منظور از ترمز الکترومکانیکی (کنترل ترمز با اینورتر) چیست؟

ترمز الکترومکانیکی

اگر خیلی سریع بار را کاهش دهیم، موتور به عنوان ژنراتور عمل می کند و انرژی به درایو باز می گردد و نتیجه آن بالا آمدن ولتاژ است. روش های زیادی برای جلوگیری از این رخداد وجود دارد. گاهی اوقات استفاده از کاهش میزان سرعت برای کاهش انرژی برگشتی کافی خواهد بود. در اکثر دستگاه اینورتر صنعتی امکان تنظیم برای قرار گرفتن در حالت شفت آزاد وجود دارد که درایو را خاموش کرده و اجازه می دهد تا بار در زمان خودش متوقف شود. در صورت لزوم برای توقف سریع بار، یا در صورت نیاز به توقف کنترل شده می توان مقاومت ترمز قرار داد (در اکثر اینورترها) که انرژی احیا کننده را از بین می برد. اما در بسیاری از موارد می خواهیم بار را متوقف کنیم و نگه داریم. اعمال ولتاژ DC نه تنها گشتاور ترمز تولید می کند. بلکه گشتاور نگهدارنده را نیز به همراه خواهد داشت. یعنی روتور تا زمانی که ولتاژ DC اعمال شود در یک موقعیت ثابت نگه داشته خواهد شد.

با این حال هرچند نگه داشتن گشتاور محدودیت دارد و اعمال ولتاژ DC برای مدت طولانی ممکن است باعث گرمای بیش از حد در موتور شود. اگر به ترمز خوب احتیاج داشته باشیم، به ترمز الکترومکانیکی نیاز داریم که می تواند واحد جدا گانه باشد که در اغلب موتورها در انتهای موتور قرار داده می شود. معمولا موتور را می توان با مونتاژ ترمز به عنوان مزیت سفارش داد. در این مقاله قصد درایم به صورت مفصل پیرامون ترمز الکترومکانیکی (کنترل ترمز با اینورتر) توضیح دهیم.

انواع حالت های ترمز اینورتر

واحد ترمز “واحد ترمز مصرف انرژی از نوع اینورتر یا “واحد فیدبک  انرژی خاص اینورتر” نامیده می شود. بیشتر برای کنترل بار مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرد و نسبتاً سنگین است و سرعت ترمز بسیار سریع است. انرژی احیا شده توسط موتور توسط مقاومت ترمز مصرف می شود و یا انرژی احیا کننده به منبع انرژی باز می گردد.

وقتی موتور به سرعت متوقف شود، موتور انرژی را به درایو برگردانده و باعث افزایش ولتاژ باس DC می شود یا حتی به IGBT آسیب می رساند، بنابراین واحد ترمز برای محافظت از اینورتر نیاز به مصرف این انرژی دارد.

•  ترمز دینامیکی

اشاره به نحوه جذب انرژی احیا کننده موتور توسط مقاومت ترمز ارائه شده در پیوند DC است.

• درایو چند اینورتر مشترک باس DC

انرژی احیا کننده موتور A به باس DC معمولی برگردانده می شود ، و انرژی احیا کننده توسط موتور B. مصرف می شود. درایو چند اینورتر که از باس DC استفاده می کند، می تواند به دو حالت تقسیم شود: یک باس متعادل DC  و یک پیوند مشترک DC با استفاده از ماژول اتصال به باس پیوند DC متصل می شود.

ماژول اتصال شامل راکتورها، فیوزها و کنتاکتورها است که بسته به شرایط باید جداگانه طراحی شوند. هر درایو دارای استقلال نسبی است و می تواند در صورت لزوم از باس DC متصل یا جدا شود. روش متداول اتصال باس DC این است که فقط قسمت درایو را به یک باس DC متصل کنید.

• ترمز DC

هنگامی که مبدل فرکانس به استاتور موتور وصل می شود ، موتور ناهمزمان در حالت ترمز انرژی قرار دارد. در این حالت ، فرکانس خروجی اینورتر صفر است، دیگر میدان مغناطیسی استاتور موتور چرخانده نمی شود و روتور چرخان، میدان مغناطیسی استاتیک را برای تولید گشتاور ترمز برش می دهد. انرژی جنبشی ذخیره شده در سیستم چرخشی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و در مدار روتور موتور مصرف می شود.

