الکتروموتورهای سه فاز در تمامی صنایع و در بخش‌های گوناگون اعم از پمپ‌ها، فن‌ها، بالابرها، تاورکرین، نوار نقاله، صفحه گردان و… کاربرد دارند. از طرفی راه‌اندازی و کنترل سرعت آنها، مورد توجه اپراتور بوده و بر این اساس روش‌های مختلفی برای راه‌اندازی و کنترل سرعت آنها ارائه شده است. در نهایت مسئله توقف بار و الکتروموتور در درجه سوم اهمیت، برای اپراتور قرار می‌گیرد. استفاده از درایوهای کنترل دور موتور موسوم به اینورتر در بازار برق جهان و به خصوص ایران از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است؛ به طوری که با توجه به رنج قیمتی متفاوت و برندهای مختلف، امروزه استفاده از این تجهیز بر همه روش‌های ممکن برای راه‌اندازی و کنترل الکتروموتورها، اولویت دارد. اینورتر ها اگرچه بر مبنای کنترل فرکانس و ولتاژ کار می‌کنند؛ اما به خوبی توانسته‌اند سه بخش اساسی راه‌اندازی، کنترل سرعت_گشتاور و در نهایت توقف الکتروموتورها را بر عهده بگیرند. اینورتر ها دارای انواع مختلف تجهیزات جانبی هستند که یکی از آنها مقاومت ترمز است. همانگونه که از اسم این تجهیز پیداست؛ از مقاومت ترمز برای توقف الکتروموتورها استفاده می‌کنیم. در این مقاله قصد داریم تا شما را با این تجهیز، نحوه محاسبه و نصب آن آشنا نماییم. با ما همراه باشید.
مقاومت ترمز چیست؟
مقاومت ترمز از جمله تجهیزات جانبی اینورتر بوده که در داخل یا خارج دستگاه، برحسب میزان مقاومت (اهم) و توان دستگاه درایو (وات) نصب می‌شود. مقاومت ترمز همانند مقاومت‌های ساده الکتریکی بوده که انرژی الکتریکی را بر اساس نوع ساخت و موارد فیزیکی به انرژی حرارتی تبدیل می‌کند. شکل مقاومت ترمز اینورتر شباهتی با مقاومت‌های الکترونیکی نداشته اما کاربرد آن یکسان و تعداد پایه‌های آن نیز ۲ عدد است. لازم به ذکر است که تمامی مقاومت ترمزهای موجود در بازار برای ولتاژ DC استفاده می‌شوند.
کاربرد مقاومت ترمز در اینورتر چیست؟
در زمانی که دستور توقف الکتروموتور توسط اینورتر صادر می‌شود؛ جدای زمان توقف (Deceleration Time) در نظر گرفته‌شده؛ فرآیند توقف، الکتروموتور شما را از حالت مصرف‌کننده انرژی الکتریکی وارد حالت تولیدکننده انرژی می‌کند. حال این انرژی تولیدشده باید به گونه‌ای مصرف شود. از آنجایی که بأس های DC درایو عموماً نمی‌توانند این میزان جریان را در بخش خازنی بپذیرند؛ لاجرم لازم است تا این انرژی تخلیه و مصرف شود. اگر دقت کنید؛ در زمانی که بار متصل به شفت با اینرسی بالا یا گشتاور ثابت موجود داشته باشید؛ اما مقاومت ترمز نداشته باشید. در زمان توقف درایو شما دچار مشکل شده و خطای اضافه ولتاژ در بأس DC یا در اینورتر می‌دهد. این خطا ناشی از همان اضافه ولتاژی است که به خازن‌های بأس DC اعمال می‌شود. بر همین اساس برای از بین بردن این انرژی از مقاومت ترمز استفاده می‌کنیم و این انرژی را به انرژی حرارتی تبدیل می‌کنیم. دقت داشته باشید که اگر درایو شما این تابع حفاظتی خطای اضافه ولتاژ را نداشته باشد؛ دستگاه دچار مشکل شده و به احتمال زیاد IGBT شما خواهد سوخت. برای آشنایی بیشتر با اینورتر های کنترل دور و یادآوری در خصوص سیستم آنها می‌توانید نگاهی به مقاله آشنایی با انواع اینورتر ها ، طریقه نصب و کاربرد آن بیاندازید.
