Se lavori con un VFD da 380 V, a un certo punto probabilmente ti sarai chiesto: "Ho bisogno di un resistore di frenatura e, se ne ho bisogno, come faccio a scegliere quello giusto?" Tagliamo il gergo qui: questa non è una immersione profonda da manuale, è ciò di cui parliamo effettivamente in officina quando i clienti ci chiamano in preda al panico per guasti da sovratensione. Come fornitori di VFD, vediamo continuamente questo errore: le persone prendono qualsiasi vecchio resistore da uno scaffale e si chiedono perché il loro convertitore scatta per 10 minuti in un ciclo di carico pesante.
Innanzitutto, chiariamo le nozioni di base: perché un VFD da 380 V ha bisogno anche di un resistore di frenatura? Quando un VFD rallenta un motore, in particolare qualcosa con molta inerzia, come un trasportatore, un ascensore o una ventola che gira alla massima velocità, il motore si comporta come un generatore. Restituisce l'energia extra al bus CC del VFD. Se l'energia non può andare da nessuna parte, la tensione del bus CC aumenta. Per un sistema a 380 V, la tensione nominale del bus CC è di circa 540 V (poiché 380 V x √2 è ~537 V, arrotondiamo a 540). La maggior parte dei VFD scatta a circa 680 V per i modelli da 380 V e quel picco è esattamente ciò che innesca il guasto. Una resistenza di frenatura è la valvola di sicurezza: dissipa l'energia in eccesso sotto forma di calore, mantenendo il bus CC in un intervallo di sicurezza.
Ora, prima di passare ai calcoli, sfatiamo un mito comune: non è necessario un resistore di frenatura per ogni VFD. Se il carico è leggero o stai decelerando in modo molto graduale (ad esempio, una ventola che rallenta in 30 secondi), l'unità di frenatura interna del VFD potrebbe gestirlo. Ma se stai effettuando decelerazioni rapide, sollevando carichi pesanti (dove la gravità tira il motore, quindi genera energia per tutto il tempo) o carichi ad alta inerzia, un resistore non è negoziabile. Lo vediamo continuamente con il nostro azionamento a frequenza variabile trifase, che viene utilizzato in qualsiasi cosa, dalle linee di imballaggio alla movimentazione dei materiali: i clienti spesso saltano il resistore e si ritrovano con tempi di inattività che avrebbero potuto essere evitati.
Ok, quindi sai che hai bisogno di una resistenza. Ora, come scegli quello giusto? Analizziamolo passo dopo passo, senza formule fantasiose da memorizzare.
Primo passo: scopri la potenza nominale del tuo VFD e il motore a cui è accoppiato. Questo non è negoziabile. Se disponi di un motore da 5 CV, probabilmente stai cercando un ingresso monofase VFD da 5 CV per piccole configurazioni o un azionamento inverter da 7,5 Kw per applicazioni più pesanti a 380 V. Aspetta, no: la potenza si trasferisce attraverso la tensione, quindi assicurati di abbinare la potenza nominale del VFD al motore, non solo la potenza. Ad esempio, un motore da 7,5 kW assorbe una quantità specifica di corrente e il tuo VFD è dimensionato per gestirla. L'ultima cosa che vuoi è una resistenza troppo piccola, che si surriscalda e si brucia a metà ciclo.
Successivamente, calcola l'energia di frenata massima che devi dissipare. È qui che la maggior parte delle persone sbaglia, perché prendono semplicemente un resistore con la stessa potenza del loro VFD. Sbagliato. L'energia che il resistore deve gestire dipende dalla quantità di inerzia che stai fermando e dalla velocità con cui la stai fermando. Manteniamolo semplice: ecco una formula approssimativa che utilizziamo con i clienti. Innanzitutto, ottieni l'inerzia del tuo carico (GD² in sistema metrico o WR² in sistema imperiale: la maggior parte delle specifiche del motore lo elencheranno) e la velocità da cui stai decelerando. L'energia di frenatura è circa 0,5 x J x (ω1² – ω2²), dove J è l'inerzia e ω è la velocità angolare. Ma se non vuoi fare i conti, una regola pratica che usiamo nel nostro negozio: per decelerazioni veloci (meno di 10 secondi per un carico pesante), usa un resistore valutato per almeno il 50% della potenza di uscita del tuo VFD. Per decelerazioni lente (10-30 secondi), il 25% è sufficiente e, se ti stai fermando per inerzia (nessuna decelerazione intenzionale), potresti non averne nemmeno bisogno di una grande.
