Diseño y pruebas de resistencias de frenado dinámico PowerFlex

El frenado dinámico no es simplemente un cambio de parámetros. Es un problema de diseño de gestión de energía: cuando una carga accionada desacelera, el motor puede regenerar energía hacia el bus de CC del VFD, y la tensión del bus aumenta a menos que esa energía se devuelva a la red eléctrica, se almacene o se convierta en calor. Una resistencia de frenado correctamente seleccionada proporciona a un variador PowerFlex una vía controlada para esa energía, pero la resistencia, el transistor de frenado, el cableado, la envolvente y el perfil de parada deben tratarse como un solo sistema.

Un variador PowerFlex solo puede utilizar el frenado dinámico cuando su bastidor específico y su conjunto de opciones admiten el circuito de frenado requerido.

Comience con el evento regenerativo

La resistencia debe seleccionarse a partir del perfil de movimiento, no solo de la potencia del motor. Registre la velocidad del motor antes de la desaceleración, la velocidad final, el tiempo de parada requerido, la inercia total reflejada, la relación de transmisión y la frecuencia con la que se repite la parada. Una centrífuga de alta inercia que se detiene una vez por turno y un eje vertical que desciende cada 20 segundos pueden tener motores similares, pero ciclos térmicos radicalmente distintos.

La energía disponible en un sistema giratorio es proporcional a la inercia y al cuadrado de la velocidad. Durante una desaceleración lineal, solo parte de esa energía llega a la resistencia, porque las pérdidas mecánicas y las pérdidas del motor y del variador absorben una parte. La tarea de ingeniería conservadora consiste en estimar la potencia regenerativa máxima durante la parada y la potencia media a lo largo del ciclo operativo completo. La técnica de aplicación Calculadora de resistencias de frenado dinámico PowerFlex de Rockwell Automation proporciona las ecuaciones específicas del modelo, los límites mínimos de resistencia, el tratamiento del ciclo de trabajo y las tablas de selección.

No sustituya la resistencia por otra aproximada solo porque esté disponible físicamente. Una resistencia inferior al valor mínimo del variador puede exigir una corriente excesiva al transistor de frenado. Una resistencia demasiado alta quizá no consuma suficiente corriente para evitar un disparo por sobretensión del bus de CC. La potencia nominal también tiene dos significados: la resistencia debe soportar el pulso máximo breve y disipar el calor medio a largo plazo sin superar su límite de temperatura.

Confirme el hardware exacto del PowerFlex

PowerFlex es una familia, no un único diseño eléctrico. La disponibilidad del interruptor de frenado, los nombres de los terminales, la resistencia mínima, los números de parámetros y la protección interna varían entre los productos PowerFlex 520, 750 y los productos 7-Class antiguos, y a veces también entre tamaños de bastidor de una misma serie. Lea el número de catálogo y el bastidor de la placa de características; después, utilice el manual de usuario y los datos técnicos actuales correspondientes exactamente a ese variador. La colección Allen-Bradley PowerFlex puede ayudar a identificar la familia del producto instalado, pero la placa de características sigue siendo la referencia para las decisiones de ingeniería.

Determine también si la máquina realmente necesita una resistencia. Ampliar la rampa de desaceleración puede eliminar la regeneración. Un bus de CC común puede compartir energía entre ejes que funcionan como motores y ejes que regeneran. Un frente activo puede devolver energía a la red eléctrica. Los frenos mecánicos siguen siendo necesarios cuando una carga debe mantenerse después de retirar el par. El frenado dinámico mejora la desaceleración controlada; no es una función de parada con clasificación de seguridad ni un freno de mantenimiento.

Utilice únicamente las designaciones de terminales y la disposición del cableado que se muestran para el bastidor exacto del variador.

