O que é resistor de frenagem? Entenda tudo

Em sistemas industriais de acionamento elétrico, como em motores de corrente contínua e alternada, um equipamento essencial é o resistor de frenagem. Ele atua na absorção da energia de frenagem regenerativa, protegendo o circuito e garantindo uma operação suave e segura.

Em síntese, para obter um controle preciso e seguro desses motores, é necessário utilizar dispositivos como inversores de frequência, que são capazes de controlar a velocidade e a direção de rotação.

Quando o motor é desacelerado ou parado, a energia cinética que foi armazenada no sistema precisa ser dissipada para evitar danos ao equipamento. É nesse momento que o resistor de frenagem entra em ação, dissipando a energia excedente em forma de calor.

Saiba mais sobre como funciona esse mecanismo neste conteúdo elucidativo e completo.

Boa leitura! 

O que é um resistor de frenagem?

Um resistor de frenagem, também conhecido como resistor de carga, é um dispositivo eletrônico usado para dissipar energia em excesso em circuitos elétricos ou eletrônicos. 

Ele é conectado em paralelo com um componente ou carga para limitar a corrente que flui através dele durante a frenagem ou desaceleração.

Quando o componente é desligado ou desacelerado rapidamente, ele pode gerar energia que precisa ser dissipada para evitar danos ao circuito. O resistor de frenagem absorve e dissipa essa energia, convertida em calor.

Esse mecanismo é comumente usado em sistemas de acionamento de motores elétricos, inversores de frequência, robótica e outros sistemas elétricos que exigem frenagem controlada e eficiente. 

Pode ser feito de materiais diferentes, como cerâmica, metal e carbono, e sua capacidade de dissipação de energia é medida em watts ou quilowatts.

Principais características de um resistor

As principais características de um resistor, essenciais para o seu funcionamento eficaz e confiável em um circuito, são:

• Valor de resistência: Medido em ohms (Ω), determina a oposição ao fluxo de corrente elétrica;
• Potência dissipada: Medida em watts (W), indica a quantidade máxima de energia que o resistor pode dissipar sem superaquecimento;
• Tolerância: Trata-se da variação percentual do valor de resistência, que mostra a precisão do resistor em relação ao valor nominal;
• Coeficiente de temperatura: Indica como a resistência varia com a temperatura, geralmente expresso em ppm/°C (partes por milhão por grau Celsius);
• Tensão nominal: Trata-se da tensão máxima que pode ser aplicada ao resistor sem causar falha;
• Coeficiente de temperatura de resistência: A resistência muda conforme a temperatura, o que afeta a performance em diferentes condições térmicas;
• Tamanho e forma: Determinam a adequação física do resistor para a aplicação e a dissipação térmica;
• Material de fabricação: Influencia a durabilidade, resistência a altas temperaturas e outras propriedades elétricas.

Como funciona um resistor?

Um resistor é projetado para fazer oposição à passagem da corrente elétrica, ou seja, para fornecer uma resistência específica ao fluxo da corrente. O aparelho limita a quantidade de eletricidade que passa através dele e ajusta as tensões em um circuito. 

Quando a corrente elétrica passa através do resistor, ele converte parte da energia elétrica em energia térmica (calor), por meio do chamado efeito joule.

A resistência de um resistor é uma medida de quão fortemente ele se opõe ao fluxo de corrente elétrica. 

A relação entre tensão (voltagem) aplicada ao resistor, a corrente elétrica que passa através dele e sua resistência é descrita pela Lei de Ohm, que é dada pela fórmula: V = I . R

Onde V é a tensão (medida em volts), I é a corrente elétrica (medida em ampere) e R é a resistência do resistor, que tem seu valor em ohms (Ω).

Importância do resistor de frenagem na indústria

O resistor de frenagem é um componente essencial em muitas operações industriais que incluem o controle de motores elétricos ou outros tipos de cargas elétricas, especialmente em aplicações que envolvem frenagem regenerativa.

Essas são algumas razões pelas quais o resistor de frenagem é importante na indústria:

• Proteção do equipamento: Absorve a energia regenerativa e evita danos ao inversor e motor;
• Aumento da vida útil: Reduz o estresse elétrico e o aquecimento dos componentes;
• Melhoria da eficiência energética: Dissipa a energia de forma controlada e melhora o desempenho do sistema;
• Segurança: Protege contra sobretensões e reduz o risco de incêndios;
• Confiabilidade: Garante operação estável e reduz a necessidade de manutenção.

Confira a seguir mais informações sobre cada um desses benefícios que o resistor oferece.

Proteção do equipamento

Ao limitar a corrente que flui através dos componentes durante a frenagem ou desaceleração dos motores elétricos, o resistor de frenagem protege os equipamentos contra danos causados por picos de corrente ou excesso de energia.

A energia regenerativa gerada na frenagem pode aumentar a temperatura interna dos inversores e outros dispositivos de controle. O resistor ajuda a dissipar essa energia em forma de calor, evitando o superaquecimento dos equipamentos.