Aspetta, proviamolo con un esempio. Supponiamo che tu abbia un VFD da 100 HP che fa funzionare un trasportatore che pesa 5000 libbre e che devi rallentarlo da 60 Hz a 0 Hz in 5 secondi. Si tratta di una decelerazione rapida e ad alta inerzia, quindi è necessario un resistore valutato per circa il 50% di 100 CV, ovvero 50 CV. Convertilo in kilowatt se preferisci: 50 CV sono ~ 37 kW, quindi un resistore di frenatura da 37 kW. Se utilizzassi una resistenza da 10 CV qui, si surriscalderebbe in 2 minuti, non è uno scherzo. Abbiamo avuto clienti che si sono rivolti a noi con lo stesso problema: hanno risparmiato sulla resistenza e ora la loro linea è inattiva per un giorno.
Secondo parametro chiave: valore di resistenza. Questo è importante quanto il potere. Se la resistenza è troppo bassa, la resistenza assorbirà troppa corrente dal bus CC, il che può danneggiare il transistor di frenatura interno del VFD (che è la parte che accende e spegne la resistenza). Se è troppo alto, non dissiperà abbastanza energia e si verificheranno comunque guasti di sovratensione. Allora come trovare la giusta resistenza? Ancora una volta, non ti facciamo fare calcoli pazzeschi. La formula è: R = (Vdc_max – Vdc_nominale) x 1,4 / Ib_max. Aspetta, traduciamolo: Vdc_max è la tensione di intervento del tuo VFD (per azionamenti da 380 V, ovvero 680 V), Vdc_nominal è la normale tensione del bus CC (~540 V) e Ib_max è la corrente di frenatura massima che l'unità di frenatura del tuo VFD può gestire. La maggior parte delle specifiche VFD elencano questo Ib_max direttamente nel manuale: ad esempio, il nostro inverter da 7,5 Kw ha una corrente di frenatura massima di 15 A. Inseriamolo: R = (680 – 540) x 1,4 /15 = (140) x1,4 /15 = ~13 ohm. Questa è la tua resistenza target. Se non riesci a trovare un resistore esatto da 13 ohm, avvicinati il più possibile: 12 o 15 ohm vanno bene, ma non andare molto più in basso o più in alto.
Terza cosa da controllare: ciclo di lavoro. Il ciclo di lavoro indica la frequenza con cui il resistore di frenatura funziona effettivamente. Se deceleri solo una volta all'ora, il ciclo di lavoro è basso, quindi puoi ottenere un resistore in alluminio più economico. Ma se il tuo processo ha un ciclo ciclico ogni minuto, come un ascensore che va su e giù 10 volte all'ora o una macchina per l'imballaggio che si ferma e si avvia costantemente, hai bisogno di un resistore classificato per un ciclo di lavoro elevato, solitamente un'unità raffreddata ad acqua o con ventola. L'ultima cosa che desideri è una resistenza che funzioni solo per pochi cicli prima di surriscaldarsi e bruciare il fusibile termico.
Aspetta, colleghiamolo ai prodotti reali. Se utilizzi il nostro convertitore di frequenza trifase, valutato per 380 V, in genere consigliamo di abbinare la potenza nominale del resistore al 40-60% della potenza del VFD, a seconda del carico. Ad esempio, un VFD da 7,5 kW potrebbe accoppiarsi con un resistore di frenatura da 3,7 kW. Ma se il tuo carico ha un'inerzia molto elevata, aumentalo fino a 5kW. Per il nostro azionamento VFD da 100 Hp, si tratta di un motore grande, quindi suggeriamo quasi sempre un resistore di frenatura da 50 kW per decelerazioni rapide. Vendiamo anche VFD 220 V trifase per configurazioni a tensione inferiore, ma il calcolo del resistore è simile: basta regolare la tensione del bus CC per 220 V, che è ~ 310 V nominale, scatto a ~ 400 V.
Errori comuni che vediamo continuamente: in primo luogo, le persone confondono resistori monofase e trifase. Se si dispone di un VFD trifase, è necessario un resistore di frenatura trifase (o tre resistori monofase collegati in parallelo). Se si utilizza un resistore monofase su un bus trifase, non dissiperà l'energia in modo uniforme, con conseguente surriscaldamento. In secondo luogo, ignorano la temperatura ambiente. Se il tuo pannello si trova in un ambiente caldo (come una panetteria o una fabbrica senza aria condizionata), devi ridurre la potenza del resistore del 10-20%: il calore rende i resistori meno efficienti, quindi un resistore da 5 kW in un pannello da 100 ° F potrebbe essere efficace solo 4 kW. Terzo, si dimenticano del montaggio del resistore. In alcuni casi le resistenze di frenatura diventano molto calde, molto calde, fino a 300°C. Se lo monti vicino a parti in plastica o altri dispositivi elettronici, sussiste il rischio di incendio. Assicurati che sia montato su un pannello metallico con un buon flusso d'aria o in un proprio contenitore.
