مقاومت ترمز اینورتر یکی از تجهیزات مهم در سیستم‌های کنترل دور موتور است که انرژی برگشتی موتور هنگام کاهش سریع سرعت را به گرما تبدیل می‌کند. زمانی‌که موتور در مدت کوتاهی متوقف یا سرعت آن کم می‌شود، ممکن است به‌دلیل اینرسی بار، موتور برای مدت کوتاهی مانند ژنراتور عمل کرده و انرژی را به سمت اینورتر برگرداند. این انرژی باعث افزایش ولتاژ لینک DC می‌شود و در صورت عبور ولتاژ از محدوده مجاز، احتمال بروز خطای اضافه‌ولتاژ وجود دارد.
مقاومت ترمز با جذب این انرژی و تبدیل آن به حرارت، به ترمز دینامیکی موتور کمک می‌کند. استفاده از آن در کاربردهایی که توقف سریع، بار سنگین یا اینرسی بالا دارند اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. در این راهنما، ابتدا عملکرد مقاومت ترمز را بررسی می‌کنیم؛ سپس، نحوه انتخاب اهم و توان آن را توضیح می‌دهیم و در ادامه نیز، تفاوت مقاومت ترمز، یونیت ترمز و سیکل کاری را بررسی خواهیم کرد.
مقاومت ترمز چه کاری انجام می دهد؟
هنگام کاهش سرعت، انرژی مکانیکی ذخیره‌شده در قسمت‌های متحرک سیستم باید به شکلی از سیستم خارج شود. در یک موتور متصل به اینورتر، اگر کاهش سرعت با شیب تند انجام شود، موتور می‌تواند برای مدتی مانند یک ژنراتور عمل کند و انرژی را به سمت درایو برگرداند. این انرژی وارد لینک DC اینورتر می‌شود و باعث افزایش ولتاژ خازن‌های DC-Link خواهد شد.
اگر این افزایش ولتاژ از مقدار مجاز عبور کند، اینورتر برای محافظت از مدار قدرت، عملکرد خود را متوقف کرده و خطای اضافه‌ولتاژ ایجاد می‌کند. در چنین شرایطی، مقاومت ترمز درایو می‌تواند انرژی برگشتی را جذب کرده و به گرما تبدیل کند. درایو نیز، با استفاده از مدار چاپر ترمز، مقاومت را در زمان موردنیاز وارد مدار می‌کند.
بنابراین، مقاومت ترمز در اصل برای مصرف انرژی تولیدشده در فرآیند کاهش سرعت استفاده می‌شود و باعث می‌شود بتوان موتور را در زمان کوتاه‌تری متوقف کرد. همچنین، این موضوع در بارهایی مانند جرثقیل، آسانسور، سانتریفیوژ، نوار نقاله، دستگاه‌های سیم‌پیچ و بازپیچ، ماشین‌آلات صنعتی و برخی سیستم‌های با اینرسی بالا اهمیت بیشتری دارد.
چه زمانی به مقاومت ترمز نیاز داریم؟
همه موتورهایی که با اینورتر کنترل می‌شوند الزاماً به مقاومت ترمز نیاز ندارند. اگر بار اینرسی کمی داشته باشد و موتور با زمان کاهش سرعت مناسب متوقف شود، ممکن است انرژی برگشتی آنقدر زیاد نباشد که نیاز به مقاومت خارجی ایجاد کند. اما در شرایطی که توقف سریع، تغییرات مکرر سرعت یا بار با اینرسی زیاد داریم، استفاده از مقاومت ترمز می‌تواند ضروری باشد.
برای مثال، اگر یک موتور بزرگ با بار سنگین در مدت چند ثانیه متوقف شود، انرژی جنبشی قابل توجهی در مدت کوتاهی به سیستم برمی‌گردد. هرچه زمان توقف کوتاه‌تر باشد، توان لحظه‌ای موردنیاز برای دفع این انرژی نیز بیشتر خواهد شد. به‌همین دلیل، در بسیاری از کاربردهای صنعتی نمی‌توان فقط با افزایش یا کاهش توان موتور، مقاومت ترمز مناسب را انتخاب کرد.
