Guide de dimensionnement des résistances de freinage pour variateurs de fréquence : Comment calculer et sélectionner la résistance appropriée

Une résistance de coupure protège les machines industrielles contre les surtensions. Elle absorbe l'énergie de récupération produite par un moteur lors de sa décélération. Grâce à sa capacité à dissiper cette énergie sous forme de chaleur, les lignes de production à forte inertie continuent de fonctionner au lieu de s'arrêter en cours de cycle.

Pourquoi les charges à forte inertie provoquent des surtensions

Lorsqu'un variateur de fréquence (VDF) force une charge à forte inertie, comme un convoyeur lourd, à décélérer plus rapidement que son temps d'arrêt normal, l'inertie du moteur le transforme en générateur. L'électricité régénérée est ensuite directement réinjectée dans le bus CC du système. conduire.

Quand un variateur de fréquence Lorsqu'une charge à forte inertie, comme le palan d'une grue, un grand ventilateur ou un convoyeur lourd, est contrainte de décélérer plus rapidement que son temps d'arrêt naturel, l'inertie du moteur le transforme en générateur. L'électricité ainsi régénérée est directement réinjectée dans le bus CC du variateur.

Sans contrôle, la surtension dépasse les limites de sécurité du variateur et provoque un défaut de surtension. Une résistance de freinage VDF correctement dimensionnée, associée au transistor de découpage interne du variateur, permet de dissiper cette surtension en toute sécurité.

Tableau de référence des formules pour ingénieurs

Vous trouverez ci-dessous quelques équations que vous pouvez utiliser pour calculer et choisir la résistance appropriée.

Où:

T_brake = le couple de freinage requis en Nm

omega = vitesse angulaire du moteur en rad/s

V_dc = le seuil d'activation du hacheur, environ 780 V CC sur des lignes allant de 400 à 480 V.

Étape par étape Résistance de freinage VFD Dimensionnement et calcul

Étape 1 : Calculer la puissance de freinage maximale

La première étape consiste à déterminer la puissance mécanique maximale pouvant être générée au point de décélération. Dans le cas des grues et des palans, il faut prendre en compte à la fois l'énergie cinétique de la masse et la force gravitationnelle qui s'exerce sur elle.

Étape 2 : Trouver la résistance minimale

Appliquez maintenant la formule R_min = (V_dc)^2 / P_peak en utilisant la tension d'activation du hacheur. En dessous de cette valeur, le courant traversant la boucle dépasse la capacité maximale de la résistance du hacheur, ce qui provoque sa destruction. 

Étape 3 : Calculer le rapport cyclique et la puissance moyenne

Les résistances chauffent pendant le freinage et refroidissent pendant le fonctionnement en régime permanent, donc le rapport cyclique (temps de freinage divisé par la durée totale du cycle) détermine la puissance continue que l'unité doit dissiper.

Étape 4 : Prévoir une marge de sécurité

Utilisez un coefficient de 1,2 à 1,3 pour les charges standard telles que les pompes et les ventilateurs. Un coefficient de 1,5 ou plus est préférable pour les charges cycliques importantes telles que les palans et les grues, car les restrictions de débit d'air et la chaleur ambiante réduisent rapidement les marges.

Exemple pratique de dimensionnement : convoyeur industriel

Supposons que vous ayez un convoyeur lourd alimenté par un variateur de fréquence de 400 V. L'ensemble du système doit absorber une puissance de crête d'environ 30 kW pendant au moins 6 secondes toutes les 60 secondes. Et il doit le faire avec une tension continue de 780 V sur l'interrupteur du hacheur interne.

Voici trois calculs pour vous aider à choisir le matériel adapté. 

1. Résistance cible : Prenez votre tension d'activation au carré et divisez-la par votre surtension de crête :

R = (780^2)/(30 000) = 20,28 Ω

Une résistance de 20,28 ohms ou légèrement supérieure garantit que le composant ne consommera pas un courant excessif. Cela réduit également les risques de surchauffe du transistor interne du variateur de fréquence.

2. Puissance moyenne : Le convoyeur ne s'arrête que pendant 6 secondes sur une boucle de 60 secondes. Autrement dit, son cycle de fonctionnement est de 10%. On peut calculer la chaleur continue générée en moyenne, qui s'élève à :

30 kW × 0,10 = 3 kW

3. Marge de sécurité thermique : Maintenant, prenez la puissance moyenne et multipliez-la par un facteur de sécurité de 1,3 :

3 kW × 1,3 = 3,9 kW

Cela permet d'isoler le système contre la chaleur des armoires de commande.

