استفاده از مقاومت ترمز اینورتر
در سیستمهای اتوماسیون صنعتی، کنترل سرعت الکتروموتور بر عهده اینورتر است؛ اما چالش اصلی زمانی آغاز میشود که نیاز به توقف سریع یا کنترل بارهای لخت داشته باشیم. در این لحظه، موتور به یک ژنراتور تبدیل شده و انرژی را به سمت درایو بازمیگرداند. استفاده از مقاومت ترمز اینورتر تنها راه نجات درایو از خطای اضافه ولتاژ و جلوگیری از آسیب به خازنها و IGBTهای حساس است. در این مقاله، از صفر تا صد ضرورت، انواع و نحوه محاسبات این قطعه حیاتی را بررسی میکنیم.
مقاومت ترمز اینورتر چیست و چگونه عمل میکند؟
مقاومت ترمز اینورتر یک قطعه مصرفکننده انرژی الکتریکی است که به خروجی بخش DC درایو متصل میشود. وظیفه اصلی این قطعه، تبدیل انرژی الکتریکی بازگشتی از سمت موتور به انرژی گرمایی و دفع آن در محیط است.
زمانی که فرمان توقف صادر میشود یا سرعت موتور به طور ناگهانی کاهش مییابد، انرژی جنبشی موجود در محور (شافت) موتور به یکباره از بین نمیرود. بر پایه قوانین فیزیک، این انرژی به صورت الکتریکی به سمت درایو بازمیگردد. چنانچه مقاومت ترمز وجود نداشته باشد، ولتاژ لینک DC درایو از بازه مجاز فراتر رفته و موجب آسیب به اینورتر یا فعال شدن مدارهای حفاظتی و توقف ناگهانی سیستم (خطای OV) میشود.
تسلط بر نحوه عملکرد این قطعه، زمانی معنا پیدا میکند که شما با اصول کلی کارکرد خودِ دستگاه درایو آشنا باشید. برای درک بهتر چگونگی تعامل موتور و درایو در لحظه شروع به کار، مطالعه روشهای راه اندازی موتور با اینورتر پیشنهاد میگردد.
بیشتر بدانید ⇐ روش های راه اندازی موتور با اینورتر
واحد ترمز چیست و چه تفاوتی با مقاومت ترمز دارد؟
بسیاری از کاربران این دو را با هم اشتباه میگیرند. در اینورترهای توان پایین (اغلب زیر ۱۵ یا ۲۲ کیلووات)، مداری به نام چاپر ترمز داخلی وجود دارد و شما فقط مقاومت را به ترمینالهای P و B متصل میکنید. اما در توانهای بالا، درایو فاقد مدار داخلی برای تخلیه انرژی است. در این حالت، شما باید یک دستگاه واسط به نام واحد ترمز تهیه کنید. واحد ترمز در واقع کلیدی است که تشخیص میدهد ولتاژ DC چه زمانی بالا رفته و مسیر انتقال انرژی به سمت مقاومت ترمز را باز میکند.
انرژی برگشتی چگونه به اینورتر آسیب میزند؟
زمانی که موتور تحت بار سنگین یا در سراشیبی قرار دارد، سرعت چرخشی آن از فرکانس خروجی اینورتر فراتر میرود. در این حالت، موتور در وضعیت ژنراتوری قرار میگیرد. این انرژی برگشتی باعث شارژ بیش از حد خازنهای لینک DC میشود که پیامدهای مخربی برای درایو به همراه دارد.
مهمترین آسیبهای ناشی از ولتاژ برگشتی عبارتند از:
- آسیب به IGBT: نیمههادیهای قدرت اینورتر توانایی تحمل ولتاژ بالاتر از حد نامی را ندارند و ممکن است در صدم ثانیه دچار سوختگی شوند.
- کاهش طول عمر خازنها: فشار دائمی ولتاژ بالا، باعث لرزش، خشک شدن الکترولیت خازنها و در نهایت خرابی پیش از موعد آنها میگردد.
انتخاب صحیح و خرید اینورتری که با ویژگیهای فنی سیستم شما سازگار باشد، اولین قدم در جلوگیری از بروز چنین آسیبهایی است. در این میان، برخی برندهای معتبر نظیر اینورتر تتا (TETA) با بهرهگیری از تکنولوژیهای حفاظتی پیشرفته، مقاومت بالایی در برابر نوسانات ولتاژ و انرژی برگشتی از خود نشان میدهند. برای بررسی دقیق مشخصات فنی این تجهیزات و مشاهده لیست قیمت مدلهای مختلف، میتوانید از بخش محصولات ما دیدن کنید.
