Conception et essais de résistances de freinage dynamique PowerFlex

Le freinage dynamique n’est pas simplement une modification de paramètre. Il s’agit d’un problème de conception de la gestion de l’énergie : lorsqu’une charge entraînée décélère, le moteur peut régénérer de l’énergie vers le bus continu du variateur, et la tension du bus augmente à moins que cette énergie ne soit renvoyée vers l’alimentation, stockée ou convertie en chaleur. Une résistance de freinage correctement sélectionnée offre à un variateur PowerFlex un chemin contrôlé pour cette énergie, mais la résistance, le transistor de freinage, le câblage, le coffret et le profil d’arrêt doivent être considérés comme un seul système.

Un variateur PowerFlex ne peut utiliser le freinage dynamique que lorsque son châssis et sa configuration d’options prennent en charge le circuit de freinage requis.

Commencer par l’événement de régénération

La résistance doit être sélectionnée à partir du profil de mouvement, et non de la seule puissance du moteur. Notez la vitesse du moteur avant la décélération, la vitesse finale, le temps d’arrêt requis, l’inertie totale réfléchie, le rapport de réduction et la fréquence de répétition de l’arrêt. Une centrifugeuse à forte inertie arrêtée une fois par équipe et un axe vertical qui s’abaisse toutes les 20 secondes peuvent être équipés de moteurs similaires, tout en présentant des régimes thermiques radicalement différents.

L’énergie disponible dans un système rotatif est proportionnelle à l’inertie et au carré de la vitesse. Lors d’une décélération linéaire, seule une partie de cette énergie atteint la résistance, car les pertes mécaniques et les pertes du moteur et du variateur en absorbent une partie. La tâche d’ingénierie prudente consiste à estimer la puissance régénérative de pointe pendant l’arrêt ainsi que la puissance moyenne sur l’ensemble du cycle de fonctionnement. La technique d’application PowerFlex Dynamic Braking Resistor Calculator de Rockwell Automation fournit les équations propres au modèle, les limites de résistance minimale, la prise en compte du cycle de service et les tableaux de sélection.

Ne remplacez pas la résistance calculée par une valeur approximative simplement parce qu’elle est disponible. Une résistance inférieure à la valeur minimale du variateur peut exiger un courant excessif du transistor de freinage. Une résistance trop élevée peut ne pas prélever suffisamment de courant pour empêcher un déclenchement dû à une surtension du bus continu. La puissance nominale a également deux significations : la résistance doit supporter l’impulsion de courte durée et dissiper la chaleur moyenne à long terme sans dépasser sa limite de température.

Vérifier exactement le matériel PowerFlex

PowerFlex est une famille, et non une conception électrique unique. La disponibilité du hacheur de freinage, les désignations des bornes, la résistance minimale, les numéros de paramètres et les protections internes diffèrent entre les produits PowerFlex 520, 750 et 7-Class hérités, et parfois entre les différentes tailles de châssis d’une même série. Relevez la référence catalogue et le châssis sur la plaque signalétique, puis utilisez le manuel utilisateur et les données techniques actuels correspondant exactement à ce variateur. La collection Allen-Bradley PowerFlex peut aider à identifier la famille du produit installé, mais la plaque signalétique reste la référence pour les décisions d’ingénierie.

Déterminez également si la machine a réellement besoin d’une résistance. Prolonger la rampe de décélération peut éliminer la régénération. Un bus continu commun peut répartir l’énergie entre les axes moteurs et régénératifs. Un convertisseur actif peut renvoyer l’énergie vers le réseau. Les freins mécaniques restent nécessaires lorsqu’une charge doit être maintenue après suppression du couple. Le freinage dynamique améliore la décélération contrôlée ; il ne constitue ni une fonction d’arrêt homologuée pour la sécurité ni un frein de maintien.

Utilisez uniquement les désignations de bornes et le schéma de câblage indiqués pour le châssis exact du variateur.

