Votre VFD saute-t-il en surtension pendant la décélération, ou votre moteur met-il trop de temps à s’arrêter ? Une résistance de freinage peut aider à dissiper l’énergie régénérée et à réduire la surtension du bus DC lors de la décélération, mais le bon choix dépend de l’inertie de la charge, du temps d’arrêt, de la fréquence de freinage, de la valeur de la résistance et des limites de transmission. Cet article explique quand une résistance de freinage est nécessaire, comment elle fonctionne, comment la dimensionner, et quand une autre méthode de freinage pourrait être plus adaptée.
Qu’est-ce qu’une résistance de freinage ?
Une résistance de freinage est une résistance de puissance utilisée avec un VFD, un servo ou une unité de freinage pour dissiper l’excès d’énergie électrique générée lors de la décélération du moteur. Cela aide à réduire les défauts de surtension sur le bus DC et permet un arrêtage plus rapide et plus contrôlé.
Les termes résistance de freinage, résistance de frein et résistance de freinage dynamique désignent couramment le même composant dans les systèmes d’entraînement moteur.
Comment fonctionne une résistance de freinage ?
Un moteur rotatif et sa charge connectée stockent de l’énergie mécanique. Lorsque le lecteur réduit la vitesse du moteur, il peut agir comme un générateur, renvoyant l’énergie électrique au bus DC. Cette énergie régénérative augmente avec des charges plus lourdes, des vitesses plus élevées, des temps d’arrêt plus courts, des cycles de freinage fréquents et des charges gravitationnelles telles que des élévateurs ou des élévations descendantes.
Si l’énergie retournée n’est pas gérée, la tension du bus DC peut dépasser la limite de fonctionnement du disque, déclenchant une panne de surtension. Un coupeur de frein surveille la tension du bus DC et connecte la résistance de freinage lorsque la tension atteint un seuil fixé. La résistance convertit alors l’excès d’énergie électrique en chaleur.
Flux d’énergie :
Le moteur décélère → moteur génère de l’énergie électrique → la tension du bus DC augmente → les interrupteurs de coupe de frein sur → résistance de freinage dissipent de l’énergie sous forme de chaleur
| Composant | Fonction |
|---|---|
| VFD ou lecteur | Contrôle la vitesse du moteur, l’accélération et la décélération. |
| Coupeur de frein | Relie la résistance de freinage lorsque la tension du bus DC atteint le seuil de commutation. |
| Résistance de freinage | Ça convertit l’excès d’énergie électrique en chaleur. |
Certains VFD disposent d’un capteur de frein interne, tandis que d’autres modèles nécessitent une unité de freinage externe. Vérifiez le manuel de transmission avant de connecter une résistance de freinage.
La puissance dissipée par la résistance pendant que le coupeur de frein est actif peut être estimée en utilisant :
P = V² / R
Où :
• P = dissipation de puissance en watts
• V = tension à travers la résistance
• R = résistance en ohms
La valeur de la résistance influence la performance du freinage. Une résistance plus faible permet un courant de freinage plus élevé et peut augmenter le couple de freinage, mais une valeur inférieure à la limite minimale de résistance du fabricant peut surcharger le capteur de frein. Une valeur de résistance trop élevée peut réduire l’effet de freinage et ne pas dissiper l’énergie régénérative assez rapidement.
Quand une résistance de freinage est-elle nécessaire ?
| Application ou condition de fonctionnement | Pourquoi une résistance de freinage est utilisée | Axe principal de la sélection |
|---|---|---|
| Grues et palans | Contrôle l’énergie générée lors de la réduction des charges | Cycle de service, durée de freinage et protection thermique |
| Ascenseurs et ascenseurs | Supporte une décélération contrôlée lors de mouvements répétés | Fiabilité, protection de sécurité et gestion de la chaleur |
| Convoyeurs | Arrête de bouger les charges plus rapidement et de façon plus régulière | Inertie de charge et fréquence d’arrêt |
| Machines-outils | Réduit le temps d’arrêt de la broche entre les cycles de production | Puissance maximale et durée de freinage |
| Centrifugeuses et volants d’inertie | Dissipe l’énergie stockée dans des charges rotatives à grande vitesse | Classification énergétique et refroidissement |
| Machines à enroulement | Prend en compte les changements de vitesse contrôlés lors de la manipulation des matériaux | Couple de freinage régulier |
| Robots industriels | Gère les accélérations et décélères répétées | Temps de cycle et augmentation de la température |
| Systèmes de stockage automatisés | Contrôle des mouvements de levage, d’abaissement et de déplacement | Capacité de freinage répétée |
| Réseaux ferroviaires et industriels lourds | Dissipe une énergie de freinage élevée lorsque la récupération d’énergie n’est pas pratique | Capacité de la banque de résistances et ventilation |
Une résistance de freinage peut ne pas être nécessaire lorsque le moteur peut s’arrêter en roulant, les freinages sont rares, la charge est faible à l’inertie, ou le moteur gère déjà l’énergie retournée sans défaut.
