Comment équiper un variateur de fréquence d'une résistance de freinage ?

Introduction

A Entraînement à fréquence variable (EFV)Le variateur de vitesse, également appelé convertisseur de fréquence ou variateur de vitesse, contrôle la vitesse des moteurs en ajustant la fréquence et la tension qui leur sont fournies. Dans de nombreuses applications industrielles, une décélération rapide ou un arrêt soudain est nécessaire. Au cours de ces processus de freinage, le moteur passe d'un état de conduite à un état de régénération, où il génère de l'énergie électrique. Si cette énergie excédentaire n'est pas correctement gérée, elle peut entraîner une augmentation de la tension du bus CC, ce qui risque d'endommager l'onduleur VFD. Pour éviter cela, le variateur est équipé d'une résistance de freinage qui dissipe l'énergie régénérée sous forme de chaleur. Cet article explique pourquoi les résistances de freinage sont essentielles dans les variateurs de fréquence, quels sont les types couramment utilisés et comment calculer les valeurs de résistance appropriées.

Pourquoi l'onduleur doit-il être équipé d'une résistance de freinage ?

Dans un système d'entraînement à fréquence variable, la décélération et l'arrêt du moteur sont généralement obtenus en réduisant progressivement la fréquence de sortie. Cependant, lorsque la fréquence diminue, la vitesse synchrone du rotor du moteur diminue également. En raison de l'inertie mécanique, la vitesse du rotor ne change pas immédiatement, ce qui fait que le moteur passe à un état de freinage par récupération. Dans cet état, le courant de phase du rotor se décale d'environ 180 degrés, transformant le moteur en générateur. L'énergie régénérée par le freinage est renvoyée au circuit CC par l'intermédiaire de redresseurs. Comme le bus CC de l'onduleur ne peut pas renvoyer l'énergie au réseau, l'énergie s'accumule, ce qui provoque une augmentation de la tension CC, appelée "tension de pompage".

Le condensateur du variateur de fréquence peut absorber une partie de cette énergie, mais il est souvent insuffisant, d'où la nécessité d'une résistance de freinage externe. La résistance de freinage absorbe l'énergie de régénération excédentaire et la dissipe sous forme de chaleur, ce qui garantit un fonctionnement sûr et efficace de l'entraînement à fréquence variable.

Deux types de résistances sont généralement plus utilisés en ingénierie

Dans les applications techniques, deux types principaux de résistances de freinage sont couramment utilisés avec les variateurs de fréquence :

Résistances ondulées: Ces résistances présentent une conception ondulée verticale qui améliore la dissipation de la chaleur tout en minimisant l'inductance parasite. Elles sont généralement revêtues de matériaux inorganiques ignifuges pour protéger les fils de la résistance contre le vieillissement et prolonger leur durée de vie. Les résistances ondulées sont très durables et permettent de dissiper l'énergie régénérative lors d'une décélération rapide, ce qui les rend adaptées aux applications industrielles exigeantes.

Résistances en alliage d'aluminium: Ces résistances sont enveloppées dans un alliage d'aluminium, offrant une excellente dissipation de la chaleur et une conception compacte. Leur structure robuste offre une grande résistance aux vibrations, aux intempéries et une stabilité à long terme. Elles sont souvent équipées de dissipateurs thermiques pour améliorer les performances thermiques. En raison de leur petite taille, de leur grande capacité de puissance et de leur design esthétique, les résistances en alliage d'aluminium sont fréquemment utilisées dans des environnements industriels difficiles.

Lorsqu'un VFD décélère le moteur, celui-ci passe à un état de régénération et l'énergie régénérée est renvoyée au bus CC. La résistance de freinage, associée à une unité de freinage, détecte l'augmentation de la tension continue. Lorsque la tension dépasse un seuil prédéfini, l'unité de freinage s'active et décharge l'énergie excédentaire à travers la résistance jusqu'à ce que la tension redescende à des niveaux sûrs.

Comment calculer la résistance du frein équipé d'un onduleur ?

Il est essentiel de calculer la valeur de résistance correcte pour la résistance de freinage afin de garantir des performances de freinage correctes et d'éviter d'endommager le variateur ou l'unité de freinage. Les étapes suivantes indiquent comment déterminer la résistance et la puissance nominale de la résistance de freinage :

Déterminer le couple de freinage nécessaire: Le couple de freinage nécessaire pendant la décélération est un facteur clé. Ce couple est lié à la puissance du moteur et aux caractéristiques de la charge. La résistance de freinage doit être choisie en fonction du couple de freinage maximal requis.

Calculer la résistance de la résistance de freinage: La valeur de la résistance du frein doit être choisie de manière à ce que le courant de freinage Ic qui la traverse ne dépasse pas le courant maximal admissible de l'unité de freinage. La formule de calcul de la résistance du frein est la suivante :

 

1. 800 représente la tension continue maximale possible dans l'onduleur.
2. Icis le courant maximal admissible de l'unité de freinage.

En outre, pour les moteurs de différentes puissances, les directives générales suivantes peuvent être utilisées pour calculer les valeurs des résistances de freinage pour les moteurs de la série 380V :

Calculer la puissance nominale de la résistance de freinage: La puissance nominale de la résistance de freinage dépend de la puissance du moteur et de la fréquence de freinage. Une règle générale pour calculer la puissance nominale de la résistance est la suivante :

1. Le pourcentage de charge est généralement de 10-15% pour les charges générales et de 15-20% pour les freinages fréquents ou de longue durée.

Prendre en compte les marges de sécurité: Pour assurer la stabilité à long terme et éviter les surcharges, la puissance maximale de la résistance de freinage doit être au moins égale à 1,5 fois la puissance nominale de l'entraînement à fréquence variable. En outre, le courant de freinage Is ne doit pas dépasser le courant nominal Ie du variateur.

Conclusion

Équiper un entraînement à fréquence variable Le choix de la bonne résistance de freinage est crucial pour gérer en toute sécurité l'énergie régénérative produite lors de la décélération ou de l'arrêt. Comprendre les principes du freinage dans un système à convertisseur de fréquence et sélectionner la résistance appropriée sur la base des calculs de résistance et de puissance garantit que le convertisseur VFD fonctionne efficacement et en toute sécurité dans des environnements industriels exigeants.