Si está trabajando con un VFD de 380 V, en algún momento probablemente se haya preguntado: "¿Necesito siquiera una resistencia de frenado y, si la necesito, cómo elijo la correcta?" Dejemos de lado la jerga aquí: esto no es un análisis profundo de un libro de texto, son las cosas de las que realmente hablamos en el taller cuando los clientes nos llaman presa del pánico por fallas de sobretensión. Como proveedor de VFD, vemos este error todo el tiempo: la gente toma cualquier resistencia vieja de un estante y se pregunta por qué su variador se dispara 10 minutos después de un ciclo de carga pesada.
Primero, aclaremos lo básico: ¿por qué un VFD de 380 V necesita una resistencia de frenado en primer lugar? Cuando un VFD desacelera un motor, especialmente algo con mucha inercia (como un transportador, un elevador o un ventilador que gira a máxima velocidad), el motor actúa como un generador. Devuelve esa energía adicional al bus de CC del VFD. Si esa energía no puede ir a ninguna parte, el voltaje del bus de CC aumenta. Para un sistema de 380 V, el voltaje nominal del bus de CC es de alrededor de 540 V (dado que 380 V x √2 es ~537 V, redondeamos a 540). La mayoría de los VFD se activan alrededor de 680 V para los modelos de 380 V, y ese pico es exactamente lo que desencadena la falla. Una resistencia de frenado es la válvula de seguridad: disipa el exceso de energía en forma de calor, manteniendo el bus de CC en un rango seguro.
Ahora, antes de pasar a los cálculos, aclaremos un mito común: no se necesita una resistencia de frenado para cada VFD. Si su carga es liviana o está desacelerando de manera muy gradual (por ejemplo, un ventilador que se desacelera durante 30 segundos), la propia unidad de frenado interna del VFD podría manejarlo. Pero si estás haciendo desaceleraciones rápidas, levantando cargas pesadas (donde la gravedad tira del motor, por lo que genera energía todo el tiempo) o cargas de alta inercia, una resistencia no es negociable. Esto lo vemos todo el tiempo con nuestro variador de frecuencia trifásico, que se utiliza en todo, desde líneas de embalaje hasta manipulación de materiales: los clientes a menudo se saltan la resistencia y terminan con un tiempo de inactividad que podría haberse evitado.
Bien, entonces sabes que necesitas una resistencia. Ahora bien, ¿cómo eliges el correcto? Analicemos esto paso a paso, no hay fórmulas sofisticadas que tengas que memorizar.
Primer paso: determine la potencia nominal de su VFD y el motor con el que está emparejado. Esto no es negociable. Si tiene un motor de 5 hp, probablemente esté buscando una entrada monofásica VFD de 5 hp para configuraciones pequeñas o un variador inversor de 7,5 Kw para aplicaciones más pesadas de 380 V. Espere, no: la energía se transfiere a través del voltaje, así que asegúrese de hacer coincidir la potencia nominal del VFD con el motor, no solo los caballos de fuerza. Por ejemplo, un motor de 7,5 kW consume una cantidad específica de corriente y su VFD está diseñado para manejar eso. Lo último que desea es una resistencia que sea demasiado pequeña, que se sobrecaliente y se queme a mitad del ciclo.
A continuación, calcule la energía máxima de frenado que necesita disipar. Aquí es donde la mayoría de la gente se equivoca, porque simplemente toman una resistencia con la misma potencia que su VFD. Equivocado. La energía que la resistencia tiene que manejar se basa en cuánta inercia estás deteniendo y qué tan rápido la estás deteniendo. Mantengamos esto simple: aquí hay una fórmula aproximada que usamos con los clientes. Primero, obtenga la inercia de su carga (GD² en sistema métrico o WR² en sistema imperial; la mayoría de las especificaciones del motor incluirán esto) y la velocidad a partir de la cual está desacelerando. La energía de frenado es aproximadamente 0,5 x J x (ω1² – ω2²), donde J es la inercia y ω es la velocidad angular. Pero si no quiere hacer cálculos, use una regla general en nuestro taller: para desaceleraciones rápidas (menos de 10 segundos para una carga pesada), use una resistencia nominal para al menos el 50 % de la potencia de salida de su VFD. Para desaceleraciones lentas (10 a 30 segundos), el 25% es suficiente, y si te estás deteniendo (sin desaceleración intencional), es posible que ni siquiera necesites una desaceleración grande.
