Guida ai resistori di frenatura VFD: 3 funzioni e regole di selezione

Negli ambienti industriali reali, la resistenza di frenatura del VFD è un componente spesso trascurato ma di importanza critica. Molti ingegneri si chiedono: “Se il mio VFD supporta già la regolazione della velocità, è ancora necessario installare una resistenza di frenatura?”.”
Questo articolo affronterà sistematicamente la questione da quattro punti di vista: il meccanismo operativo, le configurazioni del produttore, gli scenari applicabili e le considerazioni sulla selezione.

Funzione della resistenza di frenatura VFD

Durante Azionamenti VFD il motore funziona in due stati:

• Modalità elettrica: L'energia elettrica viene convertita in energia meccanica.
• Modalità generatore: Quando la velocità del motore supera la velocità del campo sincrono, l'energia meccanica viene riconvertita in energia elettrica.

In questo stato, il motore restituisce energia cinetica al bus CC del VFD, causando un aumento della tensione del bus. Una tensione eccessiva può facilmente danneggiare i condensatori di filtro.
Per evitare l'aumento della tensione del bus CC, il VFD trasferisce l'energia in eccesso tramite un circuito chopper alla resistenza di frenatura del VFD per la dissipazione. In questo modo si ottiene il rilascio di energia del sistema e la protezione dell'IGBT.
Senza una resistenza di frenatura, l'eccessiva tensione del bus causerebbe frequenti interventi per sovratensione nel VFD, compromettendo la stabilità operativa.

Frenatura configurata in fabbrica nei VFD

La maggior parte dei produttori integra in fabbrica un resistore di frenatura a bassa potenza all'interno del VFD.
La sua funzione principale è quella di gestire i processi di decelerazione e arresto standard, fornendo una percentuale di coppia frenante compresa tra 10% e 20% circa della coppia nominale.
Ad esempio, quando il tempo di arresto è impostato su 10-30 secondi, il resistore di frenata interno può assorbire l'energia rigenerativa generata.
Tuttavia, in applicazioni che comportano un'inerzia elevata, frenate frequenti o arresti ad alta velocità, la resistenza interna può rivelarsi insufficiente. In questi casi, è necessario prendere in considerazione una resistenza di frenatura esterna al VFD.

Quando installare una resistenza di frenatura o un'unità di frenatura VFD esterna

Una resistenza di frenatura o un'unità di frenatura esterna deve essere installata alle seguenti condizioni:

1. Tempo di decelerazione estremamente breve

Ad esempio, i compressori d'aria o le centrifughe richiedono lo spegnimento entro 2 secondi. Il rilascio concentrato di energia rigenerativa durante tale decelerazione può causare interventi per sovratensione del VFD senza una sufficiente dissipazione di potenza del resistore di frenatura.

2.Applicazioni di frenata frequenti o pesanti

In situazioni come gru, ascensori, nastri trasportatori in discesa o sistemi di avvolgimento, il motore entra in uno stato di generazione di energia rigenerativa. In queste condizioni, la capacità di potenza del resistore incorporato è insufficiente e richiede un resistore di frenatura esterno.

3.Bus Sovratensione causata da cavi lunghi

Quando i cavi superano i 100 metri, problemi come le tensioni di picco, la capacità parassita e gli effetti dell'onda riflessa possono innescare Sovratensione VFD problemi. Una resistenza di frenatura esterna assorbe efficacemente l'energia in eccesso, stabilizza la tensione del bus e protegge gli IGBT.

Considerazioni chiave per la selezione della resistenza di frenatura dei VFD

1.Seguire le raccomandazioni del produttore

Quando si seleziona una resistenza di frenatura VFD, consultare il manuale del produttore originale e scegliere direttamente il modello corrispondente in base alla percentuale della coppia nominale. La resistenza integrata può fornire solo 10%-20% della coppia di frenatura, mentre una resistenza esterna dovrebbe fornire almeno 50% o più.

2.Calcolare il valore della resistenza e la potenza in modo appropriato

• Formula della resistenza: R = U² / P
• La tensione U deve essere impostata su 700 V (non 540 V), poiché la tensione del bus CC aumenta tipicamente durante la frenatura.
• La corrente I deve essere calcolata in base alla corrente nominale dell'IGBT per evitare di superare il limite minimo di resistenza di frenatura del VFD.

3. Privilegiare la dissipazione del calore e il coefficiente di raffreddamento

Anche con parametri corretti, un coefficiente di raffreddamento insufficiente (resistenza di frenatura) può causare un sovraccarico termico e un burnout se il calore non può essere dissipato tempestivamente. Per i sistemi con frenate frequenti, si consigliano resistenze con raffreddamento ad aria forzata o con involucro in alluminio.

4.Considerare i margini di sicurezza e la posizione di installazione

Applicare un fattore di sicurezza da 1,2 a 1,5 nei calcoli di potenza e installare in un'area ben ventilata. Temperature elevate e prolungate possono causare degrado termico e deriva della resistenza.

Per un'introduzione dettagliata alla selezione delle resistenze di frenatura, si rimanda al mio precedente articolo, “Dimensionamento della resistenza di frenatura VFD: 3 fasi e formule essenziali.”

Sommario: Quando le resistenze di frenatura esterne dei VFD sono obbligatorie

In sintesi, l'installazione di una resistenza di frenatura esterna è consigliata quando si verifica una delle seguenti condizioni:

• Il tempo di decelerazione è inferiore a 5 secondi;
• Le applicazioni prevedono frenate frequenti o pesanti (ad esempio, sollevamento, avvolgimento, trasporto);
• La lunghezza del cavo supera i 100 metri;
• Il sistema attiva spesso allarmi di sovratensione per i VFD.

L'installazione di una resistenza di frenatura VFD appropriata non solo assorbe efficacemente l'energia di rigenerazione e previene la sovratensione del bus, ma protegge anche gli IGBT e prolunga la durata dell'inverter.
Pertanto, nella progettazione dei sistemi di azionamento VFD, la scelta di una resistenza di frenatura VFD adeguata è fondamentale per garantire un funzionamento stabile e sicuro dell'apparecchiatura.