یونیت ترمز اینورتر چیست؟
یونیت ترمز چیست ؟
یونیت بریک، یونیت ترمز، چاپر و واحد ترمز همگی اسامی هستند که به یونیت ترمز اطلاق میشود. در واقع یونیت بریک واسط بین اینورتر و مقاومت ترمز است. وظیفه یونیت ترمز تخلیه ولتاژ برگشتی (Regenerative) است. در ادامه به توضیح مفصل‌تر تمامی اینها می‌پردازیم. پس با ما همراه باشید.
بیشتر بدانید: اینورتر چیست ؟
جدول محتوا
بریک یونیت یکی از ابزارهای مورد نیاز در زمان نصب اینورتر است که در صورت لزوم باید به همراه مقاومت ترمز تهیه شود. به عبارت دیگر Braking unit یک واسط است که میان درایو و رزیستور ترمز قرار می‌گیرد و در زمان اتصال مقاومت ترمز به اینورتر استفاده میشود. انواع درایو یونیک استنسون تا توان 22 کیلووات دارای واحد ترمز داخلی هستند. به همین دلیل در کاربردهای توان پایین، نیازی به خرید بریک یونیت هم نیست. در این صورت، این وسیله دارای یک بخش ترمز است که یک المان سوئیچ کننده در آن وجود دارد و می‌تواند انرژی ایجادشده را به رزیستور ترمز انتقال دهد.
اما در توان‌های بالاتر که المان سوئیچ کننده‌ی ولتاژ بر روی مقاومت ترمز خارجی حجیم میشود، نیاز است که این بخش تحت عنوان واحد ترمز در کنار اینورتر نصب شود. به همین دلیل برای اتصال به درایور موتور نیازمند یک واسط هستیم که Braking Unit یا چاپر ترمز نام دارد و باید به صورت جداگانه تهیه شود. پس باید به این نکته توجه نمود که هنگام خرید درایو با توان بالا، باید علاوه بر خرید مقاومت ترمز خارجی، یونیت بریک را هم خریداری کنید.
مطلب مرتبط: آموزش موتورهای الکتریکی
عملکرد بریکینگ یونیت در سیستم
در سیستم کنترل سرعت فرکانس متغیر (VFD)، اصلی‌ترین روش کاهش سرعت با استفاده از کاهش تدریجی فرکانس انجام میشود. زمانیکه اینرسی بار موتور زیاد است؛ کاهش سرعت موتور متناسب با سرعت خروجی درایو نخواهد بود و این سبب میشود که سرعت واقعی موتور به نسبت سرعت درایو بیشتر باشد. در این زمان جهت میدان مغناطیسی روتور سیم‌پیچ موتور و سرعت ثابت آن برعکس است. جهت جریان روتور سیم‌پیچ و نیروی القایی الکتروموتور نیز برعکس است. همچنین جهت گشتاور الکترومغناطیس نیز مخالف چرخش موتور و موتور نیز گشتاور منفی خواهد داشت. در این هنگام موتور مانند ژنراتور عمل میکند و سیستم در حالت تخلیه ولتاژ برگشتی ترمز قرار دارد؛ انرژی جنبشی بار موتور به خط DC درایو برمی‌گردد؛ بنابراین ولتاژ باس DC همچنان بالا می‌رود و ممکن است حتی به میزان خطرناکی برسد.
آسانسورهای صنعتی در حین پایین آمدن کابین به علت نداشتن وزنه تعادل همیشه در حالت سقوط آزاد هستند. به همین دلیل، درایو برای کنترل سرعت به هنگام پایین آمدن کابین، همیشه دچار چالش مقابله با ولتاژهای برگشتی خواهد بود.
نقش بریک یویت در مدار
اینرسی بار حامل و توقف‌های آنی باعث ایجاد ولتاژ برگشتی به درایو و متعاقبا بالا رفتن ولتاژ DC باس و حتی آسیب رساندن به IGBT میشود. اینجاست که یونیت ترمز، ولتاژ برگشتی را بوسیله مقاومت ترمز مصرف میکند و مانع آسیب رسیدن به درایو میشود.
حالات توقف موتور به وسیله درایو
درایوها می‌توانند موتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استاپ نمایند. همچنین زمان استارت و استاپ را میتوان بدقت تنظیم کرد. در ادامه این مطلب انواع روش‌ها و حالات مختلف توقف موتور به وسیله درایو را توضیح می‌دهیم.
در این حالت درایو بدون هیچ دخالتی در روند تولید ولتاژ خود، میزان سطح ولتاژ و فرکانس خروجی را با توجه به زمان شیب توقف تنظیم میکند. احتمال ایجاد ولتاژهای برگشتی از سمت موتور در حالتی که زمان کوتاهی برای توقف تنظیم شود، بیشتر خواهد بود.
