Le fournisseur du système de freinage du convertisseur de fréquence rappelle que, dans un système de régulation de vitesse par convertisseur de fréquence, la méthode de base de réduction de vitesse consiste à diminuer progressivement la fréquence. Lorsque l'inertie du système de freinage est importante, la diminution de la vitesse du moteur ne compense pas celle du moteur synchrone ; autrement dit, la vitesse réelle du moteur est supérieure à sa vitesse synchrone. Dans ce cas, le sens des lignes de champ magnétique coupées par l'enroulement rotorique du moteur est exactement opposé à celui du fonctionnement à vitesse constante. Le sens de la force électromotrice induite et du courant dans l'enroulement rotorique est également opposé au sens de rotation du moteur, ce qui génère un couple négatif. Le moteur se comporte alors comme une génératrice et le système fonctionne par freinage régénératif. L'énergie cinétique du système de freinage est réinjectée dans le bus CC du convertisseur de fréquence, provoquant une augmentation continue de la tension sur ce bus, pouvant atteindre un niveau dangereux (risque d'endommager le convertisseur de fréquence).
Principe de fonctionnement de l'unité de freinage
Le dispositif de freinage est composé d'un transistor GTR de puissance et de son circuit de commande. Il a pour fonction d'ajouter un système de freinage externe afin d'accélérer la dissipation de l'énergie électrique régénérée lorsque le condensateur de la liaison de courant de décharge ne peut pas stocker l'énergie dans la plage de tension spécifiée ou lorsque la résistance de freinage interne ne peut pas la dissiper à temps, ce qui entraîne une surtension dans la partie CC.
Dans certaines applications, une décélération rapide est nécessaire. Selon le principe des moteurs asynchrones, plus le glissement est important, plus le couple est élevé. De même, le couple de freinage augmente avec le taux de décélération, réduisant considérablement le temps de décélération du système, accélérant la récupération d'énergie et provoquant une montée rapide de la tension du bus CC. Par conséquent, l'énergie récupérée doit être rapidement dissipée afin de maintenir la tension du bus CC en dessous d'un seuil de sécurité. La fonction principale du système de freinage est de dissiper rapidement l'énergie (convertie en énergie thermique par la résistance de freinage). Il compense efficacement les inconvénients liés à la faible vitesse de freinage et au faible couple de freinage (≤ 20 % du couple nominal) des convertisseurs de fréquence classiques, et est particulièrement adapté aux situations nécessitant un freinage rapide à basse fréquence.
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.
Fonctionnement de l'unité de freinage
1. 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 triphasée alternative ainsi générée est redressée par un pont de redressement triphasé entièrement commandé, composé de six unités de rétroaction d'énergie spécifiques à l'onduleur et de diodes de roue libre, dans la section onduleur de ce dernier. Ce pont augmente continuellement la tension du bus continu à l'intérieur de l'onduleur.
2. Lorsque la tension continue atteint une certaine tension (la tension de démarrage de l'unité de freinage), le tube de l'interrupteur de puissance de l'unité de freinage s'ouvre et le courant circule à travers la résistance de freinage.
3. 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.
4. Lorsque la tension du bus CC chute à un certain seuil (tension d'arrêt du dispositif de freinage), 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.
5. Lorsque la tension du bus CC remonte pour activer l'unité de freinage, celle-ci répétera le processus ci-dessus pour équilibrer la tension du bus et assurer le fonctionnement normal du système.