DC-bus restspanning — condensator-ontlaadtijd bij frequentieomvormers en PV-omvormers

De gids over Safe Torque Off (STO) behandelt waarom STO de motor veilig stilzet zonder de voeding van de frequentieomvormer zelf te onderbreken. Dit artikel behandelt een aanverwant, vaak onderschat gevaar dat blijft bestaan nadat de voeding wél is uitgeschakeld: de restspanning op de interne DC-tussenkring (DC-bus) van een frequentieomvormer of PV-omvormer.

Waarom de DC-bus spanning blijft vasthouden

Een frequentieomvormer richt de inkomende wisselspanning gelijk en buffert die gelijkspanning in grote elektrolytische condensatoren op de DC-tussenkring, vóórdat een uitgangstrap daar weer een variabele wisselspanning van maakt voor de motor. Bij een net van 400 V AC ligt de spanning op die DC-bus in bedrijf typisch rond de 560-680 V DC. Na het uitschakelen van de voeding blijft die spanning op de condensatoren staan totdat ze via een interne ontlaadweerstand (of, bij afwezigheid daarvan, via lekstromen) voldoende zijn ontladen — een proces dat, afhankelijk van het vermogen van de omvormer, de belasting en de aanwezigheid van een actief ontlaadcircuit, van enkele seconden tot meerdere minuten kan duren. Fabrikanten van grotere omvormers geven in de handleiding doorgaans een expliciete minimale wachttijd (bijvoorbeeld 5 minuten) die moet worden aangehouden vóór de behuizing wordt geopend.

Waarom STO dit probleem niet oplost

Safe Torque Off onderbreekt de aansturing van de uitgangstrap zodat de motor geen draaimoment meer kan ontwikkelen, maar STO onderbreekt niet de voedingsspanning van de omvormer zelf en ontlaadt dus ook niet de condensatoren op de DC-bus. Voor de veiligheidsfunctie tijdens bedrijf (bijvoorbeeld het veilig stilzetten van een machine-as) is dat voldoende, maar voor onderhoudswerkzaamheden aan de omvormer zelf (het openen van de behuizing, het vervangen van een print) is STO onvoldoende: dat vereist een fysieke scheiding van de voeding en het respecteren van de opgegeven ontlaadtijd, ongeacht of STO actief is.

Vaststellen van de werkelijke ontlaadtijd

1. Schakel de voeding naar de omvormer fysiek uit en vergrendel volgens de LOTO-5-stappen.
2. Wacht minimaal de door de fabrikant opgegeven ontlaadtijd uit de handleiding aan.
3. Meet vervolgens altijd zelf de restspanning tussen de DC-bus- aansluitpunten met een geschikte spanningstester (zie de tweepolige-spanningstester-gids) vóór er contact wordt gemaakt met interne onderdelen — de opgegeven wachttijd is een richtwaarde, geen garantie, want een defecte interne ontlaadweerstand kan de werkelijke ontlaadtijd sterk verlengen.

PV-omvormers: een aanvullende complicatie

Bij een PV-omvormer komt er een extra complicatie bij: zolang er daglicht op de aangesloten PV-strings valt, leveren die strings aan de DC-ingangszijde van de omvormer continu spanning, ongeacht of de omvormer zelf is uitgeschakeld. Zie de isolatieweerstandsmeting-PV-DC-zijde-gids voor de bredere achtergrond van dit "niet spanningsloos te maken bij daglicht"-probleem. Voor de interne DC-bus van de omvormer zelf blijft daarnaast de gewone condensator-restspanningsproblematiek van toepassing.

Let op: nooit uitsluitend vertrouwen op het feit dat de voedingsspanning is uitgeschakeld of dat een STO-signaal actief is als bewijs dat de DC-bus veilig is. Alleen een eigen meting van de restspanning, ná de opgegeven wachttijd, geeft die zekerheid.

Praktische relevantie

Bij onderhoud, reparatie of vervanging van een frequentieomvormer of PV-omvormer moet vóór het openen van de behuizing altijd de opgegeven ontlaadtijd worden aangehouden én de restspanning zelf worden gemeten — STO, een uitgeschakelde hoofdschakelaar of een vergrendeld LOTO-slot vervangen geen van alle die meting.

Veelgemaakte fouten

1. Aannemen dat STO de DC-bus ontlaadt — STO onderbreekt alleen de aansturing van de uitgangstrap, niet de voedingsspanning of de lading op de condensatoren.
2. De opgegeven wachttijd niet aanhouden en direct na het uitschakelen de behuizing openen, terwijl de condensatoren nog honderden volts kunnen vasthouden.
3. Geen eigen restspanningsmeting uitvoeren na de wachttijd — een defecte interne ontlaadweerstand kan de werkelijke ontlaadtijd sterk verlengen ten opzichte van de opgegeven waarde.
4. Bij een PV-omvormer alleen de AC-zijde als spanningsloos beschouwen zonder er rekening mee te houden dat de DC-zijde bij daglicht sowieso spanning blijft voeren, onafhankelijk van de DC-bus-restspanning van de omvormer zelf.

Gerelateerd

• Veilig uitschakelen (STO) bij frequentieomvormers
• LOTO — de 5 stappen
• Isolatieweerstandsmeting aan de DC-zijde van PV-strings
• Tweepolige spanningstester (duspol)