Espera, probémoslo con un ejemplo. Supongamos que tiene un variador VFD de 100 Hp ejecutando un transportador que pesa 5000 libras y necesita reducir la velocidad de 60 Hz a 0 Hz en 5 segundos. Se trata de una desaceleración rápida y de alta inercia, por lo que necesita una resistencia nominal para ~50% de 100 hp, que son 50 hp. Convierta eso a kilovatios si lo prefiere: 50 hp equivalen a ~37 kW, por lo que una resistencia de frenado de 37 kW. Si usaras una resistencia de 10 hp aquí, se sobrecalentaría en 2 minutos, no es broma. Hemos tenido clientes que acudieron a nosotros con ese mismo problema: abarataron la resistencia y ahora su línea estuvo fuera de servicio por un día.
Segundo parámetro clave: valor de resistencia. Esto es tan importante como el poder. Si la resistencia es demasiado baja, la resistencia consumirá demasiada corriente del bus de CC, lo que puede dañar el transistor de frenado interno del VFD (esa es la parte que enciende y apaga la resistencia). Si es demasiado alto, no disipará suficiente energía y aún así se producirán fallas de sobretensión. Entonces, ¿cómo se encuentra la resistencia adecuada? Nuevamente, no te obligamos a hacer matemáticas locas. La fórmula es: R = (Vdc_max – Vdc_nominal) x 1,4 / Ib_max. Espere, traduzcamos eso: Vdc_max es el voltaje de disparo de su VFD (para variadores de 380 V, eso es 680 V), Vdc_nominal es el voltaje normal del bus de CC (~540 V) e Ib_max es la corriente de frenado máxima que puede manejar la unidad de frenado de su VFD. La mayoría de las especificaciones de VFD enumeran este Ib_max directamente en el manual; por ejemplo, nuestro variador inversor de 7,5 kW tiene una corriente de frenado máxima de 15 A. Conectemos eso: R = (680 – 540) x 1,4 /15 = (140) x1,4 /15 = ~13 ohmios. Esa es tu resistencia objetivo. Si no puede encontrar una resistencia exacta de 13 ohmios, acérquese lo más posible; 12 o 15 ohmios está bien, pero no baje ni suba mucho.
Tercera cosa a verificar: ciclo de trabajo. El ciclo de trabajo es la frecuencia con la que realmente funciona la resistencia de frenado. Si solo desacelera una vez por hora, ese es un ciclo de trabajo bajo, por lo que puede obtener una resistencia de aluminio que sea más barata. Pero si su proceso realiza ciclos cada minuto, como un ascensor que sube y baja 10 veces por hora, o una máquina empacadora que se detiene y arranca constantemente, necesita una resistencia clasificada para un ciclo de trabajo alto, generalmente una unidad enfriada por agua o por ventilador. Lo último que desea es una resistencia que solo funcione durante unos pocos ciclos antes de sobrecalentarse y quemar su fusible térmico.
Espera, relacionemos esto con productos reales. Si está utilizando nuestro variador de frecuencia variable trifásico, que tiene una potencia nominal de 380 V, generalmente recomendamos igualar la potencia nominal de la resistencia al 40-60 % de la potencia del VFD, dependiendo de su carga. Por ejemplo, un VFD de 7,5 kW podría emparejarse con una resistencia de frenado de 3,7 kW. Pero si su carga es de inercia muy alta, aumente esa potencia hasta 5 kW. Para nuestro variador VFD de 100 Hp, es un motor grande, por lo que casi siempre sugerimos una resistencia de frenado de 50 kW para desaceleraciones rápidas. También vendemos VFD 220v trifásico para configuraciones de voltaje más bajo, pero el cálculo de la resistencia es similar: simplemente ajuste el voltaje del bus de CC para 220 V, que es ~310 V nominal, dispare a ~400 V.
Errores comunes que vemos todo el tiempo: primero, la gente mezcla resistencias monofásicas y trifásicas. Si tiene un VFD trifásico, necesitará una resistencia de frenado trifásica (o tres resistencias monofásicas conectadas en paralelo). Si utiliza una resistencia monofásica en un bus trifásico, no disipará la energía de manera uniforme, lo que provocará un sobrecalentamiento. En segundo lugar, ignoran la temperatura ambiente. Si su panel está en un ambiente caluroso (como una panadería o una fábrica sin aire acondicionado), necesita reducir la potencia de la resistencia entre un 10 y un 20 %; el calor hace que las resistencias sean menos eficientes, por lo que una resistencia de 5 kW en un panel de 100 °F podría tener solo 4 kW de efectividad. En tercer lugar, se olvidan del montaje de la resistencia. Las resistencias de frenado se calientan, como mucho, hasta 300 °C en algunos casos. Si lo monta cerca de piezas de plástico u otros dispositivos electrónicos, existe riesgo de incendio. Asegúrese de que esté montado en un panel metálico con buen flujo de aire o en su propio recinto.