Types de résistances de freinage
Résistances de freinage en aluminium
Les résistances en aluminium sont compactes et utilisées avec des systèmes VFD de petite et moyenne taille. Leurs boîtiers métalliques transfèrent la chaleur à la surface de montage, ce qui nécessite un montage et une ventilation corrects.
Résistances de freinage enroulées par fil
Les résistances enroulées par fil utilisent un fil de résistance enroulé autour d’un noyau résistant à la chaleur. Ils peuvent supporter l’énergie impulsionnelle et des températures élevées, ce qui les rend adaptés à des cycles de freinage répétés.
Résistances de freinage tubulaires
Les résistances tubulaires sont utilisées dans les systèmes industriels nécessitant des besoins énergétiques plus élevés. Ils peuvent être installés individuellement ou combinés en banques de résistances pour augmenter la capacité de gestion de l’énergie.
Résistances à grille et à enroulement sur les arêtes
Les résistances à grille et à enroulement de bord offrent une plus grande surface pour la dissipation de la chaleur. Ils sont couramment utilisés dans les systèmes de levage, les machines lourdes et les applications de freinage à haute puissance.
Assemblages de résistances fermées
Les assemblages de résistances fermées protègent contre le contact accidentel, la poussière et l’exposition environnementale. Ils peuvent inclure des ouvertures de ventilation, des boîtes à bornes, des ventilateurs de refroidissement et des interrupteurs thermiques.
Comment sélectionner et installer une résistance de freinage
Commence par le manuel pour le modèle exact de VFD ou servo-drive. Vérifiez si le mécanisme comprend un capteur de frein interne, si une unité de freinage externe est nécessaire, et quelle valeur de résistance minimale est autorisée. Ne sélectionnez pas une résistance inférieure à la résistance minimale du fabricant du conducteur, car cela peut surcharger le capteur de frein.
La résistance doit être sélectionnée en fonction de l’énergie de freinage, du temps d’arrêt, de la fréquence de freinage, du cycle de service, de la puissance de pointe, de la puissance moyenne et des conditions de refroidissement. Un temps d’arrêt plus court augmente généralement la puissance de freinage maximale, tandis que des cycles de freinage répétés augmentent l’accumulation moyenne de chaleur.
Les conditions d’installation influencent également la durée de vie des résistances. Vérifiez la température ambiante, le débit d’air, la ventilation de l’enceinte, la direction de montage, l’espace par rapport au câblage et aux pièces en plastique, ainsi que la distance par rapport aux composants sensibles à la chaleur. Les résistances de freinage peuvent atteindre des températures de surface élevées, il convient donc d’utiliser une protection thermique lorsque le fabricant de la résistance ou du variateur doit l’exiger.
Avant d’entretenir la résistance d’entraînement ou de freinage, coupez l’alimentation, attendez que les condensateurs du bus DC se déchargent, vérifiez la tension avec un posemètre adapté, et laissez refroidir la surface de la résistance.
