Básicamente, son resistencias comunes, con características particulares.
Es decir que tienen un valor óhmico como cualquier resistencia, y se puede aplicar la Ley de Ohm.
Podríamos usarlas en cualquier circuito electrónico sustituyendo a una resistencia de película de carbón, SMD, etc.
Lo que las hace adecuadas para ser usadas como resistencia de freno es la potencia que pueden absorber, o mejor dicho, que pueden disipar en forma de calor.
Físicamente, las resistencias de freno suelen ser grandes, robustas, y sus conexiones suelen ser mecánicas (atornilladas o con terminales).
En el caso de tener terminales para soldar, éstos suelen ser largos o tener un elemento disipador, para evitar que el calentamiento de la resistencia funda la soldadura.
Resistencia de freno junto a un motor industrial
Para qué sirven las resistencias de frenado
Aunque como decía pueden usarse en distintos circuitos, están diseñadas específicamente para usarse en combinación con un motor.
Se conectan en paralelo con el motor, con un elemento que las conecta o desconecta, como un contactor, o elementos de estado sólido en el caso de variadores o drivers.
La resistencia se conecta en el momento de la parada del motor, y absorbe toda la energía eléctrica que éste genera para disiparla en forma de calor.
Lo vamos a ver con más detalle a continuación.
Qué ventajas tiene usar una resistencia de frenada
Para frenar un motor se pueden usar frenos electromecánicos, que básicamente son mordazas con pastillas que rozan sobre un disco.
Mediante un electroimán se abren o cierran, frenando o permitiendo el giro del motor.
Este sistema tiene un desgaste lógico, pues si las pastillas pisan el disco cuando gira a gran velocidad, hay un rozamiento importante.
Además la frenada es brusca, lo que si el motor está unido a un elemento giratorio con bastante inercia, los esfuerzos mecánicos son grandes.
Las resistencias de freno no tienen partes móviles, por lo que no hay desgaste por movimiento.
La fuerza de frenado es proporcional a la velocidad de giro del motor, sin ser brusca y terminando en una detención suave.
Qué desventajas tienen
Las resistencias de frenado también tienen inconvenientes.
Por ejemplo, en el caso de necesitar una parada en seco, pueden ser inapropiadas.
No actúan si el motor está parado o gira lentamente.
Tampoco están indicadas si se quiere mantener el motor frenado después de haber quedado detenido, por ejemplo en una grúa, o en una puerta enrollable.
En estos casos es mejor usar un freno electromecánico que quede enclavado mientras no se aplique tensión al motor.
Otra desventaja es que la energía que se disipa en forma de calor no se aprovecha.
Para evitar este inconveniente, se usan los sistemas regenerativos incorporados en los propios reguladores de velocidad (drivers).
Un sistema regenerativo inyecta a la red la energía generada por el motor durante la frenada.
Esto reduce el consumo eléctrico, y evita el calor que producirían las resistencias.
Como un sistema regenerativo es complejo, resulta más caro, por lo que solamente se usa en motores grandes, donde la energía recuperada compensa la inversión inicial.
Resistencias de freno monofásicas y trifásicas
En motores industriales es habitual encontrar resistencias de freno trifásicas, que básicamente son tres resistencias conectadas en estrella o triángulo (delta).
Esto compensa las cargas entre fases en el momento de la frenada.
Cuando se usan variadores de frecuencia o drivers de servomotores, se usa una sola, o dos en paralelo (para repartir la carga y disipar más potencia).
Cómo funciona la resistencia de freno
Vamos a detallar lo que ocurre en cada momento para entender perfectamente lo que pasa cuando frenamos un motor con una resistencia.
Aunque se trata de un esquema muy simplificado, es la base del funcionamiento de la mayoría de sistemas que encontraremos en la industria.
PASO 1. Motor en reposo
En el siguiente esquema vemos un motor, una resistencia de frenado en paralelo, un contacto normalmente abierto que alimenta el conjunto, y otro que conecta o aisla a la resistencia del motor.
Con los contactos abiertos, no llega tensión a ningún elemento, por lo que el motor está en reposo.
Resistencia con motor en reposo
PASO 2. Marcha del motor
Cuando se cierra el contacto, llega tensión al motor, que comienza a girar, manteniendo la velocidad constante.
Este esquema es idéntico en motores de corriente continua (DC) o de corriente alterna (AC).
En el caso de los motores trifásicos, es el mismo esquema para cada fase.
Resistencia desconectada durante la marcha
PASO 3. Motor en giro libre (o rueda libre)
Este paso suele durar un instante, pero nos ayuda a entender el siguiente.
Cuando el motor está girando a velocidad nominal, y se desconecta de la alimentación, continúa girando por inercia, hasta que se detiene debido al su rozamiento o a la carga conectada a su eje.
Este giro sin carga se denomina giro libre o rueda libre (free wheel, free-wheel o freewheel).
En este momento, el motor se convierte en un generador, transformando la energía cinética en corriente eléctrica.
Como no hay ningún elemento que consuma esta energía eléctrica, el motor puede aprovechar una parte, por lo que girará un poco más de tiempo, hasta que se agote el campo magnético.
Motor girando en “rueda libre”
PASO 4. Frenada
Al conectar la resistencia en paralelo con el motor, la carga eléctrica que se genera a partir del campo magnético es consumida por la resistencia, que la convierte en calor.
De esta forma, la energía cinética del eje del motor se transforma en energía eléctrica, y finalmente en energía térmica, disipada al aire.
Como la resistencia absorbe (realmente la disipa) una gran cantidad de la energía generada por el motor, el campo magnético se disipa muy rápidamente, y como la corriente llega en sentido contrario la polaridad se invierte (no es una explicación muy precisa pero nos sirve para entenderlo mejor).
Esto hace que la inercia empuje el motor en un sentido, y la corriente eléctrica lo impulse en el sentido contrario.
El resultado son dos campos magnéticos que se repelen, ejerciendo una fuerza que detiene el giro.
Cuando el motor pierde velocidad, la energía decae, hasta que queda detenido, y al no existir campo magnético podríamos girar el motor fácilmente con la mano.
Resistencia frenando al motor
Básicamente, este es el funcionamiento de la resistencia de frenado.