این سوالی است که بسیاری از بهرهبرداران درایوهای صنعتی هنگام خرید درایو از مشاورین فروش می‌پرسند. آیا سیستم من نیازمند تهیه مقاومت ترمز است یا می‌توان بدون مقاومت ترمز نیز سیستم را راه‌اندازی کرد؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید سیستم عملکرد موتور را به خوبی بشناسیم و در ادامه تصمیم بگیریم که آیا مقاومت ترمز مورد نیاز سیستم ما می‌باشد یا خیر؟
موتور الکتریکی
موتورهای الکتریکی در انواع مختلف AC و DC در بازار موجود هستند. با توجه به محبوبیت موتورهای القایی AC به بررسی کوتاه این موتورها می‌پردازیم. موتورهای القایی با توجه به وضعیت سرعت و گشتاور الکتریکی تولیدی، در چهار ناحیه کاری می‌توانند کار کنند که به طور خیلی ساده به ناحیه موتوری راستگرد، ترمزی راستگرد، موتوری چپگرد و ترمزی چپگرد تقسیم می‌شوند. در شکل 1 نیز این موضوع به خوبی قابل مشاهده و بررسی است که در ناحیه موتوری راستگرد، علامت سرعت و گشتاور مثبت است. در ناحیه ترمزی راستگرد علامت گشتاور تغییر کرده و منفی می‌شود تا موتور بتواند ترمز کند. این ترمز، ترمز الکتریکی نام دارد و با ترمزهای مکانیکی که به وسیله لنت‌ها و … انجام می‌شود متفاوت است. در ناحیه موتوری چپگرد علامت سرعت نیز هم علامت گشتاور منفی شده و موتور در جهت عکس شروع به چرخش می‌کند. در ناحیه ترمزی چپگرد نیز علامت گشتاور مجدد تغییر کرده و مثبت می‌شود و با این اتفاق موتور شروع به ترمز در جهت عکس می‌کند.
نقش درایو در عملکرد موتور هنگام ترمز
حال که با نحوه کارکرد موتور آشنا شدیم، درایوهای الکتریکی با کنترل متغیرهایی که سرعت و گشتاور الکتریکی موتور به آن‌ها وابسته است، موتور را در ناحیه مورد نظر ما قرار می‌دهند. تنها نکته مهم در این عمل این است که توان الکتریکی برابر ضرب ولتاژ در جریان است و در زمان ترمز این مقدار منفی خواهد بود یعنی موتور در زمان ترمز که این زمان وابسته به اندازه، ممان اینرسی موتور و به طور کلی‌تر معادله حرکت ماشین‌های الکتریکی است، توان را از سمت موتور به سمت شبکه یا بهتر بگوییم به سمت لینک DC درایو تزریق می‌کند. لینک DC درایو شامل تعدادی خازن با ظرفیت بزرگ است تا ریپل ولتاژ یکسو شده توسط یکسوسازها را کنترل کنند. با برگشت انرژی به سمت این خازن‌ها ولتاژ روی این خازن‌ها زیاد شده و از مقدار قابل تحمل آن‌ها بیشتر شده و باعث سوختن این خازن‌ها می‌شود. بنابراین لازم است تا مسیری جداگانه برای انرژی برگشتی درنظر گرفته شود یا از یکسوسازهایی با سوئیچ‌های دوطرفه استفاده کرد تا انرژی به سمت شبکه بازگردد. البته این در شرایطی است که تغذیه AC ورودی درایو شبکه سراسری باشد.
چرا مقاومت ترمز ضروری است؟
مقاومت های ترمز به منظور جلوگیری از آسیب سخت افزاری یا خطاهای مزاحم در درایو به سیستم کنترل موتور وارد می شوند. همانطور که گفته شد مقاومت ترمز در برخی شرایط نیاز است به عنوان مثال درعملیات خاصی، موتور کنترل شده توسط درایو به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و توان به جای موتور به سمت درایو برمی گردد. این باعث می شود که ولتاژ باس DC درایو افزایش یابد و اگر انرژی تولید شده تلف نشود یا به شبکه باز نگردد منجر به خطاهای ولتاژ بیش از حد در درایو می شود.
بنابراین یکی از خطاهای رایج در درایو که با عنوان اضافه ولتاژ شناخته می‌شود به دلیل عملکرد ژنراتوری موتور و بازگشت توان به سمت باس DC درایو است. در مقاله 8 مشکل رایج درایو به طور گسترده‌ای به این موضوع پرداخته شده است.