انواع مقاومت ترمز اینورتر از نظر ساختار
انتخاب نوع فیزیکی مقاومت، به طور مستقیم به محل نصب و شدت گرمای تولید شده بستگی دارد. به طور کلی در بازار ایران، با دو مدل اصلی از این تجهیزات مواجه هستیم که هر کدام ویژگیهای منحصر به فردی دارند.
مقاومت ترمز آلومینیومی (Aluminum Housed)
این مدل که به مقاومتهای کتابی نیز شهرت دارد، درون یک پوسته آلومینیومی مستحکم قرار گرفته است. آلومینیوم به دلیل ضریب انتقال حرارت بالا، گرما را با سرعت بالایی دفع میکند. از مزایای این مقاومت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- دارای درجه حفاظت (IP) بالاتر و مقاوم در برابر لرزش.
- ابعاد کوچکتر و نصب آسان در فضاهای محدود تابلو برق.
- انتخابی ایدهآل برای توانهای پایین و محیطهایی با رطوبت یا گرد و غبار متوسط.
مقاومت ترمز سرامیکی یا توری (Wirewound Resistor)
در توانهای بسیار بالا (بالای ۱۰ یا ۱۵ کیلووات)، از مقاومتهای سیمی با روکش سرامیکی یا مقاومتهای توری در داخل باکسهای فلزی بزرگ استفاده میشود. از مزایای آن تحمل دمایی بسیار بالا و قیمت اقتصادیتر در توانهای بالا است و در صنایع سنگین مثل جرثقیلهای غولپیکر و سانتریفیوژهای صنعتی که در آنها حجم انرژی برگشتی بسیار زیاد است، کاربرد دارد.
محاسبات مقاومت ترمز اینورتر
اگرچه برای پروژههای فوقحساس از نرمافزارهای شبیهساز استفاده میشود، اما برای اکثر کاربریهای صنعتی میتوانید از فرمول تجربی زیر برای به دست آوردن توان تقریبی مقاومت استفاده کنید:
Presistor= 1.5 × µ × Pmotor
توان موتور Pmotor: اغلب توان نامی موتور در نظر گرفته میشود؛ اما دقت کنید اگر در لحظه ترمز، بار روی موتور بیشتر از توان نامی باشد، باید عدد واقعی بار را جایگذاری کنید.
ضریب ثابت 1.5: این عدد به عنوان یک ضریب اطمینان (Safety Factor) جهت تضمین پایداری مقاومت در برابر تنشهای حرارتی در نظر گرفته میشود.
ضریب µ (سیکل کاری): این پارامتر به طور مستقیم بستگی به نوع کاربری دستگاه شما دارد و نشان میدهد که در یک چرخه کاری، موتور چند درصد از زمان را در حالت ترمز سپری میکند.
| مقدار µ (%) | کاربری |
| 5 | استفاده کم |
| 10 | کارهای معمولی |
| 15 | آسانسور |
| 20 | سانتریفیوژ و حرکت طولی جرثقیل |
| 40 | حرکت قلاب جرثقیل |
| 50-60 | دستگاه رول جمع کن |
با توجه به جدول بالا و اهمیت ضریب سیکل کاری در انتخاب مقاومت، استفاده از اینورتری که مدیریت ترمز پیشرفتهای داشته باشد ضروری است. یکی از برندهای پیشرو که در پروژههای سنگین (مانند جرثقیل و سانتریفیوژ) عملکرد موفقی از خود نشان داده، برند یولیکو است.
محاسبه مقاومت برای موتور آسانسور
فرض کنید یک موتور آسانسور با توان 6.1 کیلووات داریم که نیاز به ترمزگیری دارد. با فرض ضریب اشتغال (سیکل کاری) 15 درصد، محاسبه به شرح زیر است:
P= 1.5 ×15% × 6.1=1.3725 Kw
طبق این محاسبات، توان مقاومت ترمز مورد نیاز شما در حدود 1.37 کیلووات خواهد بود.
نکته بسیار مهم: توجه داشته باشید که این فرمول یک مقدار تقریبی و بهینه را به شما میدهد. برای دستیابی به مقدار نهایی و دقیق، باید پارامترهای متغیری نظیر کیفیت متریال مقاومت، ولتاژ لینک DC و جریان لحظهای ورودی به موتور را نیز در محاسبات تخصصی لحاظ کرد.
توان (وات) مقاومت نباید کمتر از مقدار محاسبه شده باشد، اما اهم آن باید دقیقا مطابق با دفترچه راهنمای اینورتر انتخاب شود.
