Progettazione e collaudo della resistenza di frenatura dinamica PowerFlex

La frenatura dinamica non è semplicemente una modifica dei parametri. È un problema di progettazione della gestione dell’energia: quando un carico trascinato decelera, il motore può rigenerare energia verso il bus CC del VFD e la tensione del bus aumenta, a meno che tale energia non venga restituita all’alimentazione, immagazzinata o convertita in calore. Una resistenza di frenatura scelta correttamente offre a un azionamento PowerFlex un percorso controllato per questa energia, ma la resistenza, il transistor di frenatura, il cablaggio, l’involucro e il profilo di arresto devono essere trattati come un unico sistema.

Un azionamento PowerFlex può utilizzare la frenatura dinamica solo quando il relativo telaio e il set di opzioni supportano il circuito di frenatura richiesto.

Inizia dall’evento rigenerativo

La resistenza deve essere scelta in base al profilo di movimento, non soltanto alla potenza del motore. Registra la velocità del motore prima della decelerazione, la velocità finale, il tempo di arresto richiesto, l’inerzia totale riportata e la frequenza con cui l’arresto si ripete. Una centrifuga ad alta inerzia che si arresta una volta per turno e un asse verticale che si abbassa ogni 20 secondi possono avere motori simili, ma cicli termici radicalmente diversi.

L’energia disponibile in un sistema rotante è proporzionale all’inerzia e al quadrato della velocità. Durante una decelerazione lineare, solo una parte di questa energia raggiunge la resistenza, poiché le perdite meccaniche e le perdite del motore e dell’azionamento ne assorbono una quota. Il compito ingegneristico conservativo consiste nello stimare la potenza rigenerativa di picco durante l’arresto e la potenza media sull’intero ciclo operativo. La tecnica applicativa Calcolatore delle resistenze di frenatura dinamica PowerFlex di Rockwell Automation fornisce le equazioni specifiche del modello, i limiti minimi di resistenza, il trattamento del ciclo di lavoro e le tabelle di selezione.

Non sostituire una resistenza con una di valore approssimativo solo perché è fisicamente disponibile. Una resistenza inferiore al valore minimo dell’azionamento può richiedere una corrente eccessiva al transistor di frenatura. Una resistenza troppo elevata potrebbe non assorbire corrente sufficiente a impedire l’intervento per sovratensione del bus CC. Anche la potenza nominale ha due significati: la resistenza deve sopportare il breve impulso di picco e dissipare il calore medio di lungo periodo senza superare il proprio limite di temperatura.

Verifica l’hardware PowerFlex esatto

PowerFlex è una famiglia, non un unico progetto elettrico. La disponibilità del chopper di frenatura, i nomi dei morsetti, la resistenza minima, i numeri dei parametri e le protezioni interne variano tra i prodotti PowerFlex 520, 750 e legacy Classe 7, e talvolta anche tra i diversi telai della stessa serie. Leggi il codice catalogo e il telaio sulla targhetta, quindi utilizza il manuale utente e i dati tecnici aggiornati relativi a quell’azionamento specifico. La collezione Allen-Bradley PowerFlex può aiutare a identificare la famiglia di prodotti installata, ma per le decisioni ingegneristiche fa fede la targhetta.

Determina inoltre se la macchina necessita davvero di una resistenza. Prolungare la rampa di decelerazione può eliminare la rigenerazione. Un bus CC comune può condividere l’energia tra assi in motorizzazione e in rigenerazione. Un front-end attivo può restituire l’energia alla rete. I freni meccanici restano necessari quando un carico deve essere mantenuto dopo la rimozione della coppia. La frenatura dinamica migliora la decelerazione controllata; non è una funzione di arresto con classificazione di sicurezza né un freno di mantenimento.

Utilizza esclusivamente le designazioni dei morsetti e la configurazione di cablaggio indicate per il telaio esatto dell’azionamento.