کاربرد مقاومت ترمز را می‌توان در هر پروژه‌ای که با بارهای سنگین، اینرسی و گشتاور ثابت طرف هستیم؛ به خوبی مشاهده کنیم. از مقاومت ترمزها در بالابرها، تاورکرین ها، جرثقیل‌ها، آسانسورها، پله برقی‌ها، نوار نقاله‌ها و … که دارای بارهای متغیر بوده‌اند و باید سرعت و گشتاور ثابتی داشته باشیم؛ استفاده می‌کنیم.
انواع مقاومت ترمز اینورتر
مقاومت ترمز اینورتر را می‌توان از منظرهای مختلفی دسته‌بندی کرد. به طور کلی مقاومت ترمز را می‌توان از نظر جنس مواد سازنده، توان، میزان تلفات و کاربرد آن دسته‌بندی کرد.
– انواع مقاومت ترمز بر اساس جنس مواد سازنده
مقاومت ترمزهای موجود در بازار از نظر جنس دو نوع‌اند: سرامیکی و آلومینیومی. نمونه آلومینیومی برای رنج توانی پایین کاربرد داشته و جنس سرامیکی برای توان‌های بالاتر و عملیات‌های بیشتر کاربرد دارد. نمونه آلومینیومی برای کاربری‌هایی با توقف یا کاهش سرعت به دفعات کمتر مانند نوار نقاله مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقاومت ترمز آلومینیومی در صورتی که در زیر بار نامی قرار به گیره، معمولاً بعد از حدود ۲۵ ثانیه به حداکثر دمای نامی می‌رسد. در مقابل با مقاومت ترمز سرامیکی می‌توان عملیات‌های تجهیزاتی همچون جرثقیل، پله‌برقی، بالابر و تاورکرین را بهبود و راه‌اندازی کرد. مقاومت ترمز سرامیکی دارای درجه حفاظتی بالا بوده و می‌توان از آن در محیط‌های آلوده، مرطوب و به طور کلی فضای باز استفاده کرد. همچنین این مدل دارای تبادل گرمایی بهتری با محیط، نسبت به نمونه سرامیکی است. در مقابل، در نمونه سرامیکی به دلیل وجود گام‌های سیم پیچی بر روی مقاومت ترمز، باید آن را در یک فضای در بسته عاری از آلودگی با تهویه مناسب قرار دهیم. مورد آخری که باید به آن اشاره کنیم؛ هزینه خرید این دو نوع مقاومت است و باید بگوییم که قیمت مقاومت ترمز آلومینیومی به دلیل مواردی که گفته شد؛ گران‌تر از مقاومت ترمز سرامیکی می‌باشد.
– انواع مقاومت ترمز بر اساس توان نامی
مقاومت‌ها نیز بر اساس میزان انرژی الکتریکی که باید به حرارت تبدیل کنند، دارای توان هستند و برای هر اینورتر حداقل یک توان برای نصب مقاومت ترمز وجود دارد که باید مقاومت خود را در آن توان یا بالاتر از آن تهیه کند. همچنین می‌توانید توان رزیستور خود را به‌صورت حدودی محاسبه نمایید که در ادامه مقاله به آن خواهیم پرداخت.
– انواع مقاومت ترمز بر اساس میزان تلفات
واحد اندازه‌گیری مقاومت بر اساس میزان تلفات اهم (Ω) می‌باشد. اهم عبارت است از نسبت ولتاژ به جریان. با توجه به اینکه هر اینورتر دارای یک توان نامی بوده و همچنین هر الکتروموتور دارای یک توان نامی می‌باشد؛ پس ولتاژ بأس DC هم برای هر اینورتری قطعاً متفاوت است. با انجام محاسباتی که در ادامه مقاله خواهیم گفت باید بگوییم که بر این اساس مقاومت ترمزهای مختلفی در بازار بر اساس اهم‌های متفاوت وجود دارد.
