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El variador de velocidad MICROMASTER 440 tiene varios métodos de frenado disponibles
El variador de velocidad MICROMASETR 440 tiene distintos tipos de frenado del motor y la carga. El frenado OFF1 es el más habitual en una parada. Mientras que en el frenado OFF2, el inversor inhibe su salida, y el motor y la carga se detienen a rueda libre.
Por su parte, el frenado OFF3 se utiliza como un OFF1 rápido, pero en caso de sobretensión en el circuito intermedio, el convertidor extiende el tiempo de frenado. Otra forma de frenado es inyectar una corriente continua al motor, obteniendo un torque de frenado. El frenado Combinado es similar al OFF1, pero si se produce una regeneración excesiva del motor hacia el variador, inyecta un componente de corriente continua. En el control de frenado Electromecánico, los variadores simplifican el control de un freno electromecánico externo. Por último, el frenado Dinámico se aplica cuando en el frenado OFF1 se produce una regeneración excesiva hacia el convertidor.
Cuando se utiliza un variador de velocidad MICROMASTER 440, el motor y la carga se pueden detener de diferentes maneras. Los distintos tipos de frenado son: El OFF1, el OFF2, el OFF3, por inyección de corriente continua, Combinado, Dinámico, y Electromecánico.
Frenado OFF1
Este método es el más empleado en una parada. Cuando el variador recibe un comando de parada, la frecuencia de salida se reduce gradualmente hasta llegar a cero, según la rampa programada en el parámetro P1121. Si el motor y la carga tienen alta inercia y las pérdidas del sistema son bajas, la energía inercial retornará al convertidor y la tensión del circuito intermedio de corriente continua aumentará.
En casos extremos, se puede producir una falla por sobretensión (F0002), que desconectará el variador de su carga para prevenir daños en el mismo.
Para mantener un control sobre la rampa de frenado, se debe extender el tiempo para la desaceleración (P1121) o considerarse otras variantes para el frenado.
Frenado OFF2
En este tipo de frenado, al recibir una orden de parada, el inversor inhibe su salida, y el motor y la carga se detienen a rueda libre (frenado no controlado). El OFF2 se debe utilizar cuando existe un freno mecánico externo, para evitar que el variador actúe sobre el motor cuando se aplica el freno.
Este frenado, usualmente, es controlado por una entrada digital con lógica invertida. Es decir, activa con un nivel bajo (cero) por razones de seguridad.
También se debe utilizar un OFF2 cuando se desee colocar un contactor, por razones de seguridad, entre la salida del convertidor y el motor. Al aplicarlo antes de abrir el contactor, se evitan señales de alarmas y fallas.
Frenado OFF3
Se puede utilizar como un frenado OFF1 rápido, donde se respeta la rampa de desaceleración programada en el parámetro P1135. Pero, difiere de él, ya que en caso de sobretensión en el circuito intermedio por regeneración excesiva del motor, el convertidor automáticamente extiende el tiempo de frenado.
Frenado por inyección de corriente continua
Inyectando una corriente continua al motor, se obtiene un torque de frenado. Si el motor está frenado, también se puede generar un torque de bloqueo mediante este método, que en algunas ocasiones se puede utilizar en lugar de un freno mecánico.
Este tipo de frenado se configura con los parámetros P1230 a P1234, con los cuales se pueden seleccionar variadas opciones de comportamiento.
Cuando se utiliza inyección de corriente continua, la inercia del motor y la carga son disipadas en el motor, con lo que el uso prolongado y repetido de esta metodología puede recalentarlo. Este método no controla la velocidad del motor, por lo que el tiempo de desaceleración depende de la carga, las pérdidas y la inercia. Por consiguiente, puede variar en distintas aplicaciones.
Frenado Combinado o Compound Braking
Está configurado mediante el parámetro P1236. Opera de forma similar a un frenado OFF1, pero en el caso de que exista una regeneración excesiva del motor hacia el variador, se inyectará un componente de corriente continua superpuesta a la salida del variador.
Es decir, el frenado normal por rampa de desaceleración (disminución progresiva de frecuencia de salida) es combinado con una inyección de corriente continua, lo que produce un par de frenado adicional.
Por lo tanto, la energía es disipada parcialmente en el motor y la velocidad es controlada. El frenado compuesto no funciona en control vectorial (P1300=20-23). La siguiente figura muestra cómo se combinan el frenado OFF1 y la inyección de CC.
Control de frenado Electromecánico
Los variadores MICROMASTER 440 incorporan una función que simplifica el control de un freno electromecánico externo. Los parámetros P1215/1217 permiten configurar las salidas a relé para controlar el freno externo, que funciona en conjunto con OFF1.
Frenado Dinámico (o resistivo)
Cuando se utiliza frenado OFF1 y se produce una regeneración excesiva hacia el convertidor, esta energía puede ser disipada en una resistencia de frenado controlada por un transistor o chopper de freno.