Aumento da vida útil

A dissipação controlada de energia pelo resistor de frenagem promove a redução do desgaste prematuro dos componentes do sistema de acionamento, como motores elétricos e inversores.

O resistor ajuda a manter os componentes eletrônicos a temperaturas operacionais seguras, o que reduz a degradação dos materiais e aumenta a durabilidade do sistema.

Melhoria da eficiência energética

O resistor de frenagem permite uma dissipação eficiente da energia regenerativa, evitando desperdícios e melhorando a eficiência geral do sistema. 

A energia é convertida em calor e dissipada de forma controlada, o que pode melhorar o desempenho do sistema como um todo.

Sem um resistor de frenagem, a energia regenerativa não é gerida eficientemente, o que pode levar a perdas de energia e menores desempenhos operacionais.

Segurança 

O resistor de frenagem protege o sistema contra sobre tensões que podem ocorrer devido à energia regenerativa. Isso evita riscos associados a falhas de isolamento e outros problemas elétricos.

Ao dissipar a energia em forma de calor de maneira controlada, o resistor reduz o risco de incêndios associados ao superaquecimento de equipamentos eletrônicos.

Ele é um componente crítico em sistemas de frenagem de emergência, pois ajuda a controlar a desaceleração do equipamento e a evitar acidentes. Desse modo, assegura a segurança de todos os envolvidos.

Confiabilidade 

A utilização de um resistor de frenagem melhora a confiabilidade do sistema, garantindo uma operação estável e previsível mesmo durante as fases de frenagem e desaceleração.

Em um sistema de linhas de produção automatizadas, por exemplo, a presença desse aparelho contribui para a operação confiável e contínua das máquinas, reduzindo a necessidade de manutenção inesperada e paradas não planejadas.

Quando usar um resistor de frenagem?

O resistor de frenagem é particularmente útil em sistemas de acionamento de motores elétricos, como em máquinas-ferramenta, robôs industriais, equipamentos de elevação, transportadores e outros tipos de sistemas automatizados. 

Ele é utilizado em conjunto com um inversor de frequência ou outros dispositivos de controle de motor. como:

• Divisores de tensão: Usado para criar tensões menores a partir de uma tensão maior;
• Limitadores de  corrente: Protege componentes sensíveis de correntes excessivas;
• Polarização de transistores: Ajusta os pontos de operação em circuitos de amplificação;
• Filtros: Utilizado em filtros para reduzir ruídos e interferências;
• Sistemas de frenagem de emergência: Usado para dissipar a energia cinética do motor ou da carga rapidamente, reduzindo a velocidade do equipamento e impedindo que ele cause danos.

Onde é utilizado o resistor?

Na indústria, o resistor tem sua aplicação em diversos setores, incluindo automotivo, ferroviário, aeroespacial e de geração de energia. 

Em sistemas elétricos industriais, resistores podem ser usados para proteger circuitos contra sobrecorrentes e sobretensões. Também são utilizados para criar divisores de tensão em circuitos de medição e controle. 

Em sistemas de transmissão de energia, resistores podem ser usados para descarregar a energia residual de capacitores e outras cargas. São usados para limitar a corrente que flui para outros componentes sensíveis, como LEDs ou transistores, prevenindo danos causados por correntes excessivas.

Também atua em sistemas de frenagem de motores elétricos, em circuitos de teste de alta potência, e em instalações de HVAC para regulagem de velocidade e controle de torque. 

Como instalar um resistor de frenagem?

Para instalar um resistor de frenagem da forma mais correta e eficaz, siga as seguintes etapas:

• Escolha o resistor de frenagem adequado para o sistema de acionamento, levando em consideração a corrente e a tensão de operação do sistema, bem como a energia que precisa ser dissipada;

• Analise a compatibilidade do resistor de frenagem com o inversor de frequência e a carga, de acordo com as especificações do fabricante;

• Se necessário, instale um circuito de proteção térmica para evitar o superaquecimento;

• Conecte o resistor de frenagem aos terminais do inversor de frequência e à carga, em conformidade com as instruções do fabricante; 

• Certifique-se que as conexões estejam firmes e bem isoladas;

• Verifique a resistência do resistor de frenagem com um multímetro para garantir que ele esteja dentro das especificações do fabricante;

• Configure o inversor de frequência para controlar a frenagem da carga, de acordo com as instruções do fabricante; 

• E então, faça testes para checar o funcionamento do sistema de frenagem e ajuste os parâmetros, se necessário.

É importante ressaltar que a instalação de um resistor de frenagem deve ser realizada por um técnico qualificado, que tenha conhecimento sobre os princípios de eletrônica de potência e segurança elétrica. 

Além disso, é fundamental seguir as instruções do fabricante do equipamento e utilizar componentes de qualidade para garantir o bom desempenho e a segurança do sistema.

Como especificar um resistor de frenagem?

A especificação de um resistor de frenagem depende das características do motor e do sistema de controle. O valor da resistência é geralmente escolhido para corresponder à tensão nominal do motor e à potência de frenagem necessária. 

O valor da resistência também é influenciado pela corrente máxima que pode ser suportada pelo resistor e pela dissipação de calor.

