O fornecedor da unidade de frenagem do conversor de frequência lembra que o conversor de frequência é equipado com um resistor dinâmico, cuja função principal é dissipar parte da energia do capacitor do barramento CC através desse resistor, evitando assim a sobretensão do capacitor. Em teoria, se um capacitor armazena muita energia, ela pode ser liberada para acionar um motor, evitando o desperdício de energia. No entanto, a capacidade de um capacitor é limitada, assim como sua tensão suportável. Quando a tensão no capacitor do barramento atinge um determinado nível, pode danificar o capacitor e até mesmo o IGBT. Portanto, é necessário liberar a energia através do resistor de frenagem em tempo hábil. Essa liberação, embora demorada, é uma solução inevitável.
O capacitor de barramento é uma zona de amortecimento que pode armazenar uma quantidade limitada de energia.
Após a retificação da energia CA trifásica e sua conexão aos capacitores, a tensão normal da barra durante a operação em plena carga é de aproximadamente 1,35 vezes, ou seja, 380 * 1,35 = 513 volts. Essa tensão naturalmente flutuará em tempo real, mas o mínimo não pode ser inferior a 480 volts, caso contrário, acionará o alarme de subtensão. Os capacitores da barra geralmente são compostos por dois conjuntos de capacitores eletrolíticos de 450 V conectados em série, com uma tensão teórica suportável de 900 V. Se a tensão da barra exceder esse valor, o capacitor explodirá, portanto, a tensão da barra não pode atingir 900 V em hipótese alguma.
Na verdade, a tensão suportável de um IGBT com entrada trifásica de 380 volts é de 1200 volts, o que geralmente exige operação em torno de 800 volts. Considerando que, se a tensão aumentar, haverá um problema de inércia, ou seja, se o resistor de frenagem for acionado imediatamente, a tensão do barramento não diminuirá rapidamente. Portanto, muitos conversores de frequência são projetados para iniciar a operação em torno de 700 volts por meio da unidade de frenagem, a fim de reduzir a tensão do barramento e evitar aumentos adicionais.
Portanto, o princípio fundamental do projeto de resistores de frenagem é considerar a resistência à tensão dos capacitores e dos módulos IGBT, a fim de evitar que esses dois componentes importantes sejam danificados pela alta tensão do barramento. Se esses dois tipos de componentes forem danificados, o conversor de frequência não funcionará corretamente.
Estacionar rapidamente exige um resistor de frenagem, e a aceleração instantânea também.
O aumento da tensão no barramento do conversor de frequência geralmente ocorre porque o conversor força o motor a operar em regime de frenagem eletrônica, permitindo que o IGBT execute uma determinada sequência de condução. Isso utiliza a alta corrente de indutância do motor, que não pode ser alterada repentinamente, gerando instantaneamente uma alta tensão para carregar o capacitor do barramento. Nesse momento, o motor desacelera rapidamente. Se o resistor de frenagem não dissipar a energia do barramento em tempo hábil, a tensão continuará a subir, representando um risco para a segurança do conversor de frequência.
Se a carga não for muito pesada e não houver necessidade de parada rápida, não há necessidade de usar um resistor de frenagem nessa situação. Mesmo que você instale um resistor de frenagem, a tensão limite de operação da unidade de frenagem não será atingida e o resistor de frenagem não entrará em funcionamento.
Além da necessidade de aumentar a resistência e a unidade de frenagem para frenagens rápidas em situações de desaceleração com carga pesada, na verdade, se atender aos requisitos de carga pesada e tempo de partida muito rápido, a unidade de frenagem e a resistência de frenagem também precisam ser coordenadas para a partida. No passado, tentei usar um conversor de frequência para acionar uma prensa de punção especial, e o tempo de aceleração do conversor de frequência foi projetado para ser de 0,1 segundos. Naquela época, ao iniciar com carga máxima, embora a carga não fosse muito pesada, como o tempo de aceleração era muito curto, a flutuação da tensão do barramento era muito severa, podendo ocorrer situações de sobretensão ou sobrecorrente. Posteriormente, uma unidade de frenagem externa e uma resistência de frenagem foram adicionadas, e o conversor de frequência passou a funcionar normalmente. Em análise, constatou-se que o problema era que o tempo de partida era muito curto e a tensão do capacitor do barramento se descarregava instantaneamente. O retificador carregava instantaneamente uma grande corrente, causando um aumento repentino na tensão do barramento. Isso resultava em severas flutuações de tensão no barramento, que podiam ultrapassar 700 volts em um instante. Com a adição de um resistor de frenagem, essa alta tensão flutuante pode ser eliminada em tempo hábil, permitindo que o conversor de frequência funcione normalmente.
Existe também uma situação especial no controle vetorial, onde as direções de torque e velocidade do motor são opostas, ou quando se opera em velocidade zero com 100% do torque de saída. Por exemplo, quando um guindaste solta um objeto pesado e para no ar, ou durante o rebobinamento, o controle de torque é necessário. O motor precisa operar em modo gerador, e a corrente contínua será recarregada no capacitor do barramento. Através do resistor de frenagem, essa energia pode ser consumida de forma oportuna para manter o equilíbrio e a estabilidade da tensão do barramento.
Muitos conversores de frequência de pequeno porte, como os de 3,7 kW, costumam ter unidades de frenagem e resistores de frenagem integrados, provavelmente devido à necessidade de reduzir o capacitor do barramento, enquanto resistores e unidades de frenagem de baixa potência não são tão caros.