در برخی شرایط که ترمز شدید یا بارهای خاص که باعث چرخش موتور در جهت عکس می‌شوند، (مثل آسانسور) وجود ندارند می‌توان انتظار داشت تا خازن‌های لینک DC این انرژی اضافه را برای زمان کوتاهی بدون ایجاد خطا ذخیره کنند. اگر زمان برگشت انرژی یا به عبارتی ترمز زیاد باشد باید از مقاومت ترمز یا روش‌های دیگر جهت کنترل انرژی برگشتی استفاده کرد. مقاومت ترمز ارزانترین و ساده‌ترین راهکار برای غلبه بر مشکل انرژی برگشتی است. از طرفی هر راه حل ساده‌ای ضعف‌هایی نیز دارد که از ضعف‌های این روش می‌توان به اتلاف انرژی برگشتی اشاره کرد. بنابراین هنگام انتخاب مقاومت ترمز بهتر است ابتدا به میزان انرژی برگشتی توجه شود. اگر این میزان پیوسته و زیاد باشد، بهتر است تا از درایو ریجنریتیو استفاده شود تا انرژی به شبکه بازگردد و اتلاف انرژی و هزینه تا حد خوبی کاهش یابد. برای آشنایی با سیستم درایو ریجنریتیو می‌توانید به مقاله “درایو ریجنریتیو” مراجعه کنید.
هنگام انتخاب مقاومت ترمز چه نکاتی را باید در نظر گرفت؟
در صورتی که تصمیم به استفاده از مقاومت ترمز گرفته شد، دو عامل در انتخاب مقاومت ترمز تاثیر دارد.
- مقدار مقاومت
- ظرفیت اتلاف توان مقاومت
در ادامه به بررسی این دو مورد می‌پردازیم
حداقل مقدار مقاومت
درایوهایی که از مقاومت ترمز استفاده می کنند دارای یک مدار چاپر ترانزیستوری هستند که هنگام اضافه ولتاژ ترانزیستور مانند سوئیچ عمل کرده و با ایجاد یک مسیر جدید، انرژی اضافه را در مقاومت تلف می‌کنند. این مدار دارای محدودیت جریانی است که سازندگان، مقدار حداکثر جریان و زمان وظیفه سوئیچ را در فهرستی ارائه می‌کنند. شکل 2 مدار مقاومت ترمز به همراه سوئیچ آن را نشان می‌دهد.
با توجه به قانون اهم و با فرض ثابت بودن ولتاژ، مقاومت کوچک باعث جریان بزرگ خواهد شد. با داشتن مقدار حداکثر ولتاژ قابل تحمل DC می‌توان حداقل مقاومت را طوری به دست آورد تا جریان سوئیچ از حد مجاز خود بیشتر نشود. با اینکه مقدار مقاومت در توانایی اتلاف انرژی آن تاثیری ندارد اما باید از عملکرد صحیح آن با درایو اطمینان حاصل کرد.
نتیجه گیری
در بخش اول این مقاله به بررسی نحوه عملکرد موتورهای القایی و معرفی نمودار عملکردی چهار ناحیه‌ای موتور پرداختیم. در ادامه مشکل اصلی سیستم‌هایی که نیاز به ترمز دارند بررسی و بحث انرژی برگشتی و خطای اضافه ولتاژ و سوختن خازن‌های لینک DC مطرح گردید. در نهایت روش‌های کلی جهت جلوگیری از بروز این مشکل معرفی و روش استفاده از مقاومت ترمز تا حدودی بررسی گردید. در بخش دوم این مقاله به بررسی دقیق تر سیستم مقاومت ترمز خواهیم پرداخت و روش‌های دیگر نیز بررسی و معرفی می‌شوند.
شرکت بنیان صنعت تدبیر یکتا، نماینده رسمی امترون در ایران به کمک نیروهای متخصص خود سیستم درایو شما را بررسی کرده و در صورت نیاز به تعمیر و تهیه قطعات، لیستی از قطعات و پروسه تعمیر و تعویض را در اختیار شما قرار می‌دهد. همچنین راهکار مناسبی جهت کنترل انرژی برگشتی به شما ارائه می‌دهد و در سایزینگ مقاومت ترمز شما را راهنمایی خواهد کرد. برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره، می‌توانید با مشاورین شرکت بنیان صنعت تدبیر یکتا ارتباط بگیرید.