برای درک بهتر رابطه بین توان درایو و مقادیر پیشنهادی مقاومت، در جدول زیر مشخصات فنی برخی از مدلهای محبوب اینورتر تکو را آوردهایم که پارامترهایی مثل توان، مقاومت و … که بیان شده، در محاسبات مقاومت ترمز و راه اندازی آنها به کار میرود.
| Ω | Watt | HP | KW | Models | |
| 200 | 60 | 0.5 | 0.37 | 2P5 | 220V |
| 200 | 60 | 1 | 0.75 | 201 | 220V |
| 100 | 150 | 2 | 1.5 | 202 | 220V |
| 750 | 60 | 1 | 0.75 | 401 | 380V |
| 400 | 150 | 2 | 1.5 | 402 | 380V |
| 250 | 200 | 3 | 2.2 | 403 | 380V |
| 150 | 300 | 5 | 3.7 | 405 | 380V |
نصب و سیمکشی مقاومت ترمز اینورتر
نصب فیزیکی مقاومت ترمز به اندازه انتخاب آن مهم است. به دلیل تولید حرارت بالا، رعایت موارد زیر الزامی است:
- نصب عمودی: مقاومتها باید طوری نصب شوند که جریان هوا به راحتی از بین پرههای آنها عبور کند.
- فاصله از تجهیزات حساس: مقاومت ترمز را هرگز زیر خود اینورتر یا کنار کابلهای شبکه نصب نکنید؛ گرمای آن میتواند باعث ذوب شدن روکش کابلها شود.
- استفاده از کابل نسوز: سیمکشی بین درایو و مقاومت به طور حتم باید با کابلهای دارای تحمل دمایی بالا انجام شود.
در چه صنایعی استفاده از مقاومت ترمز الزامی است؟
استفاده از مقاومت ترمز در تمام پروژهها اجباری نیست، اما در صنایعی که از ترکیب الکتروموتور و گیربکس صنعتی استفاده میکنند و با توقفهای سریع، تغییر جهتهای ناگهانی یا بارهای دارای اینرسی بالا سر و کار دارند، حذف این قطعه به معنای توقف کامل خط تولید خواهد بود. در ادامه، صنایعی که بیشترین نیاز را به انواع مقاومت ترمز دارند بررسی میکنیم:
سیستمهای بالابری و جابهجایی (آسانسور، پلهبرقی و جرثقیل)
در این صنایع، ما با بار کششی روبرو هستیم. وقتی جرثقیل یا آسانسور باری را به سمت پایین حرکت میدهد، وزن بار باعث میشود موتور سریعتر از فرکانس اینورتر بچرخد. در این حالت موتور، تبدیل به یک ژنراتور شده و سیل عظیمی از انرژی را به سمت اینورتر برمیگرداند. بدون مقاومت ترمز، اینورتر برای محافظت از خود خطای Over Voltage داده و ترمز مکانیکی را رها میکند که میتواند منجر به سقوط بار شود.
سانتریفیوژهای صنعتی و فنهای بزرگ
دستگاههایی مثل سانتریفیوژ در صنایع غذایی یا شیمیایی، دارای مخازن سنگینی هستند که با دور بالا میچرخند. این اجسام «اینرسی» یا لختگی بسیار بالایی دارند؛ یعنی تمایل دارند به چرخش خود ادامه دهند. اگر بخواهید این مخزن را در ۳۰ ثانیه متوقف کنید، انرژی جنبشی آن باید جایی تخلیه شود. استفاده از مقاومت ترمز اینورتر اینجا نقش حیاتی ایفا میکند تا این انرژی را به حرارت تبدیل کرده و زمان توقف را به حداقل برساند.
نوار نقالهها (کانوایر) و پلههای برقی در سطوح شیبدار
در معادن یا کارخانههای سیمان، نوار نقالههایی وجود دارند که مواد را از ارتفاع به سمت پایین منتقل میکنند. در اینجا نیروی گرانش زمین، موتور را میکشاند. برای اینکه نوار نقاله با سرعت کنترل شده حرکت کند، اینورتر باید مدام ترمز بگیرد. انرژی حاصل از این ترمز دائمی، اگر توسط مقاومت دفع نشود، در کمتر از چند دقیقه باعث سوختن درایو میشود. در واقع در این سیستمها ترمز ناگهانی بدون مقاومت، ضربههای مکانیکی شدیدی ایجاد میکند که این ضربات مستقیما بر روی هوزینگ و بلبرینگ و رولبرینگ فشار آورده و باعث خرد شدن ساچمههای آن در دراز مدت میشود.
ماشینآلات چاپ، بستهبندی و نساجی
در این صنایع، دقت در توقف (Stop) و تغییر جهت (Reverse) حرف اول را میزند. برای اینکه یک دستگاه چاپ بتواند به طور دقیق در نقطه تعیین شده بایستد یا به سرعت جهت چرخش غلتکها را عوض کند، نیاز به تخلیه لحظهای انرژی دارد. مقاومت ترمز با جذب این انرژی، اجازه میدهد تا موتور در کسری از ثانیه و با دقت میلیمتری متوقف شود.