– انواع مقاومت ترمز بر اساس کاربرد
باتوجه به آنچه که در قسمت اول عنوان شد؛ برای خرید یک مقاومت مناسب علاوه بر اینکه باید اطلاعاتی از پلاک موتور و پلاک اینورتر داشته باشید؛ لازم است بدانید که الکتروموتور شما برای چه کاری استفاده می‌شود. آیا بار متصل به آن گشتاور ثابت است یا متغیر؟ آیا لازم است دائم روشن و خاموش شود یا خیر؟ آیا توقف باید به سرعت اتفاق بیافتد یا می‌تواند زمان بر باشد؟ همه این موارد نیازمند پاسخ است تا بر اساس آن مقاومت مناسب انتخاب شود. مقاومت مورداستفاده برای یک پروژه نوار نقاله می‌تواند سرامیک باشد در حالیکه در یک پروژه دیگر با توجه به کاری که انجام می‌شود؛ باید مقاومت آلومنیومی را انتخاب کرد. برای مثال پیشنهاد می‌شود که برای موارد معمولی از مقاومت ترمز آلومنیومی و برای مواردی که موتور زیاد روشن و خاموش می‌شود یا گشتاور ثابت داریم؛ مانند جرثقیل و آسانسور استفاده از مقاومت ترمز سرامیکی لازم است.
نحوه محاسبه مقاومت ترمز اینورتر
برای انتخاب مقاومت ترمز اعم از سرامیکی یا آلومینیومی باید دو پارامتر را در اختیار داشت: توان و مقاومت اهمی.
برای محاسبه این دو باید مولفه‌های مختلفی را در نظر گرفت. این مولفه ها عبارت اند از :
الف) اطلاع داشتن از نوع بار ترمزی
ب) نوع توقف و کاهش سرعت الکتروموتور
ج) سیکل استفاده از مقاومت ترمز ( چند بار و در طی چه مدت زمانی عملیات ترمز انجام می شود)
د) حداکثر ولتاژ باس دی سی تغذیه اینورتر
ه) توان میانگین و ماکزیمم ترمز که متناسب با توان اینورتر شماست
و) بازده الکتروموتور و اینورتر
به دست آوردن تمامی این اطلاعات ممکن است زمان بر و یا دقیق نباشد. در همین راستا ما برای محاسبه هرکدام از این دو مؤلفه، فرمول‌های ساده‌تری را ارائه می‌کنیم.
– محاسبه توان مقاومت ترمز
با استفاده از فرمول زیر می توان به راحتی توان تقریبی مقاومت را بدست آورد:
توان بار معمولاً همان توان نامی موتور در نظر گرفته می‌شود. البته این احتمال وجود دارد که میزان توان بار در لحظه ترمز کمتر یا بیشتر از توان نامی موتور باشد که در غیر اینصورت برای حالتی که بیشتر از توان نامی است؛ باید اطلاعات موجود بر روی پلاک الکتروموتور را به دقت خواند.
عدد 1.5 به ضریب اطمینان معروف است.
در نهایت ضریب µ به ضریب کاربری معروف است که بر حسب درصد بیان شده و برای هر کاری متفاوت است. مقدار این ضریب به شرح زیر است:
الف) برای کارهایی که به ندرت مقاومت ترمز وارد مدار می شود: 5%
ب) برای کار های عادی و متداول: 10%
ج) برای آسانسورها: 15%
د) برای سانتریفیوژ ها: 20%
ه) برای حرکت طولی جرثقیل: 20%
و) برای حرکت افقی یا همان قلاب جرثقیل ( با فرض ارتفاع بیش از 100 متر): 40%
ز) برای رول ها (جمع کن و باز کن): بین 50% تا 60%
مثال: فرض کنید یک کرین (جرثقیل) دارید که موتوری 30 کیلووات بر روی آن قرار دارد. توان مقاومت ترمز برای این دستگاه عبارت است از: 1.5×40%×30 که برابر است با 18 کیلووات.