مقاومت ترمز با یونیت ترمز چه تفاوتی دارد؟
مقاومت ترمز وظیفه دفع انرژی را برعهده دارد، اما یونیت ترمز یا Brake Unit و مدار چاپر ترمز وظیفه کنترل عبور جریان به سمت مقاومت را انجام می‌دهند. به زبان ساده، مقاومت انرژی را مصرف می‌کند و چاپر تعیین می‌کند که چه زمانی این انرژی به مقاومت منتقل شود.
بعضی از اینورترها دارای چاپر ترمز داخلی هستند و در این حالت ممکن است تنها به یک مقاومت خارجی نیاز باشد. در برخی مدل‌ها و توان‌های بالاتر، یونیت ترمز به‌صورت جداگانه نصب می‌شود. برای نمونه، در برخی سری‌های INVT، نوع اینورتر، توان و وجود یونیت ترمز داخلی یا اختیاری در انتخاب مقاومت اهمیت دارد. بنابراین، قبل از خرید باید مدل دقیق درایو بررسی شود.
«Danfoss: The extra energy from the load is turned into heat in the brake resistor»
نظر فنی: مقاومت ترمز یک قطعه جانبی ساده برای اتصال مستقیم به خروجی موتور نیست؛ بلکه بخشی از مدار ترمز دینامیکی است و باید به ترمینال‌های مخصوص ترمز اینورتر متصل شود.
نحوه محاسبه مقاومت ترمز مناسب برای اینورتر
انتخاب مقاومت ترمز فقط بر اساس توان موتور انجام نمی‌شود. ولتاژ لینک DC، توان پیک ترمز، گشتاور ترمز، زمان توقف، اینرسی بار، تعداد دفعات توقف و سیکل کاری همگی در انتخاب نهایی تأثیر دارند.
یک رابطه پایه برای محاسبه توان لحظه‌ای مقاومت به‌شکل زیر بیان می‌شود:
P = V² ÷ R
در این رابطه، P توان لحظه‌ای تلف‌شده در مقاومت بر حسب وات، V ولتاژ لینک DC در زمان فعال‌شدن مدار ترمز و R مقدار مقاومت بر حسب اهم است. بنابراین، هرچه مقدار مقاومت کمتر باشد، در یک ولتاژ مشخص جریان بیشتری از مدار ترمز عبور خواهد کرد.
به‌همین دلیل، مقدار اهم مقاومت باید در محدوده مجاز اعلام‌شده توسط سازنده اینورتر قرار داشته باشد. Schneider نیز تأکید می‌کند که مقاومت ترمز باید حداقل و حداکثر مجاز تعریف‌شده برای درایو را رعایت کند و توان آن نیز با بار و سیکل کاری متناسب باشد.
حداقل و حداکثر اهم مقاومت ترمز
یکی از مهم‌ترین نکات در انتخاب مقاومت ترمز اینورتر، توجه به حداقل مقدار مقاومت مجاز است. اگر مقدار اهم مقاومت کمتر از حد مجاز باشد، جریان عبوری از ترانزیستور ترمز افزایش پیدا می‌کند و ممکن است به مدار ترمز یا قطعات قدرت آسیب برسد.
از طرف دیگر، انتخاب مقاومت بسیار بزرگ نیز باعث می‌شود توان قابل جذب توسط مقاومت کاهش پیدا کند و انرژی برگشتی به اندازه کافی تخلیه نشود. در نتیجه ممکن است اینورتر همچنان هنگام کاهش سرعت با خطای اضافه‌ولتاژ مواجه شود.
