Com a component bàsic de l'actuador en sistemes de control automatitzats, el rendiment de frenada dels servomotors afecta directament la precisió de posicionament i la fiabilitat de seguretat dels equips. Actualment, els mètodes de frenada principals dels servomotors inclouen el frenat dinàmic, el frenat regeneratiu i el frenat mecànic electromagnètic. Aquests mètodes presenten diferències significatives en els principis de frenada, els escenaris d'aplicació i les característiques tècniques, la qual cosa requereix una selecció específica basada en condicions de funcionament específiques.
I. Frenatge dinàmic: frenada de consum ràpid-energia de resposta-
El frenat dinàmic (DB) converteix l'energia cinètica de rotació en calor dissipada mitjançant un curt{0}}circuit dels bobinatges del motor o connectant-los a una resistència de frenada durant l'interrupció de l'alimentació. En detectar una ordre d'aturada, el servovariador interromp immediatament la font d'alimentació trifàsica mentre controla simultàniament el mòdul IGBT per formar un circuit tancat entre els bobinats del motor i la resistència de frenada. El motor continua girant per inèrcia. El corrent induït generat en tallar les línies del camp magnètic es dissipa com a calor de Joule a través de la resistència, creant un parell de frenada oposat a la direcció del motor. Les dades professionals indiquen que aquest mètode aconsegueix parells de frenada del 150% al 200% del parell nominal amb temps de resposta tan baixos com 10-50 mil·lisegons, el que el fa ideal per a escenaris d'aturada d'emergència.
Tanmateix, aquest enfocament de "calor-per-aturar" té clares limitacions. En primer lloc, el frenat d'alta potència-sostint provoca un augment ràpid de la temperatura de la resistència. Les dades de proves dels canals tecnològics mostren que cinc cicles consecutius de frenada a plena potència -poden empènyer la temperatura de la superfície de la resistència per sobre dels 200 graus, la qual cosa requereix un sistema de refrigeració per aire forçat. En segon lloc, la incapacitat per recuperar l'energia de frenada provoca malbaratament. En línies de producció amb arrencades i parades freqüents, els sistemes de frenada dinàmica poden consumir més del 15% de la potència total de la màquina. Per tant, aquesta solució és més adequada per a aplicacions de potència baixa o mitjana amb frenada intermitent, com ara el posicionament d'indexació en maquinària d'envasat o el control de moviment punt{13}}a{14}}punt a punt en braços robòtics.
II. Frenatge regeneratiu: la solució verda per a la retroalimentació energètica
La frenada regenerativa representa la direcció de desenvolupament dels sistemes de servo{0}}alta gamma, amb la seva tecnologia bàsica centrada en l'aplicació de convertidors PWM bidireccionals. Quan el motor funciona en mode generador, el variador detecta de manera intel·ligent les diferències de fase per rectificar l'EMF posterior en potència de CC. Aquesta energia es retorna al condensador del bus i, posteriorment, es retorna a la xarxa mitjançant un inversor-de connexió de xarxa. Els informes de proves de Mitsubishi Electric indiquen que en condicions d'obertura/tancament del motlle a les màquines d'emmotllament per injecció, la frenada regenerativa pot recuperar entre el 30% i el 45% de l'energia de frenada, reduint significativament els costos operatius del sistema.
La implementació d'aquesta tecnologia requereix múltiples salvaguardes: en primer lloc, s'han d'instal·lar circuits de subjecció dinàmics a la tensió del bus per evitar la ruptura de sobretensió causada per la retroalimentació d'energia. En segon lloc, els bancs de condensadors d'emmagatzematge d'energia d'alta-capacitat són essencials-els sistemes servo de 400 V normalment requereixen condensadors electrolítics que superin els 10.000 μF. En tercer lloc, el costat de la xarxa ha de complir els requisits-de connexió a la xarxa amb una distorsió harmònica total (THD) per sota del 5%. Els fabricants nacionals com Inovance han dominat ara els algorismes de conversió d'energia bidireccional, que permeten l'aplicació a gran-escala de frenada regenerativa en sistemes de control de pas d'aerogeneradors i vehicles elèctrics. Tanmateix, les limitacions de costos limiten la seva adopció en escenaris de baixa potència per sota de 500 W.
III. Frenatge electromecànic: garantia absoluta de seguretat física
Els frens electromecànics aconsegueixen un frenat sense -contacte contrarestar la precàrrega de la molla amb força electromagnètica. El seu principi: quan s'activa, l'electroimant supera la pressió de la molla per desenganxar la pastilla de fre de l'eix del motor. Després de la des-energització, la molla comprimeix immediatament la pastilla de fricció per generar força de frenada. Aquesta estructura purament mecànica proporciona un parell de retenció estàtic fins a tres vegades el parell nominal, eliminant completament els riscos d'inercia. En conseqüència, és obligatori en aplicacions de càrrega vertical (per exemple, eixos de màquina-eina, màquines de tracció d'ascensors).
Tanmateix, els frens mecànics tenen limitacions inherents: en primer lloc, presenten un retard d'accionament important. Les dades de les proves mostren que triguen entre 80 i 120 mil·lisegons des de la desconnexió de l'alimentació fins a l'activació total, molt més lent que els mètodes de frenada electrònica. En segon lloc, els materials de fricció es desgasten. Un informe de manteniment d'una determinada marca de servomotor indica que després de 2 milions d'operacions contínues, l'espai del fre augmenta més de 0,2 mm. En tercer lloc, poden induir vibracions mecàniques, la qual cosa requereix dispositius d'amortiment addicionals en aplicacions com ara plataformes òptiques de precisió. Les solucions modernes adopten predominantment un enfocament híbrid de "frena electrònica com a principal + frenada mecànica com a suport". Per exemple, els servosistemes FANUC activen el frenat mecànic només quan la velocitat baixa per sota de les 50 rpm, garantint la seguretat alhora que minimitza el desgast.
Guia de selecció i comparació tècnica
A partir de les corbes característiques de frenada, cada mètode té diferents avantatges: el frenat dinàmic excel·leix en el parell a alta{0}}velocitat, però presenta una atenuació important a velocitats baixes; la frenada regenerativa permet una frenada suau a totes les velocitats, però depèn de la qualitat de la xarxa; el frenat mecànic té un avantatge absolut durant la retenció de velocitat -cero. Una matriu de selecció d'un fòrum d'automatització indica: la frenada dinàmica ofereix la millor relació cost-per a transportadors horitzontals de menys d'1 kW; el frenat mecànic és obligatori per als mecanismes d'elevació de grua superiors a 3 kW; mentre que les solucions híbrides que combinen frenada regenerativa amb supercondensadors es recomanen per a equips-de gamma alta com les talladores d'hòsties fotovoltaiques.
Amb els avenços en els dispositius d'alimentació de SiC, els servosistemes de propera-generació van més enllà de les limitacions de frenada tradicionals. Per exemple, la recentment llançada sèrie M800 de Mitsubishi Electric empra MOSFET SiC per elevar l'eficiència de frenada regenerativa al 93%. També integra el control de l'estat dels frens mecànics, utilitzant sensors de vibració per predir el desgast. Aquesta solució de fusió intel·ligent representa la trajectòria futura de la tecnologia de frenada servo, preparada per a aplicacions innovadores en camps d'avantguarda-com els equips de semiconductors i els servomecanismes aeroespacials.