Guida al dimensionamento delle resistenze di frenatura per inverter: come calcolare e selezionare la resistenza corretta

Una resistenza di interruzione è nota per proteggere le macchine industriali dai guasti da sovratensione. Assorbe l'impulso di energia rigenerativa che un motore produce durante la decelerazione. Le linee di produzione ad alta inerzia continuano a funzionare anziché arrestarsi a metà ciclo grazie alla capacità della resistenza di dissipare l'energia sotto forma di calore.

Perché i carichi ad alta inerzia provocano guasti da sovratensione

Quando un VDF costringe un carico ad alta inerzia come un nastro trasportatore pesante a decelerare più velocemente del suo normale tempo di arresto, la quantità di moto del motore stesso lo trasforma in un generatore. Ciò che accade dopo è che l'elettricità rigenerata fluisce direttamente nel bus CC presente nel guidare.

Quando un VFD Se un carico ad alta inerzia, come il paranco di una gru, una ventola di grandi dimensioni o un nastro trasportatore pesante, viene costretto a decelerare più rapidamente del suo tempo naturale di arresto, l'inerzia del motore stesso lo trasforma in un generatore. L'elettricità rigenerata viene quindi reimmessa direttamente nel bus CC dell'azionamento.

Se non controllato, il picco di tensione supera i limiti di sicurezza dell'azionamento e innesca un guasto da sovratensione. Una resistenza di frenatura VDF di dimensioni adeguate, in combinazione con il transistor chopper interno dell'azionamento, permette a tale picco di scaricarsi in modo sicuro.

Tabella di riferimento delle formule per ingegneri

Di seguito sono riportate alcune equazioni che è possibile utilizzare per calcolare e scegliere il resistore corretto.

Dove:

T_freno = la coppia frenante richiesta in Nm

omega = velocità angolare del motore in rad/s

V_dc = la soglia di attivazione del chopper, intorno a 780 V CC su linee che vanno da 400 a 480 V.

Passo dopo passo Resistenza di frenatura VFD Dimensionamento e calcolo

Fase 1: Calcolare la potenza frenante massima

Il primo passo consiste nel determinare la massima potenza meccanica che può essere generata nel punto di decelerazione. Nel caso di gru e paranchi, è necessario considerare sia l'energia cinetica della massa sia la forza di gravità che agisce su di essa.

Passaggio 2: Trovare la resistenza minima

Ora applica R_min = (V_dc)^2 / P_peak utilizzando la tensione di attivazione del chopper. Al di sotto di questo valore, la corrente che attraversa il circuito supera la capacità massima di gestione della resistenza del chopper, causandone la rottura. 

Fase 3: Calcolare il ciclo di lavoro e la potenza media

Le resistenze si riscaldano durante la frenata e si raffreddano durante il funzionamento a regime, quindi il ciclo di lavoro (tempo di frenata diviso per il tempo totale del ciclo) determina quanta potenza continua l'unità deve dissipare.

Fase 4: Prevedere un margine di sicurezza

Per carichi standard come pompe e ventilatori, utilizzare un fattore da 1,2 a 1,3. Per carichi pesanti e ciclici come paranchi e gru, è preferibile un fattore pari o superiore a 1,5, poiché le restrizioni al flusso d'aria e il calore ambientale riducono rapidamente i margini di sicurezza.

Esempio pratico di dimensionamento: trasportatore industriale

Supponiamo di avere un nastro trasportatore pesante alimentato da un variatore di frequenza da 400 V. L'intero sistema deve assorbire circa 30 kW di potenza di picco per un minimo di 6 secondi ogni 60. E deve farlo con una tensione continua di 780 V sull'interruttore chopper interno.

Ecco tre calcoli che ti aiuteranno a scegliere l'hardware giusto 

1. Resistenza al bersaglio: Prendi il quadrato della tensione di attivazione e dividilo per il picco di potenza:

R = (780^2)/(30000) = 20,28 Ω

Un valore di 20,28 ohm o leggermente superiore garantisce che il componente non assorba troppa corrente. Riduce inoltre la probabilità che il transistor interno del VFD si bruci.

