Guía de resistencias de frenado VFD: 3 funciones y reglas de selección

En entornos industriales reales, la resistencia de frenado del variador de frecuencia es un componente que a menudo se pasa por alto, pero que tiene una importancia crítica. Muchos ingenieros se preguntan: “Si mi variador de frecuencia ya admite la regulación de velocidad, ¿sigue siendo necesario instalar una resistencia de frenado?”.”
Este artículo abordará sistemáticamente esta cuestión desde cuatro perspectivas: su mecanismo de funcionamiento, las configuraciones de los fabricantes, los escenarios aplicables y las consideraciones de selección.

Función de la resistencia de frenado VFD

En Accionamientos VFD funcionamiento, el motor funciona en dos estados:

• Modo eléctrico: La energía eléctrica se convierte en energía mecánica.
• Modo generador: Cuando la velocidad del motor supera la velocidad del campo síncrono, la energía mecánica se convierte de nuevo en energía eléctrica.

En este estado, el motor devuelve energía cinética al bus de CC del variador de frecuencia, lo que provoca un aumento de la tensión del bus. Una tensión excesiva puede dañar fácilmente los condensadores del filtro.
Para evitar el aumento de la tensión del bus de CC, el variador de frecuencia transfiere el exceso de energía a través de un circuito chopper a la resistencia de frenado del variador de frecuencia para su disipación. De este modo se consigue la liberación de energía del sistema y la protección de los IGBT.
Sin una resistencia de frenado, una tensión de bus excesiva provocaría frecuentes disparos por sobretensión en el variador de frecuencia, comprometiendo la estabilidad operativa.

Frenado configurado de fábrica en variadores de frecuencia

La mayoría de los fabricantes incorporan de fábrica una resistencia de frenado de baja potencia dentro del variador de frecuencia.
Su función principal es gestionar los procesos estándar de deceleración y parada, proporcionando un porcentaje de par de frenado de aproximadamente 10% a 20% del par nominal.
Por ejemplo, cuando el tiempo de parada se establece entre 10 y 30 segundos, la resistencia de frenado interna puede absorber la energía regenerativa generada.
Sin embargo, en aplicaciones que implican una gran inercia, frenados frecuentes o paradas a alta velocidad, la resistencia interna puede resultar insuficiente. En tales casos, se debe considerar una resistencia de frenado VFD externa.

Cuándo instalar una resistencia de frenado VFD externa o una unidad de frenado

Debe instalarse una resistencia de frenado externa o una unidad de frenado en las siguientes condiciones:

1.Tiempo de deceleración extremadamente corto

Algunos ejemplos son los compresores de aire o las centrifugadoras que requieren una parada de 2 segundos. La liberación de energía regenerativa concentrada durante dicha desaceleración puede provocar disparos por sobretensión del variador de frecuencia sin una disipación de potencia de la resistencia de frenado suficiente.

2.Aplicaciones de frenado frecuentes o intensas

En situaciones como grúas, ascensores, transportadores cuesta abajo o sistemas de bobinado/rebobinado, el motor entra en un estado de generación de energía regenerativa. En estas condiciones, la capacidad de potencia de la resistencia incorporada es insuficiente, por lo que es necesaria una resistencia de frenado externa.

3.Sobretensión en el autobús provocada por cables largos

Cuando los cables superan los 100 metros, pueden surgir problemas como picos de tensión, capacitancia parásita y efectos de ondas reflejadas. Sobretensión VFD problemas. Una resistencia de frenado externa absorbe eficazmente el exceso de energía, estabiliza la tensión del bus y protege los IGBT.

Consideraciones clave para la selección de la resistencia de frenado VFD

1.Siga las recomendaciones del fabricante

Al seleccionar una resistencia de frenado VFD, consulte el manual del fabricante original y elija directamente un modelo adecuado en función del porcentaje del par nominal. La resistencia incorporada sólo puede proporcionar 10%-20% del par de frenado, mientras que una resistencia externa debe proporcionar al menos 50% o más.

2.Calcular adecuadamente el valor de la resistencia y la potencia

• Fórmula de la resistencia: R = U² / P
• La tensión U debe ajustarse a 700 V (no a 540 V), ya que la tensión del bus de CC suele aumentar durante el frenado.
• La corriente I debe calcularse en función de la corriente nominal del IGBT para evitar que se supere el límite mínimo de resistencia de frenado del variador de frecuencia.

3.Priorizar la disipación de calor y el coeficiente de refrigeración

Incluso con los parámetros correctos, un coeficiente de refrigeración insuficiente (resistencia de frenado) puede causar sobrecarga térmica y quemaduras si el calor no puede disiparse rápidamente. Para sistemas con frenado frecuente, se recomiendan resistencias con refrigeración por aire forzado o carcasa de aluminio.

4.Considerar los márgenes de seguridad y el lugar de instalación

Aplique un factor de seguridad de 1,2 a 1,5 en los cálculos de potencia e instálelo en una zona bien ventilada. Las altas temperaturas prolongadas pueden causar degradación térmica y desviación de la resistencia.

Para una introducción detallada a la selección de resistencias de freno, consulte mi artículo anterior, “Dimensionamiento de la resistencia de frenado VFD: 3 pasos y fórmulas esenciales.”

Resumen: Cuándo son obligatorias las resistencias de frenado VFD externas

En resumen, se recomienda instalar una resistencia de frenado externa cuando se dé alguna de las siguientes condiciones:

• El tiempo de deceleración es inferior a 5 segundos;
• Las aplicaciones implican un frenado frecuente o intenso (por ejemplo, elevación, bobinado, transporte);
• La longitud del cable supera los 100 metros;
• El sistema activa con frecuencia las alarmas de disparo por sobretensión del variador de frecuencia.

La instalación de una resistencia de frenado VFD adecuada no sólo absorbe eficazmente la energía regenerativa y evita la sobretensión del bus, sino que también protege los IGBT y prolonga la vida útil del inversor.
Por lo tanto, en el diseño del sistema de accionamiento VFD, la selección adecuada de la resistencia de frenado VFD es fundamental para garantizar un funcionamiento estable y seguro del equipo.