– محاسبه مقدار اهم مقاومت ترمز
پس از محاسبه توان، باید مقدار اهمی مقاومت محاسبه شود. همانگونه که می‌دانید محاسبه مقاومت بر اساس نسبت ولتاژ به جریان است. در نتیجه برای محاسبه مقاومت از رابطه زیر استفاده می‌کنیم:
ولتاژ DC در فرمول بالا برای اینورتر هایی با ورودی 380 ولت سه فاز برابر 700 ولت DC و برای اینورترهایی با ورودی 220 ولت تکفاز برابر 380 ولت DC می‌باشد.
مثال: برای همان جرثقیل مثال بالا که الکتروموتوری 30 کیلوواتی داریم؛ مقدار اهم مقاومت ترمز برابر است با 16.33 اهم.
دقت شود که در نهایت اگرچه ما توان و مقاومت را محاسبه می‌کنیم؛ اما لازم است تا به دفترچه اینورتر رجوع و با مقدار قید شده در جدول انتخاب مقاومت مقایسه کنیم. شرکت تولید کننده اینورتر، باتوجه به IGBT که برای دستگاه قرارداده، مقدار مینیمم مقاومت ترمز برای آن توان نامی را مشخص کرده است. در نتیجه، توجه داشته باشید که اگر مقاومت ترمز خریداری‌شده توسط شما، کمتر از میزان عنوان‌شده باشد؛ در این صورت احتمال آسیب IGBT اینورتر شما بالاست.
جدول مقاومت ترمز اینورتر
به منظور ساده‌تر شدن کار و محاسبات، عموم شرکت‌های تولیدکننده اینورتر اعم از LS، HYUNDAI، CHiNT، Danfoss، iMaster، توان و… در دفترچه راهنمای نصب و تنظیمت دستگاه، جدولی به شکل زیر قرار داده‌اند که بر اساس مواردی چون ولتاژ ورودی، توان اینورتر، میزان ترمز و … میزان توان و اهم مقاومت ترمز را مشاهده و اقدام به خریداری نمایید. برای مثال در شکل زیر جدول انتخاب مقاومت ترمز برای اینورتر سری iG5A برند LS را مشاهده می‌کنید:
نحوه سیم بندی ترمز اینورتر
برای نصب مقاومت ترمز در ابتدا باید به دفترچه راهنمای نصب اینورتر مراجعه کرد. وارد بخش معرفی ترمینال‌ها و سیم بندی شوید. در قسمت معرفی ترمینال‌های قدرت، تصویر ترمینال‌های قدرت اینورتر شما قرار داده‌شده است. دو ترمینال از جمیع ترمینال‌های قدرت موجود، متعلق به نصب مقاومت ترمز می‌باشد. اتصال مقاومت ترمز در اینورتر، قواعد و قوانین آن دقیقاً مشابه قراردادن مقاومت در یک مدار الکتریکی است. بر همین اساس تفاوت نمی‌کند که کدام پایه مقاومت به کدام ترمینال مخصوص مقاومت ترمز اینورتر وصل شود. تصویر زیر محل اتصال مقاومت ترمز در یک اینورتر را نشان می‌دهد:
همچنین قواعد سری و موازی کردن مقاومت‌ها و محاسبه مقدار اهمی آنها مشابه با حالت استفاده از مقاومت‌های سری و موازی در سیستم‌های الکترونیک است. چنانچه مقاومت‌ها را سری قرار دهید؛ مقاومت کل برابر مجموع مقاومت‌ها و اگر به صورت موازی قرار دهید اهم مقاومت ترمز مجموع ، برابر با اهم یک مقاومت تقسیم‌بر تعداد مقاومت‌هاست.
کلام آخر
در این مقاله به طور کامل به معرفی مقاومت ترمز، نحوه محاسبه و نصب آن پرداختیم. شما می‌توانید سؤالات و نظرات خود را در ذیل این مقاله عنوان نموده و یا با برقراری تماس با کارشناسان فنی برق و انرژی مشاوره گرفته و محصول یا اطلاعات مورد نظر خود را درزمینهٔ این محصول دریافت نمایید. انرژی در دستان تو!
