Ceux qui connaissent les convertisseurs de fréquence pour grues savent que les résistances de freinage sont omniprésentes. On les appelle aussi résistances de freinage. Pourquoi ? Quel est leur rôle précis dans le système électrique d'une grue ? Certaines grues sont également équipées d'un dispositif appelé hacheur de freinage. De quoi s'agit-il ? Quel est son lien avec les résistances de freinage ? Nous allons aujourd'hui examiner en détail les fonctions et le principe de fonctionnement des résistances et hacheurs de freinage.
Équipement de freinage à convertisseur de fréquence pour grue
La résistance de freinage, en un mot, sert à « chauffer ». Autrement dit, elle convertit l'énergie électrique en énergie thermique et la dissipe.
Il existe de nombreux types de résistances de freinage, notamment les résistances à tôle ondulée, celles à enveloppe en aluminium et celles en acier inoxydable. Le choix du modèle dépend de l'environnement de travail. Chaque type présente ses propres avantages et inconvénients.
On peut résumer sa fonction en un seul mot : « interrupteur ». Il s’agit en fait d’un interrupteur plus sophistiqué. Contrairement aux interrupteurs ordinaires, il intègre un transistor GTR de puissance. Il peut supporter un courant important et s’activer et se désactiver à haute fréquence, avec un temps de fonctionnement de l’ordre de la milliseconde.
Après avoir acquis une compréhension générale de la résistance de freinage et de l'unité de freinage, examinons maintenant leur schéma de câblage avec le convertisseur de fréquence.
Équipement de freinage à convertisseur de fréquence pour grue
Généralement, les onduleurs de faible puissance intègrent l'unité de freinage, ce qui permet de connecter directement la résistance de freinage aux bornes de l'onduleur.
Commençons par comprendre deux points essentiels.
Premièrement, la tension nominale du bus du convertisseur de fréquence est d'environ 540 V CC (modèle 380 V CA). Lorsque le moteur fonctionne en mode générateur, la tension du bus dépasse 540 V, avec une valeur maximale admissible de 700 à 800 V. Un dépassement prolongé ou fréquent de cette valeur maximale peut endommager le convertisseur de fréquence. C'est pourquoi des dispositifs de freinage et des résistances de freinage sont utilisés pour limiter la consommation d'énergie et éviter les surtensions.
Deuxièmement, il existe deux situations dans lesquelles le moteur peut passer d'un état électrique à un état générateur :
A. Décélération rapide ou temps de décélération trop court pour les charges à forte inertie.
B. Toujours en mode de production d'énergie lorsque la charge est levée et abaissée.
Pour le mécanisme de levage d'une grue, cela correspond au moment où la décélération lors de la montée et de la descente s'arrête, et au moment où le moteur est en phase de production d'énergie lors de la descente d'une charge lourde. Vous pouvez vous faire votre propre idée du mécanisme de translation.
Processus de fonctionnement de l'unité de freinage :
a) Lorsque le moteur électrique décélère sous l'effet d'une force extérieure, il fonctionne en mode générateur, produisant de l'énergie régénérative. La force électromotrice alternative triphasée ainsi générée est redressée par un pont de redressement triphasé entièrement commandé, composé de six diodes de roue libre, dans la section onduleur du convertisseur de fréquence. Ce pont augmente continuellement la tension du bus continu à l'intérieur du convertisseur.
b) Lorsque la tension continue atteint une certaine tension (la tension de démarrage de l'unité de freinage, par exemple 690 V CC), le tube de l'interrupteur d'alimentation de l'unité de freinage s'ouvre et le courant circule vers la résistance de freinage.
c) La résistance de freinage libère de la chaleur, absorbe l'énergie régénérative, réduit la vitesse du moteur et abaisse la tension du bus CC du convertisseur de fréquence.
d) Lorsque la tension du bus CC chute à un certain seuil (par exemple, la tension d'arrêt du dispositif de freinage à 690 V CC), le transistor de puissance du dispositif de freinage se désactive. À ce moment-là, aucun courant de freinage ne circule dans la résistance, et celle-ci dissipe naturellement de la chaleur, réduisant ainsi sa température.
e) Lorsque la tension du bus CC remonte pour activer l'unité de freinage, celle-ci répétera le processus ci-dessus afin d'équilibrer la tension du bus et d'assurer le fonctionnement normal du système.
Du fait du fonctionnement de courte durée de l'unité de freinage, c'est-à-dire de la très courte durée de mise sous tension à chaque cycle, l'élévation de température pendant la mise sous tension est loin d'être stable. L'intervalle entre chaque mise sous tension est plus long, ce qui permet à la température de redescendre suffisamment pour atteindre le niveau de la température ambiante. Par conséquent, la puissance nominale de la résistance de freinage est considérablement réduite, et le prix en découle. De plus, la présence d'un seul IGBT avec un temps de freinage de l'ordre de la milliseconde impose de faibles performances transitoires lors de l'activation et de la désactivation du transistor de puissance, et même un temps de désactivation aussi court que possible afin de réduire la tension d'impulsion à la désactivation et de protéger le transistor. Le mécanisme de commande est relativement simple et facile à mettre en œuvre. Grâce à ces avantages, ce système est largement utilisé dans les charges à potentiel énergétique tel que les grues et dans les situations nécessitant un freinage rapide et de courte durée.