¿Cómo equipar el variador de frecuencia con una resistencia de frenado?

Introducción

A Unidad de frecuencia variable (VFD)El variador de velocidad, también denominado convertidor de frecuencia o variador de velocidad, controla la velocidad de los motores ajustando la frecuencia y la tensión que se les suministra. En muchas aplicaciones industriales se requiere una desaceleración rápida o una parada repentina. Durante estos procesos de frenado, el motor pasa de un estado de conducción a otro regenerativo, en el que genera energía eléctrica. Si este exceso de energía no se gestiona correctamente, puede provocar un aumento de la tensión del bus de CC, lo que podría dañar el variador VFD. Para evitarlo, el variador de frecuencia incorpora una resistencia de frenado que disipa la energía regenerada en forma de calor. En este artículo se explica por qué las resistencias de frenado son cruciales en los variadores de frecuencia, los tipos que se suelen utilizar y cómo calcular los valores de resistencia adecuados.

¿Por qué debe equiparse el inversor con una resistencia de frenado?

En un sistema de accionamiento de frecuencia variable, la deceleración y la parada del motor suelen conseguirse reduciendo gradualmente la frecuencia de salida. Sin embargo, cuando la frecuencia disminuye, también lo hace la velocidad síncrona del rotor del motor. Debido a la inercia mecánica, la velocidad del rotor no cambia inmediatamente, lo que hace que el motor pase a un estado de frenado regenerativo. En este estado, la corriente de fase del rotor cambia aproximadamente 180 grados, convirtiendo el motor en un generador. La energía regenerada del frenado se devuelve al circuito de CC a través de rectificadores. Como el bus de CC del inversor no puede devolver energía a la red, la energía se acumula, provocando un aumento de la tensión de CC, conocido como "tensión de bombeo".

El condensador del variador de frecuencia puede absorber parte de esta energía, pero a menudo es insuficiente, por lo que se necesita una resistencia de frenado externa. La resistencia de frenado absorbe el exceso de energía regenerativa y la disipa en forma de calor, garantizando el funcionamiento seguro y eficiente del variador de frecuencia.

Por lo general, en ingeniería se utilizan más dos tipos de resistencias

En aplicaciones de ingeniería, se suelen utilizar dos tipos principales de resistencias de frenado junto con variadores de frecuencia:

Resistencias onduladas: Estas resistencias presentan un diseño ondulado vertical, que mejora la disipación del calor al tiempo que minimiza la inductancia parásita. Suelen estar recubiertas de materiales inorgánicos altamente retardantes de la llama para proteger los hilos de la resistencia del envejecimiento y prolongar su vida útil. Las resistencias onduladas son muy duraderas y disipan bien la energía regenerativa durante la desaceleración rápida, por lo que son adecuadas para aplicaciones industriales exigentes.

Resistencias de aleación de aluminio: Estas resistencias están encapsuladas en una aleación de aluminio que ofrece una excelente disipación del calor y un diseño compacto. Su robusta estructura proporciona una gran resistencia a las vibraciones y a las inclemencias del tiempo, así como estabilidad a largo plazo. A menudo están equipadas con disipadores de calor para mejorar el rendimiento térmico. Debido a su pequeño tamaño, gran capacidad de potencia y diseño estético, las resistencias de aleación de aluminio se utilizan con frecuencia en entornos industriales difíciles.

Cuando un variador de frecuencia desacelera el motor, éste pasa a un estado regenerativo, y la energía regenerativa se devuelve al bus de CC. La resistencia de frenado, junto con una unidad de frenado, detecta el aumento de la tensión de CC. Cuando la tensión supera un umbral predefinido, la unidad de frenado se activa y descarga el exceso de energía a través de la resistencia hasta que la tensión desciende a niveles seguros.

¿Cómo calcular la resistencia de la resistencia de frenado equipada con el inversor?

Calcular el valor de resistencia correcto para la resistencia de frenado es esencial para garantizar un rendimiento de frenado adecuado y evitar daños en el variador o la unidad de frenado. Los siguientes pasos describen cómo determinar la resistencia y la potencia nominal de la resistencia de frenado:

Determinar el par de frenado necesario: El par de frenado necesario durante la deceleración es un factor clave. Este par está relacionado con la potencia del motor y las características de la carga. La resistencia de frenado debe seleccionarse en función del par de frenado máximo necesario.

Calcular la resistencia de la resistencia de frenado: El valor de la resistencia de la resistencia de frenado debe elegirse de forma que la corriente de frenado Ic que circule por ella no supere la corriente máxima admisible del cuadro de frenado. La fórmula para calcular la resistencia de la resistencia de frenado es:

 

1. 800 representa la tensión continua máxima posible en el inversor.
2. Ies la corriente máxima admisible de la unidad de frenado.

Además, para motores con diferentes potencias nominales, se pueden utilizar las siguientes directrices generales para calcular los valores de la resistencia de frenado para motores de la serie 380V:

Calcular la potencia nominal de la resistencia de frenado: La potencia nominal de la resistencia de frenado depende de la potencia del motor y de la frecuencia de frenado. Una regla general para calcular la potencia nominal de la resistencia es:

1. El porcentaje de carga suele ser de 10-15% para cargas generales y de 15-20% para frenadas frecuentes o de larga duración.

Considerar los márgenes de seguridad: Para garantizar la estabilidad a largo plazo y evitar sobrecargas, la potencia nominal máxima de la resistencia de frenado debe ser al menos 1,5 veces la potencia nominal del variador. Además, la corriente de frenado Is no debe superar la corriente nominal Ie del variador.

Conclusión

Equipar un variador de frecuencia con la resistencia de frenado correcta es crucial para gestionar de forma segura la energía regenerativa producida durante la deceleración o la parada. Comprender los principios del frenado en un sistema de variador de frecuencia y seleccionar la resistencia adecuada en función de los cálculos de resistencia y potencia garantiza que el variador VFD funcione de forma eficiente y segura en entornos industriales exigentes.