Résistance freinage variateur

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Un casse tête en général
Dimensionnement, Réalisation pratique
Ce document a été rédigé suite à plusieurs interrogations y afférent :
Quelle valeur ?, quelle puissance ? , où en trouver ? , ….
Il commence par démystifier cette résistance, en la plaçant dans son contexte, afin d’en comprendre
son rôle. Ce document reste volontairement d’un accès facile pour le lecteur.
Ensuite, il est proposé une méthode de dimensionnement,
C’est à dire d’un choix de valeur ohmique et de puissance cohérente avec le variateur.
Il est mentionné à titre informatif deux exemples de calcul de la puissance à absorber en fonction de
critères mécaniques (encore faut-il les connaître, comme par exemple l’inertie) .et de la périodicité des
besoins (Arrêt par exemple).
Ces calculs ne seront exécutés que dans des cas très particuliers.
Enfin, deux cas seront traités à titre d’exemple :
- un variateur 230 Volts 2,2 KW à usage personnel sur pour une petite machine.
- Un variateur 380 Volts 15 KW à usage professionnel.
Et pour terminer, une façon ultra rapide de définir valeur et puissance d’une résistance de freinage pour
un variateur donné, ou tout (simplement que la valeur que l’on va installer est cohérente avec ce variateur).
==
Mais ne pas oublier que si l’on veut installer une résistance de freinage, il faut s’assurer que les
paramètres de configuration du variateur sont cohérents avec sa présence. (Voir sa notice).
Nota important : Ne pas confondre cette résistance de freinage, solution conventionnelle utilisée en général
sur les variateurs, avec le freinage par injection d’une tension continue, qui nécessite lui aussi une
résistance

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Table des matières
1 - RAPPEL DU PRINCIPE DU VARIATEUR ...........................................................3
2 - CIRCUIT DE FREINAGE..............................................................................................4
3 - COMMENT DIMENSIONNER CETTE RESISTANCE......................................5
3.1 SA VALEUR MINIMUM .............................................................................................................5
3.2 SA TENSION DE SERVICE..........................................................................................................5
3.3 SON COURANT MAXIMUM........................................................................................................5
3.4 SA PUISSANCE NOMINALE ( AVEC R MINI )...............................................................................5
4 - EXEMPLE DE CALCUL D’UNE PUISSANCE DE FREINAGE......................6
5 – AUTRE EXEMPLE DE CALCUL DE PUISSANCE DE FREINAGE.............7
6 – APPLICATION A UN PETIT VARIATEUR 230 VOLTS, 2 KW....................8
6.1 CARACTERISTIQUES DU VARIATEUR ........................................................................................8
6.2 DIMENSIONNEMENT RAPIDE DE LA RESISTANCE (CF $ 3)...........................................................8
7 – APPLICATION A UN VARIATEUR INDUSTRIEL 400 VOLTS, 15 KW ....9
7.1 CARACTERISTIQUES DU VARIATEUR ........................................................................................9
7.2 DIMENSIONNEMENT RAPIDE DE LA RESISTANCE (CF $ 3)...........................................................9
7.4 RESISTANCE EXPERIMENTALE...................................................................................10
7.3 RESISTANCE INDUSTRIELLE........................................................................................10
8 – UN DIMENSIONNEMENT GENERIQUE ULTRA RAPIDE..........................11
8.1 APPLICATION AU VARIATEUR MONO 230 V DE 2,2 KW..........................................................11
8.2 APPLICATION AU VARIATEUR TRI 400 V DE 15 KW................................................................11
9 - CONCLUSION .................................................................................................................11

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1 - RAPPEL DU PRINCIPE DU VARIATEUR
Le secteur d’alimentation est en général le réseau électrique ERDF.
L’alimentation est en général triphasé (facilité de redressement et filtrage en HEXAPHASE, mais réalisable
en monophasé pour de petits puissances, quelques KW maximum).
Principe (voir schémas ci-dessous) :
Après redressement et filtrage, on obtient une tension continue.
Puis un onduleur, avec 3 ponts permet de générer 3 tensions décalées de 120° , ( réseau TRIPHASE).
Il faut piloter les commandes de pont (signaux rectangulaires) :
- d’une part périodiquement (ce qui va déterminer la fréquence de la tension de sortie),
- d’autres parts en largeur (du signal rectangulaire), ce qui va définir la tension de sortie.
Une électronique de commande va générer ces 2 paramètres (fréquence, largeur) de façon à essayer de
maintenir le rapport U/F (tension de sortie / Fréquence) constant.
Cette électronique réagit suivant la « valeur de consigne » de l’opérateur, ce qui permet d’alimenter
directement un moteur et d’obtenir une vitesse variable.
ATTENTION :
La tension de sortie maximum (vitesse nominale du moteur) est celle de l’entrée
Donc, par exemple si l’alim est en 230V monophasé, il faut un moteur en 230V TRIPHASE.
La forme d’onde de sortie n’est pas sinusoïdale, mais elle convient très bien pour un moteur électrique.
La tension de sortie évolue à U/F constant, condition optimum pour alimenter un moteur électrique, cela a
pour conséquence que le moteur va travailler à couple max constant, et donc que sa puissance utile sera
fonction de sa vitesse (puissance moitie à vitesse moitié).
Alimentation
MONO
Ou
TRIPHASEE
INCONVENIENT :
Si le moteur peut être entraîné, par exemple un palan, une grue, le moteur peut fonctionner en génératrice
asynchrone , mais comme l’énergie produite ne peut pas être absorbée (car pas de possibilité de réinjecter sur
le réseau), il va s’emballer  DANGER.
Redresseur (les diodes) et
Filtrage (L et C) ONDULEUR