Facciamo un rapido esempio per renderlo concreto. Supponiamo di far funzionare un motore da 380 V 5 CV che alimenta un piccolo trasportatore e di dover decelerare in 8 secondi (decelerazione moderata, non super veloce). Hai un ingresso monofase VFD da 5 CV? Aspetta, no, aspetta, ingresso monofase da 5 CV per 380 V? Aspetta, no, correggiamolo: l'ingresso monofase VFD da 5 CV è per l'ingresso monofase da 220 V fino all'uscita trifase da 220 V. Per 380 V, utilizzeresti il nostro azionamento a frequenza variabile trifase, che è un ingresso trifase da 380 V. Diciamo che è un VFD da 3,7 kW (circa 5 CV). Decelerazione moderata, quindi il ciclo di lavoro è basso: deceleri una volta ogni 5 minuti. L'energia di frenata necessaria è circa il 25% della potenza del VFD, quindi circa 0,9 kW. La corrente di frenatura massima per questo VFD è 10 A. Calcola la resistenza: R = (680 – 540) x1,4 /10 = ~19,6 ohm. Quindi sceglieresti un resistore di frenatura da 1 kW, 20 ohm, classificato per un ciclo di lavoro basso, montato con un buon flusso d'aria. Questo è tutto: nessun guasto da sovratensione, nessun tempo di inattività.
Ora, cosa succede se non sei ancora sicuro? Ecco perché siamo qui. Molti clienti provano a calcolarlo da soli e finiscono per tirare ad indovinare, il che porta a problemi. Vendiamo VFD e resistori corrispondenti da anni, quindi possiamo aiutarti a superare le congetture. Non devi sbagliare i calcoli o acquistare la parte sbagliata. Che tu stia lavorando con il nostro azionamento inverter da 7,5 Kw, un'unità più piccola da 5 CV o un grande azionamento VFD da 100 Hp, possiamo guidarti attraverso le specifiche esatte di cui hai bisogno per il tuo resistore di frenatura.
Aspetta, un ultimo consiglio: controlla sempre la tensione nominale del resistore. Per i sistemi a 380 V, la resistenza di frenatura deve gestire fino a 680 V sul terminale del bus CC. Se si ottiene un resistore valutato per soli 500 V, si romperà la prima volta che si verifica un picco di tensione. Questo è un altro errore comune: le persone guardano i 380 V nominali e ottengono un resistore valutato per 380 V, non per la tensione CC di picco. Assicurati che sia valutato per almeno 700 V CC per essere sicuro.
Concludiamo la questione. La scelta di un resistore di frenatura per un VFD da 380 V non deve essere complicata. Inizia confermando che ne hai bisogno (decelerazioni rapide, inerzia elevata, carichi pesanti = sì), abbina la sua potenza nominale alla velocità di decelerazione e all'inerzia, ottieni il giusto valore di resistenza dalla scheda tecnica del tuo VFD, controlla il ciclo di lavoro e la temperatura ambiente e non saltare mai la tensione nominale. Se hai ancora dubbi su qualsiasi aspetto, sia che tu lo stia dimensionando per il nostro azionamento a frequenza variabile trifase, l'ingresso monofase VFD da 5 CV o uno qualsiasi dei nostri altri modelli, contattaci. Possiamo aiutarti a scegliere il resistore perfetto in modo che il tuo VFD funzioni senza problemi, senza guasti e senza tempi di inattività. Non rischiare di interrompere le tue operazioni a causa di un resistore sbagliato: eliminiamo noi le congetture.
Riferimenti
- Siemens Industry, “Selezione della resistenza di frenatura per azionamenti a frequenza variabile”, Libreria di automazione, 2022.
- Allen-Bradley, "Guida applicativa VFD 380V", documentazione tecnica Rockwell Automation, 2021.
- Manutenzione delle costruzioni elettriche, "Avoid Common Braking Resistor Mistakes", rivista ECM, giugno 2023.
- Baldor Electric Company, “Calcoli dell’inerzia e dell’energia di frenatura per VFD”, Bollettino tecnico di motori e azionamenti, 2020.