کنترل ترمز با اینورتر چگونه انجام می شود؟

ترمز به صورت الکترومغناطیسی کار می کند یعنی وقتی جریان از طریق سیم پیچ کنترل می شود، میدان مغناطیسی ترمز را بلند می کند و اجازه می دهد تا شافت آزادانه چرخانده شود، بنابراین اگر برق نتواند ترمز را درگیر کند سیم پیچ معمولا از ولتاژ DC تغذیه می شود. به یاد داشته باشید هنگام تعویض سیم پیچ پارامتر سوئیچ به درستی اندازه گیری شوند و ولتاژهای ایجاد شده با سوئیچینگ باید با شبکه های مقاومت، خازن یا دیود متوقف شود، بنابراین ترمز و موتور به یک منبع تغذیه وصل می شود، اما اگر از اینورتر استفاده کنیم، همه چیز پیچیده تر است.

در ابتدا، ما باید انرژی جداگانه ای را برای ترمز تامیین کنیم، زیرا درایو، موتور را با ولتاژ متغییر، فرکانس متغییر تغذیه می کند که برای ترمز مناسب نیست. اکنون باید تصمیم بگیریم که ترمز را چه زمان آزاد کنیم. در برنامه ای مانند نوار نقاله می توان ترمز را آزاد کرد، زیرا درایو را فعال می کنیم و نوار نقاله همواره شروع به کار می کند. اما اگر همین کار را با جرثقیل یا بالابر انجام دهیم، ترمز قبل از ایجاد گشتاور در موتور آزاد می شود و ممکن است بار به طور ناگهانی کاهش یابد. راه حل ساده برای این کار این است که اطمینان حاصل کنید که قبل از آزاد شدن ترمز اینورتر از بازده  خروجی خوبی برخوردار است. شما می توانید با کنترل ترمز از درایو های ساخته شده در رله و رها کردن رله هنگامی که فرکانس درایو به یک مقدار مناسب رسیده است، این کار را بر روی یک درایو ساده انجام دهید.

اینورتر ورتکس رله را در هر آستانه جریان یا فرکانس مورد نظر برای تنظیم باز (یا بسته) می کند. با کمی دقت می توانید رله را تنظیم کنید. بنابراین گشتاور کافی وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که هنگام رها شدن ترمز شوک مکانیکی به بار وارد نمی کند و بار به صورت یکنواخت منتقل می شود. البته رله مجددا شروع به کلید زنی می کند. هر چه فرکانس کم می شود شما باید زمان توقف را بررسی کنید. برای کاربرد دقیق تر اینورتر ورتکس راه حل بهتری دارد. این اینورتر دارای دو رله است که برای کنترل ترمز استفاده می شود. در حال حاضر وقتی درایو به عنوان بالابر کار می کند و فرمان شروع داده می شود. درایو فرکانس خروجی خود را به مقدار انتخاب شده افزایش می دهد و در آن مقدار نگه می دارد.

گشتاور در موتور ایجاد می شود و با درایو اندازه گیری می شود پس از رسیدن به مقدار دلخواه، ترمز با رله آزاد می شود. درایو در مدت زمان کوتاه با همان فرکانس خروجی نگه داشته می شود تا زمان ترمز آزاد شود (در صورت لزوم) و سپس فرکانس خروجی را به میزان عملکرد عادی افزایش می دهد. وقتی دستور توقف داده می شود. درایو فرکانس را به مقدار از پیش تعیین شده کاهش می دهد، ترمز را اعمال می کند و در حالی که ترمز درگیر می شود در فرکانس نگه داشته می شود. سپس فرکانس را به صفر می رساند و درایو را خاموش می کند. این بالابر تضمین می کند که ترمز آزاده شده و اعمال شده تحت شرایط مختلف دچار نوسان  نشود و مطمئن شویم که بار در حالت امن قرار دارد. همانطور که مشخص است تثبیت گشتاور برای بهره برداری ایمن جرثقیل ها و بالابرها ضروری است. و به طور کلی در شکل 1 نشان داده شده است.

می توان به طور خلاصه بیان کرد که در شکل بالا برای کاربردی مانند آسانسور ابتدا ولتاژ DC به موتور اعمال می شود. سپس ترمز الکترومکانیکی آزاد شده و در ادامه اینورتر شروع به دوراندازی می کند تا به سرعت نامی برسد. در زمان دریافت فرمان توقف نیز که منجر به  متوقف شدن موتور میشود. در فرکانسی نزدیک فرکانس صفر ولتاژ DC به موتور تزریق می شود.

