabbrica, La mancanza di manutenzione ordinaria è una delle principali cause del surriscaldamento tardivo.anche in apparecchiature originariamente ben progettate.

Applicazioni in cui si riscontra un rischio di surriscaldamento più elevato

In base ai riscontri sul campo a lungo termine, il rischio di surriscaldamento è più elevato in:

• Impianti di produzione con carichi pesanti e fluttuanti
• Strutture mediche con apparecchiature sensibili
• Centri dati che operano con una domanda elevata e continua
• Aree con alimentazione instabile o di scarsa qualità

In queste applicazioni, il margine di progettazione termica non è facoltativo, è essenziale.

4. Parametri di progettazione chiave che influenzano le prestazioni termiche

Dal punto di vista della produzione, i sensori termici e i meccanismi di spegnimento protettivo sono fondamentali per la sicurezza a lungo termine.

In base ai riscontri sul campo a lungo termine, il rischio di surriscaldamento è più elevato in:

• Impianti di produzione con carichi pesanti e fluttuanti
• Strutture mediche con apparecchiature sensibili
• Centri dati che operano con una domanda elevata e continua
• Aree con alimentazione instabile o di scarsa qualità

In queste applicazioni, il margine di progettazione termica non è facoltativo, è essenziale.