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2 - CIRCUIT DE FREINAGE
On voit que si le moteur à de l’inertie, et que la baisse de vitesse imposée est plus rapide que sa
baisse naturelle (perte de vitesse par frottement par exemple), il va y avoir problème, car le moteur
va se comporter comme une génératrice asynchrone, et va fournir tension et Très souvent
l’électronique de commande est intégrée de base au variateur.
Par contre la RESISTANCE de FREINAGE est toujours externe.
Lorsque l’on veut arrêter le moteur, le variateur génère une rampe de décélération durant laquelle il réduit
linéairement la fréquence (de 50Hz à 0) en conservant le rapport U/F constant.
L’énergie électrique alors produite par le moteur va au variateur..Et cette énergie ne peut s’échapper, car elle
n’est absorbée par personne, et ne peut pas remonter vers le réseau … d’où une tension et une fréquence
anormale imposée par la machine au variateur. Cette énergie sera redressée par les diodes de « roue libre »
de l’onduleur qui joue alors le rôle de pont redresseur, et l’énergie apparaît sur le réseau DC interne.
Pour remédier à cela, un circuit dit de « de freinage » est intégré à l’électronique, branché sur le réseau DC
interne. Un commutateur de puissance, commandé lors de la rampe de décélération va lors permettre
d’écouler cette énergie sur une résistante externe : La résistance de freinage ».
Résistance
de freinage

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3 - COMMENT DIMENSIONNER CETTE RESISTANCE
3.1 Sa valeur minimum
Elle est toujours donnée par le constructeur du variateur, car elle correspond à la valeur maxi du courant
supporté par le variateur (commutateur statique de cette résistance, diodes de roue-libre, ..)
Ne JAMAIS ALLER AU-DESSOUS.
3.2 Sa tension de service
Cette résistance étant raccordée au réseau DC issu du secteur d’alimentation, on aura ;
- pour du 230 V monophasé ou triphasé: U = 230 x Racine2
- pour du 400 volts triphasé : U = 400 x Racine 2
( Il a été assimilé la tension continue à la tension crête du fait de la présence d’une forte capacité.
En fait, la tension efficace DC est légèrement inférieure 1,35 au lieu de 1,414 , donc un léger
dimensionnement par excès, mais tout à fait admissible pour un dimensionnement.
Donc, elle devra supporter cette tension (en instantané) entre ses bornes, et par rapport à sa masse.
3.3 Son courant maximum
Il se déduit directement des deux caractéristiques précédentes.
I = U/R
Une autre façon d’approcher ce courant est de considérer que le variateur a été conçu de façon équilibrée
pour usage générique, et ce courant doit être assez voisin du courant maxi de sortie donné par le
constructeur.
Ce courant permet d’apprécier également la section des fils à utiliser pour le raccordement de la résistance au
variateur.
3.4 Sa puissance nominale (avec R mini)
C’est le terme le plus difficile à calculer, bien que l’on puisse déterminer l’énergie à évacuer, soit en fonction
de la vitesse, de l’inertie de la machine, et du nombre d’arrêts par heure, dans le cas d’un simple moteur à
inertie, soit en y rajoutant un couple moteur (cas d’une grue par exemple si la charge peut entraîner le
moteur …).
A titre d’exemple en $4, une méthode de calcul extraite de la documentation d’un variateur industrie.
¨Personnellement, dans le cas d’un moteur de machine outil, avec au maximum un arrêt toute les minutes,
j’opère de la sorte :
a) Supposons qu’il faille arrêter une machine d’inertie excessivement grande (infinie..), donc de toutes
façons avec un temps d’arrêt très grand. 1 heure par exemple …
La résistance va recevoir la TENSION MAXIMUM produite par la génératrice asynchrone, et sous le
courant maximum. d’où P MAX
Nota :On peut remarquer que cette puissance est voisine de celle du variateur.
b) Une puissance de résistance de l’ordre du 1/20 de cette P MAX MAX est satisfaisante pour les besoins
d’un usage courant d’une machine outil commandée par l’homme.
Ce choix tient compte du fait que
- l’énergie thermique va s’évacuer lentement durant les grandes périodes de non sollicitation,
- que la P MAX MAX correspond au moment où le moteur est en pleine vitesse, mais que sa vitesse,
donc sa tension, donc l’énergie restituée vont s’écrouler très vite ..
MAIS ATTENTION, il faudra veiller à ce que l’énergie thermique puisse s’évacuer ….