بعد از قفل شدن موتور ترمز الکترومکانیکی فرمان می گیرد و بعد از زمان مشخص شده در اینورتر تزریق ولتاژ DC متوقف شده و موتور وارد حالت توقف می شود. به یاد داشته باشید که ترمز را نمی توان به طور مستقیم با رله کوچک ساخته شده در درایو کنترل کرد. از کنتاکت های رله برای سیم کشی کنتاکتور مناسب استفاده کنید و مطمئن شوید که تمام اتصالات برقرار است. یعنی جوری کنتاکتور عمل کند که مطمئن شویم تمام اتصالات برقرار است. برای جلوگیری از قوس الکتریکی توجه داشته باشید که برای انرژی دادن به کنتاکتور یک منبع جداگانه لازم است. درایو قدرت کافی 24 ولت برای کنترل کنتاکتور را تأمین نمی کند. در سیستم کنترل سرعت اینورتر، روش اصلی کاهش سرعت با کاهش تدریجی فرکانس داده شده انجام می شود. هنگامی که عدم تحرک سیستم زیاد باشد، سرعت افتادن موتور با سرعت همزمان موتور ادامه نخواهد یافت، یعنی سرعت واقعی موتور بالاتر از سرعت همزمان آن است. در این زمان، جهت خط  میدان مغناطیسی در حال چرخش سیم پیچ روتور موتور و سرعت ثابت موتور در حال کار، برعکس است.

نیروی الکتریکی ناشی از جهت فعلی سیم پیچ روتور نیز برعکس است. گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده خلاف جهت چرخش موتور است. موتور گشتاور منفی خواهد داشت. در این زمان موتور در واقع مولد است و سیستم در حالت ترمز احیا کننده است، انرژی جنبشی سیستم به باس DC اینورتر باز می گردد، به طوری که ولتاژ باس DC به طور مداوم در حال افزایش است، حتی رسیدن به یک سطح خطرناک (آسیب اینورتر و غیره).

اگر خیلی سریع بار را کاهش دهیم، موتور به عنوان ژنراتور عمل می کند و انرژی به درایو باز می گردد و نتیجه آن اضافه ولتاژ در باس DC اینورتر است. روش های زیادی برای جلوگیری از این رخداد وجود دارد. راهکار عمومی استفاده از ترمز است.

تنظیمات برای استفاده از ترمز الکترومغناطیسی در اینورتر ورتکس

P02.06: مقدار جریان مستقیم تزریق شده در زمان استارت

P02.07: مدت زمان تزریق جریان مستقیم در زمان استارت

P02.10: مقدار جریان مستقیم تزریق شده در زمان توقف

P02.11: مدت زمان تزریق جریان مستقیم در زمان توقف

P08.00: فرکانس انتخاب شده برای فعال شدن رله خروجی

P07.03: 12  برای انتخاب رله خروجی اول

در نهایت توقف کنترل شده با استفاده از اینورتر امکان پذیر است

گاهی اوقات استفاده از کاهش میزان سرعت برای کاهش انرژی برگشتی کافی خواهد بود. در اکثر اینورترها امکان تنظیم برای قرار گرفتن در حالت شفت آزاد وجود دارد. در این روش درایو را خاموش شده و اجازه می دهد تا بار مطابق با اینرسی خودش متوقف شود. در صورت لزوم برای توقف سریع بار، یا در صورت نیاز به توقف کنترل شده می توان مقاومت ترمز قرار داد (در اکثر درایوها) که انرژی احیا کننده را از بین می برد.

اما در بسیاری از موارد می خواهیم بار را متوقف کنیم و نگه داریم. اعمال ولتاژ DC نه تنها گشتاور ترمز تولید می کند بلکه گشتاور نگهدارنده را نیز به همراه خواهد داشت. یعنی روتور تا زمانی که ولتاژ DC اعمال شود در یک موقعیت ثابت نگه داشته خواهد شد. به عنوان مثال در یک آسانسور زمانی که آسانسور شروع به حرکت می کند وقتی به طبقه مورد نظر نزدیک شد سرعت آن کم می شود سپس به منظور جلوگیری از اعمال ولتاژ DC برای مدت زمان طولانی به موتور همانطور که گفته شده هدف از اعمال ولتاژ DC قفل کردن شافت موتور است.

با این حال هر چند نگه داشتن گشتاور محدودیت دارد و اعمال ولتاژ DC برای مدت طولانی ممکن است باعث گرمای بیش از حد در موتور شود. اگر به ترمز خوب احتیاج داشته باشیم، به ترمز الکترومغناطیسی نیاز داریم که می تواند واحد جدا گانه باشد که در اغلب موتورها در انتهای موتور قرار داده می شود. معمولا موتور را می توان با اضافه کردن ترمز به عنوان مزیت سفارش داد.