Aggiungi una resistenza di frenatura dinamica a un VFD PowerFlex
A practical PowerFlex braking guide covering regenerative energy, resistor resistance and duty cycle, thermal protection, model-specific parameters, and measured commissioning tests.
I motori elettrici convertono l’energia elettrica in energia rotazionale, ma cosa succede quando il motore inizia a convertire l’energia rotazionale in energia elettrica?
È qui che entra in gioco la resistenza di frenatura. Una resistenza di frenatura utilizza l’energia rotazionale e la converte in energia termica, proprio come un generatore. Ma come si dimensiona una resistenza di frenatura esterna e come si configura il VFD per accettare una resistenza di frenatura esterna? Seguitemi mentre illustro la procedura per aggiungere una resistenza di frenatura esterna a un VFD PowerFlex.
Figura 1. PowerFlex 755TS. Immagine utilizzata per gentile concessione di Rockwell Automation
La famiglia di azionamenti PowerFlex
La famiglia PowerFlex di VFD è certamente una linea molto diffusa, ma è possibile aggiungere una resistenza di frenatura esterna a quasi tutti i VFD presenti sul mercato, purché la taglia supporti una resistenza di frenatura. Assicuratevi di verificare il manuale utente del VFD scelto. In questo articolo mi concentrerò sugli azionamenti delle serie PowerFlex 500 e 700, ma la maggior parte della terminologia sarà simile anche per i VFD di altri produttori.
Scelta delle dimensioni della resistenza
Le dimensioni della resistenza sono molto importanti, poiché deve essere in grado di gestire la potenza rigenerativa proveniente dall’azionamento; in caso contrario, l’azionamento attiverà i propri circuiti di sicurezza interni. Per trovare la resistenza delle dimensioni corrette, dobbiamo prima calcolare la potenza rigenerativa di picco dell’azionamento. Ci serviranno la potenza nominale, la velocità nominale, il tempo di decelerazione richiesto, l’inerzia del motore e del carico, il rapporto di trasmissione e la velocità dell’albero motore. Alcuni di questi valori possono essere ricavati dalla targhetta del motore, mentre altri dipendono dal processo.
Rockwell fornisce tutte le formule, insieme a un esempio di calcolo, nel documento Calcolatore della resistenza di frenatura dinamica PowerFlex (pagina 19). In sostanza, calcoliamo l’inerzia totale del sistema rotante, la moltiplichiamo per la velocità angolare e dividiamo il risultato per il tempo.
A seconda del sistema, questo calcolo può essere molto complesso oppure piuttosto semplice. L’esempio di Rockwell utilizza un motore da 10 HP accoppiato direttamente al carico, e le inerzie del carico e del motore sono già state calcolate.
Una volta calcolata la potenza di frenatura, dobbiamo confrontare questo valore con la potenza rigenerativa nominale dell'azionamento, calcolata come segue:
Questi valori sono ricavati dalle tabelle dell'Appendice A del documento Calcolatore delle resistenze di frenatura dinamica PowerFlex. Dopo aver calcolato la potenza rigenerativa, confrontare il valore con la potenza di frenatura calcolata. Se la potenza di frenatura è maggiore della potenza rigenerativa, sarà necessario aumentare il tempo di arresto.
Poiché questo articolo riguarda le resistenze di frenatura, si presume che l'applicazione sia periodica, ovvero che vi siano intervalli di tempo durante i quali il motore non gira. Per assicurarsi che la resistenza abbia tempo sufficiente per raffreddarsi, dobbiamo anche calcolare la potenza media di frenatura. La potenza di picco calcolata sopra dovrebbe essere maggiore della potenza media.
Ora disponi di tutti i valori necessari per selezionare una resistenza presso un produttore.
Figura 2. Morsetti di collegamento per una resistenza di frenatura. Immagine utilizzata per gentile concessione di Control.com
Collegamento della resistenza di frenatura
Gli azionamenti PowerFlex non dispongono di protezione termica nativa per le resistenze di frenatura esterne, quindi sarà necessario integrare un termostato per la resistenza nel cablaggio del motore. I conduttori positivo e negativo della resistenza sono collegati rispettivamente ai morsetti BR1 e BR2. Se il termostato si apre, tutta l'alimentazione dal motore all'azionamento verrà disconnessa, prevenendo così una potenziale situazione d'incendio.
Parametrizzazione
I parametri descrivono le specifiche della resistenza e come indirizzare la potenza inutilizzata affinché possa essere dissipata correttamente. A seconda che si utilizzi un azionamento PowerFlex serie 700 o serie 500, i parametri saranno leggermente diversi.
VFD serie 700
Questa serie di azionamenti offre più opzioni e dimensioni del telaio maggiori, quindi prestare attenzione ai seguenti parametri.
Modalità arresto A 370: impostare su 1 per utilizzare il tasso di rampa determinato
Modalità regolazione bus 372/373 A e B: valore 2, 3 o 4 a seconda del tipo di freno
Configurazione livello bus reg. 374: lasciare il valore predefinito (0)
Livello bus reg. 375: lasciare il valore predefinito (0)
382 Tipo di resistenza DB: impostare su 1 quando si utilizza una resistenza di frenatura esterna.
383 Ohm DB esterni: valore della resistenza di frenatura in ohm
384 Watt DB esterni: valore della resistenza di frenatura in watt
385 Watt impulsi DB esterni: se si utilizza una resistenza di frenatura indicata nel documento PowerFlex Dynamic Braking Resistor Calculator, saranno indicati i watt per impulso. Se si utilizza una resistenza di un altro marchio, contattare il produttore per conoscere il numero di watt che la resistenza è in grado di gestire in un secondo.
426 Limite potenza di rigenerazione: limita la potenza dal motore all'azionamento, ma è attivo solo in modalità di controllo vettoriale di flusso
40 Configurazione opzioni motore, bit 10 (DB durante l'arresto): abilitare il bit 10 nel parametro 40 per attivare il transistor del freno dinamico interno.
Figura 3. VFD PowerFlex 525. Immagine utilizzata per gentile concessione di Rockwell Automation
VFD serie 500
I parametri seguenti vengono utilizzati per configurare correttamente un azionamento della serie PowerFlex 520 per l'utilizzo della resistenza di frenatura.
P045 Modalità di arresto: lasciare il valore predefinito (0)
A437 Selezione resistenza DB: questo parametro dipende fortemente dall'applicazione.
Se si utilizza una resistenza Rockwell Automation, impostare questo valore su 1.
Un valore pari a 2 non offre alcuna protezione alla resistenza. La resistenza verrà utilizzata al 100%, senza duty cycle.
I valori da 3 a 99 determinano il duty cycle a cui sarà sottoposta la resistenza. All'inizio del ciclo di frenatura, la resistenza resterà attiva per 10 secondi, dopodiché alla resistenza verrà applicato a impulsi un duty cycle pari al valore selezionato.
Riepilogo
Quando il carico è sufficiente a far girare liberamente un motore, oppure se si desidera poter rallentare e arrestare il motore più rapidamente di quanto consentano i valori della rampa dell'azionamento, l'aggiunta di una resistenza di frenatura esterna è una soluzione efficace. Sebbene siano necessari alcuni calcoli per individuare la resistenza corretta, il processo complessivo è piuttosto semplice. Se nell'applicazione non si utilizzano azionamenti PowerFlex, gran parte di questa terminologia sarà comunque simile; tuttavia, fare sempre riferimento al manuale dell'azionamento specifico per configurare correttamente i parametri della resistenza di frenatura.