Progetta la protezione termica prima del cablaggio

Una resistenza esterna converte l’energia elettrica in calore intenso. Installala rispettando la distanza libera, la ventilazione, l’orientamento della superficie e il grado di protezione dell’involucro specificati dal produttore. Tienila lontana dall’isolamento dei cavi, dalle canaline in plastica, dai filtri, dalle polveri combustibili e dalle superfici accessibili agli operatori. Considera la temperatura ambiente e il calore intrappolato nella parte superiore dell’involucro.

La tecnica applicativa di Rockwell avverte esplicitamente che gli azionamenti PowerFlex non proteggono autonomamente le resistenze di frenatura installate esternamente. Utilizza un gruppo di resistenza autoprotetto oppure un circuito di sovratemperatura progettato correttamente. Il termostato della resistenza deve avviare la risposta sicura definita dalla valutazione dei rischi della macchina, in genere rimuovendo l’alimentazione dell’azionamento tramite un contattore adeguatamente dimensionato o impedendo in altro modo la rigenerazione continua. Non far passare la corrente della resistenza attraverso il piccolo contatto del termostato.

Dimensiona conduttori, morsetti, protezione contro i cortocircuiti e messa a terra in conformità al manuale dell’azionamento e alle normative locali. Mantieni corti i cavi di frenatura e instradali come indicato, poiché la corrente commutata rapidamente può generare disturbi elettrici. Prima di alimentare il sistema, seziona l’alimentazione, attendi il tempo di scarica del bus CC specificato, verifica l’assenza di tensione e misura la resistenza installata sui morsetti appropriati.

Configura senza copiare i numeri dei parametri

La bozza originale elencava i numeri dei parametri come se fossero applicabili a tutti i modelli PowerFlex. Questo è rischioso. Le identità dei parametri cambiano in base alla famiglia, al firmware, alla modalità di controllo e alla porta. Utilizza il manuale relativo al codice catalogo esatto per selezionare la modalità di arresto, abilitare la funzione di frenatura dinamica o il profilo della resistenza esterna e inserire i dati della resistenza, quando supportato. Non abilitare mai un transistor di frenatura solo perché un azionamento simile utilizza un menu dall’aspetto identico.

Verifica i dati di targa del motore, il limite di corrente, le impostazioni di regolazione del bus, il tempo di decelerazione e qualsiasi limite di potenza rigenerativa come un’unica configurazione coordinata. Se la regolazione del bus prolunga automaticamente la rampa, può mascherare una resistenza sottodimensionata durante la messa in servizio. Al contrario, disabilitare la regolazione del bus senza aver dimostrato la capacità della resistenza può trasformare un intervento occasionale per sovratensione in uno stress termico continuo.

I nomi e i limiti dei parametri devono essere ricavati dal manuale relativo al codice catalogo e al firmware esatti del PowerFlex.

Esegui la messa in servizio con arresti misurati

Inizia con una prova a vuoto o con energia ridotta e un tempo di decelerazione più lungo. Monitora la velocità comandata, la velocità effettiva, la tensione del bus CC, la corrente di uscita, lo stato della frenatura, se disponibile, e lo storico dei guasti. Riduci la rampa gradualmente e in modo controllato, verificando che il bus rimanga al di sotto della soglia di intervento e che la macchina non perda il controllo né superi i limiti di corrente.

Prova quindi la peggiore condizione di produzione plausibile: velocità massima, inerzia riflessa massima, tensione di linea più elevata prevista, arresti ripetuti con il ciclo più breve e temperatura ambiente più alta. Misura la temperatura della resistenza con un metodo adeguato e verifica il funzionamento del termostato. Un singolo arresto riuscito a freddo non dimostra la capacità di funzionamento in base al ciclo di lavoro.

Registra il codice prodotto della resistenza, la resistenza nominale, i valori nominali continui e a impulso, i requisiti di montaggio, la logica di protezione, il backup dei parametri e i risultati misurati. Per ulteriori verifiche sulla messa in servizio degli azionamenti, consulta la nostra guida tecnica sui VFD. Il principio progettuale duraturo è semplice: calcola l’energia, rispetta i limiti elettrici dell’azionamento, proteggi la resistenza in modo indipendente e convalida l’intero ciclo in condizioni realistiche.