دستگاههای پلهبرقی و ماشینهای تراش CNC
در دستگاههای تراش که اسپیندل با دور بسیار بالا میچرخد، برای تعویض قطعه کار یا ابزار، نیاز به توقف سریع است. بدون مقاومت ترمز، اپراتور باید مدت زیادی منتظر بماند تا موتور با اصطکاک طبیعی بایستد که این موضوع باعث اتلاف وقت و کاهش بهرهوری تولید میشود.
عواقب استفاده نکردن از مقاومت ترمز (خطای Over Voltage)
اگر در سیستمهایی که ذکر شد از مقاومت ترمز استفاده نکنید، با مشکلات زیر روبرو خواهید شد:
- توقف غیرمنتظره: اینورتر با نمایش خطای OV (اضافه ولتاژ) متوقف شده و تا زمانی که ریست نشود، اجازه کار نمیدهد.
- آسیب به سختافزار: فشار ولتاژ برگشتی به مرور زمان باعث ترکیدن خازنهای الکترولیت لینک DC و سوختن پل دیود ورودی میشود.
- عدم کنترل بر بار: در بارهای سنگین، اینورتر کنترل خود را روی سرعت موتور از دست میدهد که این موضوع میتواند باعث بروز حوادث جانی و مالی در محیط کارگاه شود.
سخن پایانی
در دنیای اتوماسیون، استفاده از مقاومت ترمز اینورتر یک هزینه اضافی نیست، بلکه یک سرمایهگذاری هوشمندانه برای حفاظت از گرانقیمتترین بخش تابلو برق شما، یعنی اینورتر است. انتخاب درست بین مقاومت آلومینیومی یا سرامیکی و محاسبه دقیق میزان اهم و وات، مرز بین یک سیستم پایدار و یک خط تولید پر از وقفه و خطا را تعیین میکند. محاسبه مقاومت ترمز یک فرآیند حساس است که اشتباه در آن میتواند به قیمت سوختن IGBT اینورتر تمام شود. متخصصین ما در شهباز موتور آمادهاند تا با بررسی دقیق پلاک موتور و کاربری شما، دقیقترین مقاومت ترمز را پیشنهاد دهند. برای خرید و دریافت مشاوره رایگان با ما در تماس باشید.
سوالات متداول
از کجا بفهمیم که اینورتر ما به مقاومت ترمز نیاز دارد؟
اگر در هنگام توقف موتور یا کاهش سرعت، درایو شما با خطای (Over Voltage :OV) مواجه میشود و یا اگر بار شما اینرسی بالایی دارد (مثل فنهای بزرگ) یا ماهیت کششی دارد (مثل بالابر)، نصب مقاومت ترمز برای شما الزامی است.
اگر اهم مقاومت را کمتر از مقدار پیشنهادی کاتالوگ انتخاب کنیم چه میشود؟
این کار بسیار خطرناک است! کم بودن اهم باعث عبور جریان بیش از حد از مدار ترمز داخلی (Chopper) اینورتر میشود و در همان اولین ترمزگیری، باعث سوختن بخش قدرت درایو خواهد شد. همیشه طبق جدول استاندارد کاتالوگ عمل کنید.
چرا مقاومت ترمز بیش از حد داغ میشود؟
داغ شدن مقاومت تا حدودی طبیعی است چون انرژی را به گرما تبدیل میکند؛ اما اگر بیش از حد داغ شود، یعنی «سیکل کاری» (Duty Cycle) به درستی محاسبه نشده و توان (وات) مقاومت نسبت به انرژی برگشتی موتور کم است.
آیا میتوان از مقاومت ترمز آلومینیومی به جای سرامیکی استفاده کرد؟
بله، در توانهای پایین و متوسط (تا ۱۵ کیلووات) مدلهای آلومینیومی به دلیل IP بالاتر و دفع حرارت سریعتر ترجیح داده میشوند؛ اما در توانهای بسیار بالا، مدلهای توری و سرامیکی از نظر اقتصادی و تحمل حرارتی مناسبتر هستند.
واحد ترمز (Braking Unit) چه زمانی باید خریداری شود؟
اگر توان اینورتر شما بالا باشد (بالای ۱۸.۵ یا ۲۲ کیلووات، بسته به برند)، درایو فاقد مدار ترمز داخلی است. در این شرایط برای اتصال مقاومت ترمز به درایو، به طور حتم باید یک یونیت ترمز جداگانه تهیه و نصب کنید.