2. Potenza media: Il nastro trasportatore si ferma solo per 6 secondi su un ciclo di 60 secondi. In altre parole, funziona con un ciclo di lavoro 10%. È possibile calcolare il calore continuo generato in media, che risulta essere:

30 kW × 0,10 = 3 kW

3. Margine di sicurezza termica: Ora prendi la potenza media e moltiplicala per un fattore di sicurezza di 1,3:

3 kW × 1,3 = 3,9 kW

In questo modo si contribuisce a isolare il sistema dai quadri di controllo caldi

Quindi, per finalizzare la tua scelta, l'hardware che hai acquistato deve avere un valore ohmico di 20,28 ohm. Non dimenticare che deve essere abbinato a una capacità termica continua arrotondata per eccesso ad almeno 4 kW per un margine di sicurezza.

Insidie ingegneristiche da evitare

Poiché la sovracorrente non ha modo di dissiparsi, scendere al di sotto di R_min è un modo rapido per mandare in tilt un alimentatore. In caso di sottovalutazione del ciclo di lavoro, il processo si svolge più lentamente, con il nucleo che si surriscalda fino al guasto. Montare un'unità ad alta potenza all'interno di un armadio sigillato compromette l'intero progetto, poiché questi componenti necessitano di aria aperta per dissipare il calore, non di una scatola chiusa che lo intrappola.

Approvvigionamento di resistori multimarca tramite Simply Buy

Quando si progettano sistemi di trasporto per carichi pesanti o si effettuano ammodernamenti di gru, far coincidere i calcoli con l'inventario fisico effettivo può facilmente ritardare la tempistica del progetto. Simply Buy Global funge da partner per l'approvvigionamento ingegneristico per colmare questo divario, aiutando gli integratori di sistemi a convalidare i componenti elettrici e a reperire hardware certificato, progettato per resistere a condizioni industriali estreme.

Nostro Resistenza del freno Schneider Electric per ATV Questa linea è progettata per l'integrazione nativa con le serie Altivar Machine ATV340 e Altivar Process ATV900. Queste offrono la massima coppia frenante transitoria con robusti involucri IP20/IP23 e interruttori termici integrati che proteggono i pannelli dal calore estremo. 

Disponiamo inoltre di un magazzino ben fornito dei principali produttori di automazione, tra cui ABB, Siemens, Omron e Fuji Electric. Che il vostro impianto richieda elementi compatti standard o griglie frenanti specializzate ad alta potenza per la movimentazione di materiali pesanti, possiamo aiutarvi a soddisfare le vostre esigenze.

Ogni componente che forniamo è coperto da una rigorosa garanzia di autenticità 100%. Offriamo inoltre garanzie complete del produttore e ci avvaliamo di spedizioni internazionali affidabili. Ciò significa che i componenti critici arriveranno presso la vostra sede puntualmente.

Danfoss 132F0059 VLT VFD 15kW 20HP 400V trifase

Produttore: Danfoss
Modello: 132F0059 / FC-051P15KT4E20H3BXCXXXSXXX
Potenza nominale: 15 kW (20 CV)
Tensione di ingresso: 380–480 V CA (trifase)

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Domande frequenti

Cos'è un chopper di frenatura e il mio inverter ne è già dotato?

L'interruttore interno responsabile del monitoraggio della tensione del bus CC e dell'instradamento della corrente di accesso verso una resistenza esterna dopo che questa supera una soglia di sicurezza è chiamato chopper di frenatura. È presente nella maggior parte degli azionamenti di potenza medio-bassa, ma gli azionamenti superiori a 200 kW spesso richiedono un'unità di frenatura esterna.

Posso collegare più resistori in serie per raggiungere un valore specifico?

Certo che puoi. Tieni presente che il collegamento in serie è utile per sommare i valori di resistenza. Allo stesso tempo, puoi ridurre la resistenza totale utilizzando il collegamento in parallelo. Poiché entrambe le configurazioni aumentano la potenza massima erogabile, combinarle è considerata una soluzione valida per raggiungere un obiettivo non standard. 

In che cosa si differenzia un modulo di frenatura dinamica da un sistema di recupero dell'energia?

Un modulo di frenatura dinamica brucia l'energia rigenerata sotto forma di calore, risultando affidabile ed economicamente vantaggioso per le frenate intermittenti. Un azionamento rigenerativo reimmette tale energia nella rete CA dell'impianto, risultando adatto a macchine che frenano in modo continuo.

Sei pronto a verificare le dimensioni calcolate prima di effettuare l'ordine? Contatta il team di ingegneri di Simply Buy Global e verificheremo la compatibilità dei tuoi dati con i componenti disponibili a magazzino.