Diseñe la protección térmica antes de realizar el cableado

Una resistencia externa convierte la energía eléctrica en un calor intenso. Móntela con la separación, ventilación, orientación de la superficie y grado de protección de la envolvente especificados por el fabricante. Manténgala alejada del aislamiento de los cables, los conductos de plástico, los filtros, el polvo combustible y las superficies accesibles para los operadores. Tenga en cuenta la temperatura ambiente y el calor acumulado en la parte superior de la envolvente.

La técnica de aplicación de Rockwell advierte expresamente que los variadores PowerFlex no protegen por sí mismos las resistencias de frenado montadas externamente. Utilice un conjunto de resistencias autoprotegido o un circuito de protección contra sobretemperatura correctamente diseñado. El termostato de la resistencia debe iniciar la respuesta segura definida por la evaluación de riesgos de la máquina, normalmente desconectando la entrada del variador mediante un contactor con la capacidad nominal adecuada o impidiendo de otro modo que continúe la regeneración. No haga pasar la corriente de la resistencia por el contacto pequeño del termostato.

Dimensione los conductores, terminales, la protección contra cortocircuitos y la puesta a tierra conforme al manual del variador y a la normativa local. Mantenga cortos los cables de frenado y tiéndalos según las instrucciones, ya que la corriente conmutada rápidamente puede generar ruido eléctrico. Antes de energizar, aísle la alimentación, espere el tiempo de descarga especificado del bus de CC, verifique la ausencia de tensión y mida la resistencia instalada en los terminales correspondientes.

Configure sin copiar números de parámetros

El borrador original enumeraba números de parámetros como si fueran aplicables a todos los modelos PowerFlex. Eso es inseguro. Las identidades de los parámetros cambian según la familia, el firmware, el modo de control y el puerto. Utilice el manual correspondiente al número de catálogo exacto para seleccionar el modo de parada, habilitar la función de frenado dinámico o el perfil de resistencia externa e introducir los datos de la resistencia cuando sea compatible. Nunca habilite un transistor de frenado solo porque un variador similar utilice un menú aparentemente igual.

Compruebe los datos de la placa de características del motor, el límite de corriente, los ajustes de regulación del bus, el tiempo de desaceleración y cualquier límite de potencia regenerativa como una configuración coordinada. Si la regulación del bus prolonga automáticamente la rampa, puede ocultar una resistencia de tamaño insuficiente durante la puesta en servicio. Por el contrario, desactivar la regulación del bus sin demostrar la capacidad de la resistencia puede convertir un disparo ocasional por sobretensión en un esfuerzo térmico sostenido.

Los nombres y límites de los parámetros deben tomarse del manual correspondiente al número de catálogo y al firmware exactos del PowerFlex.

Realice la puesta en servicio con paradas medidas

Comience con una prueba sin carga o con energía reducida y un tiempo de desaceleración más largo. Registre la velocidad de referencia, la velocidad real, la tensión del bus de CC, la corriente de salida, el estado del frenado si está disponible y el historial de fallos. Acorte la rampa en pasos controlados, comprobando que el bus permanezca por debajo del umbral de disparo y que la máquina no pierda el control ni supere los límites de corriente.

A continuación, pruebe la peor condición de producción razonablemente posible: velocidad máxima, inercia reflejada máxima, tensión de línea más alta prevista, paradas repetidas con el ciclo más corto y la temperatura ambiente más elevada. Mida la temperatura de la resistencia con un método adecuado y compruebe la respuesta del termostato. Una sola parada en frío realizada correctamente no demuestra la capacidad para el ciclo de trabajo.

Registre el número de pieza de la resistencia, la resistencia, las capacidades nominales continua y de pulso, los requisitos de montaje, la lógica de protección, la copia de seguridad de los parámetros y los resultados medidos. Para consultar comprobaciones más amplias de puesta en servicio de variadores, consulte nuestra guía de ingeniería de VFD. El principio de diseño duradero es sencillo: calcule la energía, respete los límites eléctricos del variador, proteja la resistencia de forma independiente y valide el ciclo completo en condiciones realistas.