بنابراین، انتخاب درست معمولاً در محدوده‌ای بین مقدار مقاومت موردنیاز سیستم و محدوده مجاز اعلام‌شده توسط سازنده انجام می‌شود. برای همین، استفاده از یک جدول عمومی بدون تطبیق با مدل دقیق اینورتر توصیه نمی‌شود.
توان مقاومت را چگونه انتخاب کنیم؟
توان مقاومت ترمز با توان نامی موتور یکسان نیست. این موضوع یکی از اشتباهات رایج هنگام خرید مقاومت است. مقاومت باید بتواند انرژی برگشتی را در مدت ترمز جذب کند و در عین‌حال، در فاصله بین ترمزها فرصت کافی برای دفع حرارت داشته باشد.
اگر موتور فقط گاهی متوقف شود، توان متوسط موردنیاز مقاومت می‌تواند نسبتاً پایین باشد. اما اگر موتور در هر چرخه چندین بار ترمز کند، مقاومت برای مدت بیشتری درگیر خواهد بود و باید توان حرارتی بیشتری داشته باشد.
Danfoss برای این منظور مفهوم Intermittent Duty Cycle را به‌کار می‌برد. این مقدار از رابطه زیر به‌دست می‌آید:
Duty Cycle = tb ÷ T
در این رابطه، tb مدت زمان ترمز و T کل زمان یک چرخه کاری است. برای نمونه، اگر مقاومت در یک چرخه 10 ثانیه‌ای، یک ثانیه فعال باشد، سیکل کاری آن 10 درصد خواهد بود. همچنین، Danfoss نمونه‌هایی با سیکل کاری 5، 10 و 40 درصد ارائه می‌کند و تأکید دارد که زمان ترمز و فاصله بین دفعات ترمز در انتخاب مقاومت لحاظ شود.
محاسبه انرژی جنبشی در ترمز
در سیستم‌هایی که بار اینرسی زیادی دارند، بررسی انرژی جنبشی می‌تواند تصویر دقیق‌تری از نیاز ترمز ارائه دهد. انرژی ذخیره‌شده در یک جسم دوار به ممان اینرسی و سرعت آن وابسته است و با افزایش سرعت، انرژی قابل دفع نیز افزایش پیدا می‌کند.
به‌همین دلیل، اگر سرعت اولیه موتور زیاد باشد یا بار سنگینی به شفت متصل شده باشد، کاهش سرعت در مدت کوتاه می‌تواند توان ترمز قابل توجهی ایجاد کند. در این شرایط، صرفاً استفاده از یک مقاومت با وات پایین ممکن است باعث داغ‌شدن بیش از حد آن شود.
در کاربردهای تخصصی‌تر، توان پیک ترمز، انرژی هر سیکل و توان متوسط در طول چرخه کاری محاسبه می‌شود و سپس مقاومت مناسب انتخاب خواهد شد. این روش به‌خصوص برای جرثقیل، آسانسور، سانتریفیوژ و ماشین‌آلاتی که به‌طور مداوم شتاب‌گیری و کاهش سرعت دارند اهمیت دارد.
جدول نمونه انتخاب مقاومت ترمز
جدول زیر یک نمونه کاربردی از مقادیر اعلام‌شده برای برخی درایوهای INVT است. توجه داشته باشید که مقادیر نهایی باید با مدل دقیق اینورتر، ولتاژ ورودی، میزان گشتاور ترمز و سیکل کاری تطبیق داده شوند و نباید صرفاً بر اساس این جدول خرید انجام شود.
| توان موتور (kW) | مقدار مقاومت ترمز پیشنهادی (Ω) | توان مقاومت (وات) |
|---|---|---|
| 0.75 | 653 | 110 |
| 1.5 | 326 | 230 |
| 2.2 | 222 | 330 |
| 3 | 122 | 600 |
| 4 | 122 | 600 |
| 5.5 | 89.1 | 750 |
| 7.5 | 65.3 | 1130 |
| 11 | 44.5 | 1650 |
| 15 | 32 | 2250 |
چرا مقدار اهم مقاومت اهمیت دارد؟
اگر مقاومت انتخاب‌شده کمتر از حد مجاز اینورتر باشد، جریان مدار ترمز افزایش پیدا می‌کند. از آنجا که مدار چاپر و ترانزیستور ترمز دارای محدودیت جریان هستند، این وضعیت می‌تواند باعث افزایش فشار الکتریکی و حرارتی روی مدار شود.