Problèmes courants et dépannage
| Problème | Cause possible | Vérification recommandée |
|---|---|---|
| Le VFD saute sur surtension lors de l’arrêt | Résistance déconnectée, résistance trop élevée, temps d’arrêt trop court, ou hache-frein qui ne fonctionne pas | Vérifiez le câblage, la valeur des résistances, les réglages du disque et le fonctionnement du chopper |
| Surchauffe la résistance | Puissance moyenne trop élevée, cycles de freinage trop fréquents, ou flux d’air restreint | Vérifier le cycle de travail, la ventilation et le temps de refroidissement |
| La résistance échoue à plusieurs reprises | Résistance incorrecte, énergie d’impulsion excessive ou bornes lâches | Vérifier la compatibilité des VFD, la cote énergétique et les connexions |
| Le moteur met trop de temps à s’arrêter | Résistance trop élevée ou réglages de décélération inadaptés | Examinez la plage de résistance et les réglages de l’entraînement |
| Défaillances du hachoir de frein | Résistance inférieure à la valeur minimale autorisée | Confirmez la valeur de la résistance et la limite de courant de freinage |
| La température de l’armoire augmente excessivement | Résistance installée dans un espace confiné | Améliorer la ventilation ou utiliser un support externe |
| Les interrupteurs thermiques déclenchent fréquemment | Résistance sous-dimensionnée ou temps de refroidissement trop court | Recalculer le profil de freinage |
| La résistance montre une décoloration | Chaleur excessive, mauvaise circulation de l’air ou vieillissement | Inspecter le montage, les bornes et la protection thermique |
Résistance de freinage vs autres méthodes de freinage
| Méthode de freinage | Comment ça fonctionne | Utilisation appropriée | Limitation principale |
|---|---|---|---|
| Résistance de freinage | Convertit l’énergie régénérée en chaleur | Arrêts rapides et cycles de freinage courts ou modérés | L’énergie est perdue sous forme de chaleur |
| Freinage régénératif | Restitue l’énergie à l’alimentation électrique ou au système de stockage | Freinage fréquent ou à haute énergie | Coût et complexité plus élevés |
| Freinage par injection DC | Applique un courant continu aux enroulements du moteur | Soutien au frein à basse vitesse | Peut augmenter le chauffage moteur |
| Frein mécanique | Utilise la friction pour arrêter ou maintenir le mouvement | Applications liées à la tenue de charge et à la sécurité | Usure et entretien |
| D’un bout à l’autre | Permet au moteur de ralentir naturellement | Systèmes sans exigences strictes d’arrêt | Temps d’arrêt plus long |
Conclusion
Une résistance de freinage est le meilleur choix lorsqu’un moteur doit s’arrêter rapidement, gérer des charges à forte inertie ou effectuer des freinages répétés sans déclencher de défauts de surtension VFD. Commencez par vérifier le manuel VFD pour connaître la plage de résistance autorisée, les limites de freinage et les exigences du hachour. Ensuite, vérifiez l’énergie de pointe, la puissance moyenne, le cycle de travail et la ventilation. Pour un freinage fréquent à haute énergie, envisagez une banque de résistances ou un système de freinage régénératif.
Foire aux questions [FAQ]
Q1. Est-ce que chaque VFD a besoin d’une résistance de freinage ?
Non. Une résistance de freinage est principalement nécessaire pour les arrêts rapides, les charges à forte inertie, les cycles de freinage fréquents ou les équipements à gravité. Cela peut ne pas être nécessaire lorsque le moteur peut s’arrêter sans provoquer de défauts de surtension.
Q2. Comment choisir la bonne résistance de freinage pour un VFD ?
Vérifiez les spécifications exactes du modèle VFD, y compris la plage de résistance autorisée, la limite de courant de freinage, la capacité de puissance et les exigences en cycle de fonctionnement. Vérifiez également si le drive est équipé d’un coupeur de frein interne ou nécessite une unité de freinage externe.
Q3. Que se passe-t-il si la résistance du freinage est trop faible ou trop élevée ?
Une valeur de résistance trop basse peut surcharger le capteur de frein. Une valeur trop élevée peut affaiblir l’effet de freinage, augmenter le temps d’arrêt ou ne pas prévenir les défauts de surtension.
Q4. Pourquoi une résistance de freinage surchauffe-t-elle ?
Les causes courantes incluent une résistance sous-dimensionnée, des cycles de freinage fréquents, des temps d’arrêt courts, un flux d’air restreint et des conditions de montage défavorables. Vérifiez le cycle de travail, la ventilation et le temps de refroidissement entre les arrêts.
Q5. Une résistance de freinage peut-elle prévenir les défauts de surtension VFD ?
Oui. Il libère l’excès d’énergie régénérative sous forme de chaleur lors de la décélération. Cela aide à contrôler la tension du bus DC et réduit le risque de déclenchements de surtension.
Q6. Quand dois-je utiliser une banque de résistances ou un système de freinage régénératif ?
Utilisez une banque de résistances lorsqu’une seule résistance ne peut pas supporter l’énergie de freinage ou la chaleur. Envisagez le freinage régénératif pour des cycles de freinage fréquents ou à haute énergie, lorsque récupérer de l’énergie est préférable à la libérer sous forme de chaleur.