A resistência do resistor de frenagem é geralmente expressa em ohms e a potência dissipada é expressa em watts. 

É importante garantir que o resistor de frenagem seja capaz de lidar com a potência gerada pelo motor durante a frenagem, para evitar danos ao resistor e ao sistema de controle.

Para especificar um resistor de frenagem, é necessário levar em consideração vários fatores, como a corrente de frenagem, a tensão de operação, a potência dissipada e a resistência do resistor.

Confira a seguir alguns exemplos práticos de como fazer essa especificação!

Para a determinação da potência de dissipação, temos como exemplo um sistema de motor de 5 kW, cuja  frenagem regenerativa pode gerar até 1 kW de potência. 

Nesse caso, deve-se escolher um resistor com uma capacidade de dissipação de pelo menos 1 kW, preferencialmente com uma margem de segurança para evitar sobrecarga.

Já para a escolha da resistência adequada, consideramos, como exemplo, um inversor de frequência operando com uma tensão de 400 V e uma corrente de frenagem de 200 W, será necessário um resistor com uma resistência que, ao ser conectada, permita a dissipação eficiente da energia. 

Sabendo que a fórmula básica para calcular a resistência é R = V² / P, onde V é a tensão e P é a potência. Então, um resistor com 200 ohms seria adequado. 

Como escolher resistor de frenagem para inversores?

A escolha do resistor de frenagem para um sistema controlado por inversor de frequência envolve várias considerações técnicas para garantir que funcione de forma eficiente e segura. 

O resistor deve suportar adequadamente a quantidade de energia que será dissipada durante a frenagem do motor. Ou seja, é importante medir a potência de frenagem máxima e escolher resistores com capacidade de dissipação de calor apropriada.

Sua resistência nominal deve ser compatível com a tensão e corrente do sistema, para garantir uma dissipação eficiente de energia e evitar danos ao sistema.

Além disso, é preciso verificar se o resistor possui a classificação de proteção necessária para o ambiente em que será instalado. Opte por resistores com materiais e construção adequados para suportar as condições operacionais, como alta temperatura ou umidade.

Como calcular resistor de frenagem para inversor?

Calcular um resistor de frenagem para um inversor envolve determinar a potência e resistência adequadas para dissipar a energia regenerativa gerada durante a frenagem do motor. 

Veja a seguir um passo a passo detalhado para realizar esse cálculo:

• Passo 1: Determinar a potência de frenagem necessária

Primeiramente, identifique a potência nominal do motor, geralmente especificada em kW.

A energia regenerativa gerada durante a frenagem pode ser calculada como uma porcentagem da potência do motor. Um valor comum é 50%, mas pode variar dependendo da aplicação.

A fórmula é: Energia regenerativa = Potência do motor * Percentual de regeneração

• Passo 2: Calcular a potência média do resistor

Determine o tempo que o motor leva para desacelerar e parar (em segundos). E estime quantas vezes o motor passará por um ciclo de frenagem por hora.

O duty cycle é a fração de tempo que o resistor estará dissipando energia. Pode ser calculado com base no tempo de frenagem e no número de ciclos por hora.

Fórmula do Duty cycle: Tempo de frenagem / (Tempo de frenagem + Tempo de operação)

Em seguida, calcule a Potência Média do Resistor, de acordo com a fórmula:

Potência média = Energia regenerativa * Duty cycle

• Passo 3: Calcular a resistência do resistor

Identifique a tensão nominal do sistema (em volts). 

Fórmula: Resistência = Tensão² / Potência média

• Passo 4: Selecionar o valor do resistor e a potência nominal

Escolha um resistor com um valor de resistência próximo ao calculado, que esteja disponível no mercado.

Opte por um resistor com uma potência nominal maior que a potência média calculada para garantir durabilidade e segurança. Geralmente, um fator de segurança de 1.5 a 2 vezes a potência média é recomendado.

Confira um exemplo prático, considerando:

• Potência do Motor: 15 kW
• Tensão do Sistema: 400 V
• Tempo de Frenagem: 10 segundos
• Número de Ciclos por Hora: 6

Os cálculos seriam:

1. Energia regenerativa = 15 kW * 0.5 = 7.5 kW
2. Duty Cycle:

Tempo total = 10 + 50 = 60 segundos

Duty cycle = 10 / 60 = 0.167

3. Potência média = 7.5 kW * 0.167 = 1.25 kW
4. Resistência = 400² / 1250 = 128 Ω
5. Potência nominal de pelo menos 2 kW.

Resultados: Valor do resistor de aproximadamente 128 Ω e potência nominal de 2 kW.

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Conclusão

Na indústria, é muito comum o uso de resistores de frenagem em sistemas de controle de motores. Eles desempenham um papel crucial na frenagem rápida de motores elétricos, prevenindo danos ao sistema e estendendo sua vida útil.

Com o avanço da automação industrial, a importância dos resistores de frenagem tornou-se ainda mais significativa.

À medida que os sistemas de controle de motores se tornam cada vez mais automatizados e integrados com outras tecnologias industriais, a necessidade de precisão e eficiência na frenagem se intensifica.