Pour finaliser votre choix, le matériel que vous avez sélectionné doit présenter une résistance de 20,28 ohms. N'oubliez pas qu'elle doit être associée à une capacité thermique continue d'au moins 4 kW, arrondie à l'entier supérieur, pour une marge de sécurité suffisante.

Pièges d'ingénierie à éviter

Comme le courant de surintensité ne peut s'évacuer, une tension inférieure à R_min peut rapidement endommager un hacheur. En cas de sous-estimation du facteur de marche, la situation se dégrade plus lentement, le noyau surchauffant jusqu'à la panne. L'installation d'un appareil de forte puissance dans une armoire étanche compromet la conception globale, car ces composants ont besoin d'air libre pour dissiper la chaleur, et non d'un boîtier fermé qui la retient.

Approvisionnement en résistances multimarques via Simply Buy

Lors de la conception de systèmes de convoyage robustes ou de la modernisation de grues, l'écart entre les calculs et l'inventaire physique réel peut facilement retarder un projet. Simply Buy Global intervient comme partenaire d'ingénierie et d'approvisionnement pour combler cet écart, en aidant les intégrateurs de systèmes à valider les composants électriques et à s'approvisionner en matériel certifié, conçu pour résister aux conditions industrielles les plus extrêmes.

Notre Résistance de frein pour VTT Schneider Electric Cette gamme est conçue pour une intégration native avec les systèmes Altivar Machine ATV340 et Altivar Process ATV900. Ces systèmes offrent un couple de freinage transitoire maximal grâce à des boîtiers robustes IP20/IP23 et des interrupteurs thermiques intégrés qui protègent les panneaux contre les températures extrêmes. 

Nous disposons également d'un stock immédiat de produits des leaders de l'automatisation, tels qu'ABB, Siemens, Omron et Fuji Electric. Que votre installation nécessite des éléments compacts standard ou des grilles de freinage haute puissance spécialisées pour la manutention de charges lourdes, nous pouvons répondre à vos besoins.

Chaque composant que nous livrons est couvert par une garantie d'authenticité stricte 100%. Nous offrons également des garanties constructeur complètes et utilisons un service de livraison internationale fiable. Ainsi, vos pièces essentielles arrivent à destination dans les délais prévus.

Variateur de fréquence Danfoss 132F0059 VLT 15 kW 20 CV 400 V triphasé

Fabricant: Danfoss
Modèle: 132F0059 / FC-051P15KT4E20H3BXCXXXSXXX
Puissance nominale: 15 kW (20 CV)
Tension d'entrée: 380–480 V CA (triphasé)

Voir le produit

Questions fréquemment posées

Qu'est-ce qu'un hacheur de freinage, et mon variateur de fréquence en possède-t-il déjà un ?

Le commutateur interne qui surveille la tension du bus CC et dirige le courant d'accès vers une résistance externe après un dépassement d'un seuil de sécurité est appelé hacheur de freinage. On en trouve dans la plupart des variateurs de faible à moyenne puissance, mais les variateurs de plus de 200 kW nécessitent souvent un dispositif de freinage externe.

Est-il possible de connecter plusieurs résistances ensemble pour atteindre une valeur spécifique ?

Oui, c'est possible. Sachez simplement que le câblage en série permet d'additionner les résistances. En revanche, le câblage en parallèle permet de réduire la résistance totale. Comme les deux configurations augmentent la puissance admissible, leur combinaison est une solution valable pour atteindre un objectif non standard. 

En quoi un module de freinage dynamique diffère-t-il d'un système de récupération d'énergie au freinage ?

Un module de freinage dynamique dissipe l'énergie régénérée sous forme de chaleur, offrant une solution fiable et économique pour les arrêts intermittents. Un système de récupération d'énergie réinjecte cette énergie dans le réseau électrique de l'installation, convenant ainsi aux machines à freinage continu.

Vous souhaitez valider vos calculs de dimensionnement avant de commander ? Contactez l’équipe d’ingénierie de Simply Buy Global et nous confirmerons vos dimensions par rapport au matériel en stock.