Añadir una resistencia de frenado dinámico a un variador de frecuencia PowerFlex
A practical PowerFlex braking guide covering regenerative energy, resistor resistance and duty cycle, thermal protection, model-specific parameters, and measured commissioning tests.
Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía rotacional, pero ¿qué ocurre cuando el motor empieza a convertir la energía rotacional en energía eléctrica?
Aquí es donde entra en juego la resistencia de frenado. Una resistencia de frenado utiliza la energía rotacional y la convierte en energía térmica, como un generador. Pero ¿cómo calculamos el tamaño de una resistencia de frenado externa y cómo configuramos el variador de frecuencia para que acepte una resistencia de frenado externa? Acompáñeme mientras explico el proceso para añadir una resistencia de frenado externa a un variador de frecuencia PowerFlex.
Figura 1. PowerFlex 755TS. Imagen utilizada por cortesía de Rockwell Automation
La familia de variadores PowerFlex
La familia de variadores de frecuencia PowerFlex es sin duda una línea popular, pero se puede añadir una resistencia de frenado externa a prácticamente cualquier variador de frecuencia del mercado, siempre que el tamaño del bastidor admita una resistencia de frenado. Asegúrese de consultar el manual del usuario del variador elegido. En este artículo, me centraré en los variadores de las series PowerFlex 500 y 700, pero la mayor parte de la terminología será similar en los variadores de frecuencia de otros fabricantes.
Selección del tamaño de la resistencia
El tamaño de la resistencia es muy importante, ya que debe ser capaz de soportar la potencia regenerativa del variador; de lo contrario, el variador activará sus circuitos internos de seguridad. Para encontrar el tamaño correcto de la resistencia, primero debemos calcular la potencia regenerativa máxima del variador. Necesitaremos la potencia nominal, la velocidad nominal, el tiempo de desaceleración requerido, la inercia del motor y de la carga, la relación de transmisión y la velocidad del eje del motor. Algunos de estos valores pueden obtenerse de la placa de características del motor, mientras que otros están relacionados con el proceso.
Rockwell proporciona todas las fórmulas, junto con un ejemplo de cálculo, en el documento Calculadora de resistencias de frenado dinámico PowerFlex (página 19). Básicamente, calculamos la inercia total del sistema giratorio, la multiplicamos por la velocidad angular y la dividimos entre el tiempo.
Dependiendo de su sistema, este cálculo puede ser muy complejo o bastante sencillo. El ejemplo de Rockwell utiliza un motor de 10 HP acoplado directamente a la carga, y ya han calculado las inercias de la carga y del motor.
Una vez calculada la potencia de frenado, debemos comparar este valor con la potencia regenerativa nominal del variador, calculada de la siguiente manera:
Estos valores se recopilan de las tablas del Apéndice A del documento Calculadora de resistencias de frenado dinámico PowerFlex. Una vez calculada la potencia regenerativa, compare el valor con la potencia de frenado calculada. Si la potencia de frenado es mayor que la potencia regenerativa, será necesario aumentar el tiempo de parada.
Dado que este artículo trata sobre resistencias de frenado, se supone que la aplicación es periódica, es decir, habrá ciclos durante los cuales el motor no estará girando. Para asegurarnos de que la resistencia tenga suficiente tiempo para enfriarse, también debemos calcular la potencia media de frenado. La potencia máxima calculada anteriormente debe ser mayor que la potencia media.
Ahora dispone de todos los valores necesarios para seleccionar una resistencia de un fabricante.
Figura 2. Terminales de conexión para una resistencia de frenado. Imagen utilizada por cortesía de Control.com
Conexión de la resistencia de frenado
Los variadores PowerFlex no cuentan con protección térmica integrada para las resistencias de frenado externas, por lo que deberá incorporar un termostato para la resistencia en el cableado del motor. Los conductores positivo y negativo de la resistencia se conectan a los terminales BR1 y BR2, respectivamente. Si el termostato se abre, se desconectará toda la alimentación del motor al variador, evitando así una posible situación de incendio.
Parametrización
Los parámetros describen las especificaciones de la resistencia y cómo dirigir la energía no utilizada para que pueda disiparse correctamente. Dependiendo de si utiliza un variador PowerFlex de la serie 700 o de la serie 500, los parámetros serán ligeramente diferentes.
Variador de frecuencia de la serie 700
Esta serie de variadores ofrece más opciones y tamaños de bastidor más grandes, así que preste atención a los siguientes parámetros.
370 Modo de parada A: Establecer en 1 para usar la tasa de rampa determinada
372/373 Modo de regulación del bus A y B: Valor 2, 3 o 4 según el tipo de freno
374 Configuración del nivel de regulación del bus: Dejar el valor predeterminado (0)
375 Nivel de regulación del bus: Dejar el valor predeterminado (0)
382 Tipo de resistencia de frenado dinámico: Establezca el valor en 1 cuando utilice una resistencia de frenado externa.
383 Ohmios de frenado dinámico externo: Valor de la resistencia de frenado en ohmios.
384 Vatios de frenado dinámico externo: Valor de la resistencia de frenado en vatios.
385 Vatios de pulso de frenado dinámico externo: Si utiliza una resistencia de frenado indicada en el documento Calculadora de resistencias de frenado dinámico PowerFlex, se indicarán los vatios de pulso. Si utiliza otra marca de resistencia, póngase en contacto con el fabricante para conocer la cantidad de vatios que la resistencia puede soportar durante un segundo.
426 Límite de potencia regenerativa: Limita la potencia del motor al variador, pero solo está activo en el modo de control vectorial de flujo.
40 Configuración de opciones del motor, bit 10 (frenado dinámico durante la parada): Habilite el bit 10 dentro del parámetro 40 para activar el transistor de frenado dinámico interno.
Figura 3. Variador de frecuencia PowerFlex 525. Imagen utilizada por cortesía de Rockwell Automation
Variador de frecuencia serie 500
Los siguientes parámetros se utilizan para configurar correctamente un variador PowerFlex serie 520 para utilizar la resistencia de frenado.
P045 Modo de parada: Dejar el valor predeterminado (0)
A437 Selección de resistencia de frenado: Este parámetro depende mucho de la aplicación.
Si utiliza una resistencia de Rockwell Automation, deberá establecer este valor en 1.
Un valor de 2 no proporciona ninguna protección a la resistencia. La resistencia se utilizará al 100 %, sin ciclo de trabajo.
Los valores del 3 al 99 determinan el ciclo de trabajo al que se someterá la resistencia. Al inicio del ciclo de frenado, la resistencia permanecerá activada durante 10 segundos; después, se aplicará a la resistencia, mediante pulsos, un ciclo de trabajo con el valor seleccionado.
Resumen
Cuando la carga es suficiente para hacer que un motor gire libremente, o si desea poder desacelerar y detener el motor más rápido de lo que permiten los valores de rampa del variador, añadir una resistencia de frenado externa es una solución eficaz. Aunque es necesario realizar algunos cálculos para encontrar la resistencia adecuada, el proceso general es bastante sencillo. Si no utiliza variadores PowerFlex en su aplicación, la mayor parte de esta terminología seguirá siendo similar, pero aun así debe consultar siempre el manual específico de su variador para configurar correctamente los parámetros de la resistencia de frenado.