در این حالت درایو علاوه بر صفر کردن خروجی ولتاژ و فرکانس موتور تا زمان شیب توقف، بسته به میزان پارامترهای تنظیمی مربوطه، ولتاژی همانند برق DC به صورت لحظه‌ای به موتور تزریق کرده که خلاف جهت روند سیکل خروجی درایو است. اثر این ولتاژ همانند ترمزهای ABS باعث ایجاد شوک مغناطیسی در روتور و سیم پیچ‌های موتور شده و از سرعت و اینرسی موجود در حرکت موتور می‌کاهد. هنگام استفاده از این مد توقف باید به میزان تنظیمات پارامترهای مربوطه از جمله سطح ولتاژ DC معکوس و مدت زمان تزریق این ولتاژ توجه داشت تا باعث داغ شدن موتور و صدمه دیدن به ساختار داخلی آن نگردد.
در این حالت درایو بدون هیچ دخالتی در کنترل خروجی خود، پس از دیدن فرمان استاپ، خروجی موتور توسط پایههای UVW را به صورت فیزیکی از مدار خود قطع میکند و موتور و بار را رها میکند تا با اینرسی و اصطکاک مکانیکی سیستم متوقف شوند. چون پایههای موتور از مدارات درایو به صورت الکترونیکی قطع شده‌اند، هر چقدر هم که ولتاژ در موتور ایجاد شود وارد مدارات درایو نمی‌شود و سطح ولتاژ DC BUS درایو تغییر نمی‌کند. این امکان در برخی از اینورترها وجود دارد و عمده مصرف آنها برای راه اندازی موتورهای فن دور بالا با توان‌های بزرگ است.
در برخی درایو ها ولتاژ برگشتی تشخیص داده شده از سمت موتور، بجای آنکه توسط مقاومت ترمز هدر برود توسط بردها و المان‌های مربوطه، مجدد به برق شبکه AC بازگردانده شده و در حقیقت همزمان هم نقش مصرف کننده و هم نقش تولید کننده توسط خاصیت ژنراتوری شدن موتور را ایفا میکنند.
نقش مقاومت ترمز در استاپ واحد ترمز
مقاومت ترمز در واقع یک سیم‌پیچ دور یک هسته سرامیکی است که ولتاژ دور سر خود را تبدیل به حرارت میکند. در طول پروسه خاصیت ژنراتوری موتور، انرژی جنبشی بار موتور به داخل خط DC باز می‌گردد. بنابراین میزان DC ولتاژ همچنان بالا می‌رود و حتی ممکن است که این افزایش به حد خطرناکی برسد. با همه این تفاسیر حتما می‌بایست که انرژی بازگشتی به خط DC به نحوی مصرف شود تا میزان ولتاژ DC در محدوده مجاز خود باقی بماند. در اینجاست که مقاومت ترمز وظیفه مصرف انرژی این بخش را بر عهده می‌گیرد و مانع از آسیب رسیدن به دستگاه میشود. میزان ولتاژ ایجاد شده در موتور توسط واحد یونیت ترمز تشخیص داده شده و این ولتاژ مازاد را به دو سر پایههای مقاومت ترمز می‌رساند تا مقاومت ترمز همانند المنت این مقدار از ولتاژ را مصرف کرده و تبدیل به حرارت کند.
مراحل فرایند استاپ یونیت ترمز و مقاومت ترمز
- زمانیکه موتور توسط یک عامل خارجی کند میشود، موتور درحالت ولتاژ برگشتی قرار می‌گیرد. جریان سه فاز AC تولید شده توسط موتور به وسیله یک برد کنترل کامل سه فاز متشکل از شش عدد ترانزیستور یکسو میشود؛ بنابراین ولتاژ DC باس درایو متناوبا افزایش پیدا میکند.
- وقتی‌که ولتاژ DC به میزان معینی می‌رسد (ولتاژ شروع یونیت ترمز)، دکمه یونیت ترمز روشن میشود و جریان وارد قسمت ترمز میشود.
- مقاومت ترمز ولتاژ برگشتی را جذب میکند و در ازای آن حرارت تولید میکند.
- زمانیکه ولتاژ DC باس به میزان معینی کاهش پیدا میکند، دکمه توان یونیت ترمز خاموش میشود. در این زمان، هیچ گونه جریان ترمزی وارد مقاومت نمی‌شود و مقاومت ترمز فرصت خنک شدن پیدا میکند.