Concevoir la protection thermique avant le câblage

Une résistance externe convertit l’énergie électrique en une chaleur intense. Installez-la en respectant les distances, la ventilation, l’orientation de montage et l’indice de protection du coffret spécifiés par son fabricant. Éloignez-la de l’isolant des câbles, des goulottes en plastique, des filtres, des poussières combustibles et des surfaces accessibles aux opérateurs. Tenez compte de la température ambiante et de la chaleur emprisonnée dans la partie supérieure du coffret.

La technique d’application de Rockwell avertit explicitement que les variateurs PowerFlex ne protègent pas eux-mêmes les résistances de freinage montées à l’extérieur. Utilisez un ensemble de résistances auto-protégé ou un circuit de surchauffe correctement conçu. Le thermostat de la résistance doit déclencher la réponse sûre définie par l’évaluation des risques de la machine, généralement en coupant l’alimentation du variateur au moyen d’un contacteur correctement dimensionné ou en empêchant d’une autre manière la poursuite de la régénération. Ne faites pas passer le courant de la résistance par le petit contact du thermostat.

Dimensionnez les conducteurs, les bornes, la protection contre les courts-circuits et la mise à la terre conformément au manuel du variateur et aux réglementations locales. Maintenez les câbles de freinage courts et acheminez-les comme indiqué, car les courants commutés rapidement peuvent créer des perturbations électriques. Avant la mise sous tension, isolez l’alimentation, attendez le temps de décharge spécifié du bus continu, vérifiez l’absence de tension et mesurez la résistance installée aux bornes appropriées.

Configurer sans recopier les numéros de paramètres

Le brouillon original indiquait des numéros de paramètres comme s’ils s’appliquaient à tous les modèles PowerFlex. Cela est dangereux. L’identité des paramètres varie selon la famille, le micrologiciel, le mode de commande et le port. Utilisez le manuel correspondant exactement à la référence catalogue pour sélectionner le mode d’arrêt, activer la fonction de freinage dynamique ou le profil de résistance externe et saisir les données de la résistance lorsque cette fonction est prise en charge. N’activez jamais un transistor de freinage simplement parce qu’un variateur similaire utilise un menu apparemment identique.

Vérifiez conjointement les données de la plaque signalétique du moteur, la limite de courant, les réglages de régulation du bus, le temps de décélération et toute limite de puissance régénérative. Si la régulation du bus prolonge automatiquement la rampe, elle peut masquer une résistance sous-dimensionnée lors de la mise en service. À l’inverse, désactiver la régulation du bus sans avoir démontré la capacité de la résistance peut transformer un déclenchement occasionnel dû à une surtension en contrainte thermique prolongée.

Les noms et les limites des paramètres doivent être tirés du manuel correspondant exactement à la référence catalogue et au micrologiciel du PowerFlex.

Mettre en service avec des arrêts mesurés

Commencez par un essai à vide ou avec une énergie réduite, en utilisant un temps de décélération plus long. Enregistrez la vitesse de consigne, la vitesse réelle, la tension du bus continu, le courant de sortie, l’état du freinage s’il est disponible et l’historique des défauts. Réduisez progressivement la durée de la rampe, en vérifiant que le bus reste sous le seuil de déclenchement et que la machine ne perde pas le contrôle ou ne dépasse pas les limites de courant.

Testez ensuite la pire condition de production crédible : vitesse maximale, inertie réfléchie maximale, tension de ligne la plus élevée prévue, arrêts répétés selon le cycle le plus court et température ambiante la plus élevée. Mesurez la température de la résistance avec une méthode appropriée et vérifiez le fonctionnement du thermostat. Un seul arrêt réussi à froid ne suffit pas à établir la capacité du cycle de service.

Consignez la référence de la résistance, sa valeur ohmique, ses puissances nominales continue et impulsionnelle, ses exigences de montage, la logique de protection, la sauvegarde des paramètres et les résultats mesurés. Pour obtenir d’autres vérifications de mise en service des variateurs, consultez notre guide d’ingénierie des variateurs de fréquence. Le principe de conception durable est simple : calculez l’énergie, respectez les limites électriques du variateur, protégez la résistance indépendamment et validez l’ensemble du cycle dans des conditions réalistes.