در مقابل، اگر مقدار مقاومت بیش از اندازه بزرگ انتخاب شود، جریان و توان قابل تخلیه کاهش پیدا می‌کند. در نتیجه ممکن است مقاومت نتواند انرژی برگشتی را با سرعت کافی مصرف کند و ولتاژ لینک DC همچنان افزایش یابد.
بنابراین، مقدار مناسب مقاومت یک عدد دلخواه نیست و باید با مشخصات همان مدل اینورتر هماهنگ باشد. منابع فنی سازندگان نیز برای هر درایو معمولاً مقدار حداقل مقاومت مجاز یا مقاومت پیشنهادی را مشخص می‌کنند.
مراحل انتخاب مقاومت ترمز اینورتر
برای انتخاب دقیق‌تر، بهتر است فرآیند انتخاب را به چند مرحله تقسیم کنیم. ابتدا مدل دقیق اینورتر و ولتاژ کاری آن را مشخص کنید. سپس بررسی کنید که آیا درایو دارای چاپر ترمز داخلی است یا به یونیت ترمز خارجی نیاز دارد.
در مرحله بعد، مقدار مقاومت پیشنهادی یا حداقل مقاومت مجاز را از دفترچه فنی همان مدل بررسی کنید. سپس، توان پیک ترمز و سیکل کاری را با توجه به نوع بار، زمان توقف و تعداد دفعات ترمز مشخص کنید.
در نهایت، توان حرارتی مقاومت را انتخاب کنید. اگر کاربرد دارای توقف‌های مکرر است، انتخاب مقاومت بر اساس توان لحظه‌ای به‌تنهایی کافی نیست و باید توان متوسط و زمان استراحت مقاومت نیز در نظر گرفته شود.
کاربردهای مقاومت ترمز درایو
مقاومت ترمز اینورتر در هر سیستمی که نیاز به کاهش سریع سرعت یا کنترل انرژی برگشتی داشته باشد می‌تواند کاربرد داشته باشد. از جمله مهم‌ترین کاربردها می‌توان به جرثقیل و بالابر، آسانسور، سانتریفیوژ، نوار نقاله، دستگاه‌های سیم‌پیچ و بازپیچ، ماشین‌آلات CNC و برخی تجهیزات تولیدی اشاره کرد.
در جرثقیل‌ها و بالابرها، پایین‌آوردن بار می‌تواند انرژی قابل توجهی را به موتور و درایو برگرداند. در سانتریفیوژ نیز، به‌دلیل سرعت چرخش بالا، توقف سریع می‌تواند انرژی جنبشی زیادی ایجاد کند. در نوار نقاله‌ها هم اگر بار سنگین باشد یا توقف‌های متوالی انجام شود، طراحی صحیح سیستم ترمز اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.
نکات مهم نصب مقاومت ترمز اینورتر
مقاومت ترمز در هنگام کار مقدار قابل توجهی گرما تولید می‌کند. بنابراین، محل نصب باید دارای تهویه مناسب باشد و مقاومت نباید در مجاورت مواد قابل اشتعال، کابل‌های حساس یا قطعاتی که در برابر حرارت آسیب‌پذیر هستند قرار گیرد.