- زمانیکه ولتاژ DC باس دوباره افزایش یافته و یونیت ترمز را وادار به فعالیت میکند، تمامی مراحلی که در بالا ذکر شد دوباره تکرار میشود تا ولتاژ باس را متعادل کند و سیستم عملکرد نرمالی داشته باشد.
انتخاب چاپر درایو و مقاومت ترمز
یونیت ترمز بر اساس توان درایو انتخاب میشود و معمولا یک رنج بزرگتر از توان اینورتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. ولی انتخاب مقاومت ترمز به چند فاکتور نیاز دارد.
اول اینکه هر شرکت سازنده‌ای، در کاتالوگ محصول خود جدول مخصوصی مربوط به مشخصات اهم و وات مورد نیاز برای مقاومت ترمز درایو مربوطه را تعیین میکند. این به آن معنا نیست که این مشخصات برای هر پروژه و مصرف کننده‌ای یکنواخت است. شرکت‌ها معمولا کاربری درایوها را در حالت نرمال تصور کرده و مقاومت ترمز مورد نیاز را بر همین اساس تعیین میکنند. در برخی اپلیکیشن‌ها همانند آسانسور، جرثقیل و تاور و یا حرکت واگن‌ها در صنایع ریلی و معادن، بخاطر مدت زمان زیادی که مقاومت‌ها درگیر تخلیه ولتاژهای برگشتی از سوی موتور هستند، حتما و حتما باید از مقاومتی با ساختار و متریال مناسب استفاده کرد. همچنین استفاده از مقاومت با وات بالاتر به نسبت جدول تعیین شده از سوی شرکت سازنده درایو، امری ضروری است. در این شرایط، برای انتخاب یک مقاومت ترمز مناسب علاوه بر توان درایو و اهم مقاومت طبق لیست، به فاکتورهای بیشتری مثل مدت زمان درگیری مقاومت ترمز با ولتاژ برگشتی موتور، میزان فشار ایجاد شده بر موتور جهت پیش بینی ایجاد اینرسی در آن و البته نوع ساختار و متریال مقاومت ترمز و نحوه خنک سازی آن، نیاز است.
انواع مقاومت های ترمز درایو
مقاومت ترمز سرامیکی یکی از رایج ترین مقاومت‌ها جهت تخلیه ولتاژ اضافی برای اینورتر است. این رزیستورها از سیم‌های مخصوصی که به دور هسته سرامیکی پیچیده شده‌اند ساخته می‌شوند. سیم‌های برخی از مقاومت‌های ترمز سرامیکی به صورت لاک اندود شده هستند و برخی از مقاومت‌های دیگر از سیم‌های مخصوصی که شکل فنری دارند و دور یک هسته سرامیکی پیچیده شده‌اند ساخته می‌شوند که بخاطر شکل فنری شدن سیم‌ها، طول مقاومت ترمز به نسبت مدل‌های ساده و لاکی کوچکتر است و عمر آنها در مقابل حرارت و تغییرات دما در اثر پاشش احتمالی آب در محیط، به نسبت مقاومت ترمز سرامیکی لاکی بسیار مقاوم‌تر هستند.
از مقاومت ترمز سرامیکی در مواقعی که میزان تخلیه ولتاژهای برگشتی، زیاد بوده و به صورت مکرر اتفاق می‌افتد استفاده میشود و امکان ساخت آن درگستره توانی بسیار بالا میسر می باشد.
در پروژه‌هایی مثل آسانسور، جرثقیل و تاور میتوان از مقاومت ترمز سرامیکی استفاده نمود.
در اینگونه مقاومت‌ها نیز از یک سیم پیچ که دور یک هسته پیچیده شده استفاده شده است؛ با این تفاوت که داخل یک پوسته آلومینیومی قرار می‌گیرد و توسط چسب و سیلیکون عایق‌بندی میشود. مقاومت ترمز آلومینیومی به نسبت مقاومت ترمز سرامیکی دارای درجه حفاظت IP بالاتری است و در صورت سوختن در اثر ولتاژ برگشتی بالا دچار اتصال کوتاه نمیگردد؛ ولی امکان تخلیه ولتاژ ماکزیمم زیر 25 ثانیه را دارد. لذا جهت کاربری‌های سبک مانند نوار نقاله، صنایع چوب و برش و از این قبیل پروژه‌ها که خیلی اتفاقی موتور دچار خاصیت ژنراتوری میشود، کاربرد دارد.
هزینه ساخت مقاومت ترمز آلومینیومی به نسبت مقاومت ترمز سرامیکی بالاتر هست و حتما جهت انتخاب نوع و رنج مقاومت ترمز مورد نیاز، باید نسبت به کاربری و توان و مشخصات آنها مطلع باشید.