Veamos un ejemplo rápido para concretar esto. Suponga que utiliza un motor de 380 V y 5 hp que alimenta un transportador pequeño y necesita desacelerarlo en 8 segundos (desaceleración moderada, no súper rápida). ¿Tiene una entrada monofásica VFD de 5 hp? Espera, no, espera, ¿entrada monofásica de 5 hp para 380 V? Espera, no, corrijamos eso: la Entrada Monofásica VFD de 5hp es para entrada monofásica de 220V a salida trifásica de 220V. Para 380 V, usaría nuestro variador de frecuencia variable trifásico, que es una entrada trifásica de 380 V. Digamos que es un VFD de 3,7 kW (aproximadamente 5 hp). Desaceleración moderada, por lo que el ciclo de trabajo es bajo: se desacelera una vez cada 5 minutos. La energía de frenado necesaria es ~25% de la potencia del VFD, es decir ~0,9kW. La corriente máxima de frenado para este VFD es 10A. Calcule la resistencia: R = (680 – 540) x1,4 /10 = ~19,6 ohmios. Por lo tanto, elegiría una resistencia de frenado de 1 kW y 20 ohmios, clasificada para un ciclo de trabajo bajo y montada con un buen flujo de aire. Eso es todo: sin fallas por sobretensión ni tiempo de inactividad.
Ahora bien, ¿qué pasa si todavía no estás seguro? Por eso estamos aquí. Muchos clientes intentan calcular esto por su cuenta y terminan adivinando, lo que genera problemas. Llevamos años vendiendo VFD y resistencias compatibles, por lo que podemos ayudarle a eliminar las conjeturas. No es necesario estropear los cálculos ni comprar la pieza equivocada. Ya sea que esté trabajando con nuestro variador inversor de 7,5 Kw, una unidad más pequeña de 5 hp o un variador VFD grande de 100 Hp, podemos guiarlo a través de las especificaciones exactas que necesita para su resistencia de frenado.
Espera, un último consejo: comprueba siempre la tensión nominal de la resistencia. Para sistemas de 380 V, la resistencia de frenado debe manejar hasta 680 V en su terminal de bus de CC. Si obtiene una resistencia nominal de solo 500 V, se romperá la primera vez que experimente un pico de voltaje. Ese es otro error común: la gente mira los 380 V nominales y obtiene una resistencia nominal para 380 V, no el voltaje máximo de CC. Asegúrese de que tenga una potencia nominal de al menos 700 V CC para que sea seguro.
Terminemos con esto. Seleccionar una resistencia de frenado para un VFD de 380 V no tiene por qué ser complicado. Comience por confirmar que necesita uno (desaceleraciones rápidas, alta inercia, cargas pesadas = sí), haga coincidir su potencia nominal con su velocidad de desaceleración e inercia, obtenga el valor de resistencia correcto de la hoja de especificaciones de su VFD, verifique el ciclo de trabajo y la temperatura ambiente, y nunca omita la clasificación de voltaje. Si todavía no está seguro de algún aspecto de esto, ya sea que esté dimensionandolo para nuestro variador de frecuencia trifásico, la entrada monofásica VFD de 5 hp o cualquiera de nuestros otros modelos, simplemente comuníquese con nosotros. Podemos ayudarle a elegir la resistencia perfecta para que su VFD funcione sin problemas, sin fallas ni tiempo de inactividad. No se arriesgue a cerrar su operación debido a una resistencia incorrecta; eliminemos las conjeturas.
Referencias
- Siemens Industry, “Selección de resistencias de frenado para variadores de frecuencia”, Biblioteca de automatización, 2022.
- Allen-Bradley, “Guía de aplicación de VFD de 380 V”, Documentación técnica de Rockwell Automation, 2021.
- Mantenimiento de construcciones eléctricas, “Evite errores comunes en las resistencias de frenado”, Revista ECM, junio de 2023.
- Baldor Electric Company, “Cálculos de energía de frenado y inercia para VFD”, Boletín técnico de motores y variadores, 2020.