همچنین، اتصال مقاومت باید دقیقاً مطابق نقشه ترمینال همان اینورتر انجام شود. مقاومت ترمز نباید به خروجی‌های موتور مانند U، V و W متصل شود. در بسیاری از درایوها نیز، ترمینال‌های اختصاصی مانند P و PB یا ترمینال‌های مشابه برای این منظور در نظر گرفته شده‌اند. INVT هم در دستورالعمل‌های خود بر اتصال مقاومت ترمز به ترمینال‌های مشخص و رعایت نقشه سیم‌کشی تأکید کرده است.
قبل از نصب یا سرویس نیز، باید برق ورودی قطع شود و تخلیه ولتاژ لینک DC طبق دستورالعمل سازنده انجام گیرد. همچنین، مقاومت ترمز و مدار DC می‌توانند حتی پس از قطع برق نیز برای مدتی دارای ولتاژ یا دمای بالا باشند؛ بنابراین، نصب و تست آن باید توسط فرد متخصص انجام شود.
اشتباهات رایج در انتخاب مقاومت ترمز
یکی از اشتباهات رایج، انتخاب مقاومت تنها بر اساس توان موتور است. همان‌طور که گفته شد، این روش در همه کاربردها دقیق نیست. اشتباه دیگر، انتخاب مقاومت با اهم کمتر از حد مجاز برای افزایش قدرت ترمز است. این‌کار می‌تواند جریان مدار چاپر را بیش از ظرفیت مجاز افزایش دهد.
نادیده‌گرفتن سیکل کاری نیز اشتباه مهم دیگری است. ممکن است یک مقاومت در یک توقف کوتاه عملکرد مناسبی داشته باشد، اما در صورت تکرار مداوم ترمز، دمای آن افزایش پیدا کند و توان حرارتی آن کافی نباشد.
همچنین، نباید بدون بررسی مدل اینورتر، مقاومت یک برند یا مدل دیگر را جایگزین کرد. مشخصات چاپر ترمز، حداقل مقاومت و توان قابل تحمل می‌تواند بین مدل‌های مختلف تفاوت داشته باشد.
اگر قصد اطلاع از قیمت مقاومت ترمز اینورتر دارید و می‌خواهید برای خرید اینورتر صنعتی اقدام کنید، بهتر است مدل دقیق درایو، توان موتور، ولتاژ، زمان توقف و نوع کاربرد را در اختیار فروشنده قرار دهید تا مقاومت متناسب با شرایط کاری انتخاب شود.
در پایان
مقاومت ترمز اینورتر انرژی برگشتی موتور هنگام کاهش سرعت را به حرارت تبدیل می‌کند و از افزایش بیش از حد ولتاژ لینک DC جلوگیری می‌کند. استفاده از این قطعه می‌تواند امکان توقف سریع‌تر و کنترل‌شده‌تر موتور را در بسیاری از کاربردهای صنعتی فراهم کند.
با این‌حال، انتخاب مقاومت مناسب فقط با نگاه‌کردن به توان موتور امکان‌پذیر نیست. حداقل اهم مجاز، مقدار مقاومت پیشنهادی، ولتاژ DC-Link، توان پیک ترمز، توان متوسط، گشتاور ترمز، اینرسی بار و سیکل کاری باید در انتخاب نهایی بررسی شوند.
بنابراین، اگر برای خرید مقاومت ترمز اینورتر یا انتخاب تجهیزات ترمز دینامیکی اقدام می‌کنید، ابتدا مدل دقیق اینورتر و شرایط کاری را مشخص کنید و سپس، مقدار اهم و توان مناسب را مطابق دفترچه فنی سازنده انتخاب کنید.
برای آشنایی با محصولات صنعتی و خدمات مجموعه نیز، می‌توانید به صفحات محصول در شهراز صنعت مراجعه کنید. همچنین، این امکان را خواهید داشت که برای استعلام قیمت مقاومت ترمز مناسب و بررسی مدل اینورتر، با کارشناسان تماس بگیرید.
دریافت مشاوره و استعلام قیمت اینورترهای صنعتی
دیدگاه شما (0)