En MICROMASTER 440 hasta el tamaño F (75kW), ese chopper está incorporado en el variador, y sólo requiere una resistencia de frenado externa. La correcta selección de esta resistencia es vital para proteger el transistor (chopper) y alcanzar los tiempos de frenado deseados.
El frenado dinámico se habilita utilizando el parámetro P1237. Además, se puede seleccionar el ciclo de trabajo del transistor de frenado para limitar la disipación de la resistencia, y así protegerla. Como estándar, estas resistencias tienen un ciclo de trabajo del 5%. Para aplicaciones que requieran ciclos de trabajo superiores al 5%, se deben seleccionar resistencias especiales.
Algunas resistencias de frenado incorporan interruptores térmicos para protección, que se pueden conectar a entradas digitales para ser usadas como alarmas. Cuando se utiliza el frenado dinámico, se recomienda deshabilitar el controlador de Vdcmax seteando P1240 = 0.
(P2172, P731=53.7/8) Duty Cycle de la resistencia de Frenado:
A veces, el cálculo del ciclo de trabajo causa confusión. Por ejemplo, para un ciclo del 5%, el variador asume que la resistencia puede disipar máxima potencia por 12 segundos, y luego requerirá 228 segundos para enfriarse y volver a su estado inicial. Si el tiempo de trabajo es menor a 12 segundos, o la potencia menor al 100%, entonces un segundo o tercer evento de frenado puede tener lugar durante los 240 segundos del ciclo total. Por lo tanto, el convertidor calcula el i2t de la resistencia para no sobre-exigirla.
Para porcentajes de ciclo de trabajo mayores al 5% (P1237 >=2) es posible disipar energía durante tiempos más prolongados.
Es difícil calcular exactamente que pasará cuando, por ejemplo, el convertidor frena a la mitad de la potencia nominal por 5 segundos cada 1 minuto. En ese caso, es conveniente seleccionar una resistencia de mayor potencia a la teórica y seleccionar un valor mayor para el ciclo de trabajo en P1237.
Ejemplo: variador de 7,5kW, frenado a 50% de potencia, 5 veces en 60 segundos 2 segundos. 10 segundos en 60 es equivalente a 40 en 240; y a mitad de potencia es equivalente a 20/240 = 8%. (624W). Conviene utilizar una resistencia de 750W con ciclo de trabajo 10%, y P1237 = 2 (10%).
Precauciones y sobrecargas en el frenado Resistivo
Una vez que el convertidor calcula que la resistencia ha disipado la energía permitida por su ciclo de trabajo, el convertidor limitará la disipación al valor programado en P1237. Por ejemplo, con P1237= 1 (5% duty cycle) luego de 12 segundos al 100% de carga, la potencia enviada a la resistencia será entonces reducida al 5%, según la limitación del ciclo de trabajo.
Si la potencia a disipar fuera del 50% de la nominal, la limitación al 5% ocurrirá luego de 24 seg. Un mensaje de aviso A0535 indicará cuando la potencia alcance el 95% por 10 seg (o 42% por 20seg), antes de que actúe la limitación del ciclo de trabajo.
Bajo condiciones de frenado continuo de alta potencia, si P1237 es seteado en valores bajos, pueden aparecer mensajes de alarma y limitar la capacidad de frenado. Si la condición del frenado continúa, el variador puede presentar una falla y salir de servicio, perdiendo la posibilidad de frenar la carga. En este caso, es importante seleccionar el valor de potencia correcto para la resistencia o asegurar que la señal de alarma accione un freno de seguridad mecánico.
Alternativamente, gracias a la tecnología BiCo de MICROMASTER, es posible configurar un nivel de tensión ajustable (mayor a la tensión normal de operación del “chopper” de freno y menor al nivel máximo de alarma) para operar un relé del freno de seguridad (P2172, P731=53.7/8).
El frenado dinámico es eficaz para detener cargas de elevada inercia, pero se debe tener en cuenta que el valor máximo de la potencia de frenado está limitado al 100% del valor de potencia nominal del convertidor.
Por último, cabe destacar que la energía cinética acumulada, debido a la inercia del motor y la carga, debe ser disipada durante el frenado. Esta es enviada desde el motor, que actúa como generador, hacia el convertidor, mientras reduce su frecuencia (velocidad) de salida.
Por su parte, un convertidor de frecuencia no debe ser usado como un mecanismo de parada de emergencia (EN 60204 9.2.5.4)
Contacto
ariel.maranzana@siemens.com
Noticiero
de Automatización
El Conicet celebró en el fastuoso auditorio de la Facultad de Derecho de la Universidad de Buenos Aires, sus primeros 50 años de vida. Durante la ceremonia, sólo salpicada de vez en cuando por silbidos de un grupo de autodenominados "jóvenes científicos precarizados", se despidió el doctor Eduardo Charreau, que ejerció la presidencia seis años, y se presentó la nueva presidenta, la doctora en física Marta Rovira.