الکترونیک قدرت صنعتی

چرا ترمز اینورتر، ایمنی و بهره‌وری را دوچندان می‌کند؟

تصور کنید در یک کارخانه فولاد، بالابر ۱۰ تنی با سرعت ۱۵۰۰ دور در دقیقه به سمت بالا حرکت می‌کند. ناگهان دکمه توقف فشرده می‌شود. بدون ترمز مناسب، بار ۵ ثانیه طول می‌کشد تا متوقف شود — زمان کافی برای حادثه جدی یا آسیب به کوپلینگ.

اینورترها (VFD) با ترمز الکتریکی، این زمان را به کمتر از ۱ ثانیه می‌رسانند. دو روش اصلی: DC Injection Braking (تزریق جریان DC) و Resistor Braking (ترمز مقاومتی یا Dynamic Braking).

در این مقاله، اصل کار هر کدام را با داستان واقعی صنعتی، تنظیمات عملی در ABB ACS580 و Siemens G120، مزایا/معایب و نکات انتخاب بررسی می‌کنیم. اگر بالابر، فن یا نوار نقاله دارید، این دانش میلیون‌ها تومان صرفه‌جویی می‌کند.

اصل کار ترمز DC Injection Braking: تزریق DC برای توقف سریع

DC Injection Braking مثل چسباندن روتور به یک نقطه ثابت عمل می‌کند. وقتی اینورتر خاموش می‌شود، به جای قطع کامل، جریان DC (معمولاً ۳۰–۵۰٪ جریان نامی) به سیم‌پیچ‌های استاتور تزریق می‌شود.

این DC یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می‌کند. روتور (که هنوز می‌چرخد) سعی می‌کند این میدان را "تعقیب" کند، اما چون ثابت است، جریان‌های القایی (Eddy Currents) در روتور ایجاد می‌شود. این جریان‌ها حرارت تولید می‌کنند و روتور را سریع متوقف می‌کنند — مثل ترمز دستی دوچرخه که اصطکاک ایجاد می‌کند.

مثال واقعی از کارگاه

در یک خط تولید سیمان، فن ۷۵ کیلوواتی با اینرسی بالا (J = ۰.۵ kg.m²) هر بار ۳ ثانیه طول می‌کشید تا متوقف شود. با فعال کردن DC Injection در ABB ACS580، زمان به ۰.۸ ثانیه رسید. تکنسین فقط پارامتر 23.03 – DC Injection Start Frequency را روی ۶Hz تنظیم کرد و 23.05 – DC Current را روی ۴۰٪ گذاشت. نتیجه؟ کاهش ۷۰٪ زمان توقف بدون نیاز به سخت‌افزار اضافی.

مزایا و معایب DC Injection

• مزایا: ساده (بدون قطعه خارجی)، ارزان، Holding Torque (نگهداری بار در توقف)، مناسب برای سرعت‌های پایین (< ۱۰Hz).
• معایب: حرارت زیاد در موتور (نمی‌توان طولانی استفاده کرد، حداکثر ۱۰–۲۰ ثانیه)، فقط برای توقف نهایی (نه سرعت بالا)، نویز (صدا مثل جیغ).

نکته عملی: همیشه با ترمز دینامیک ترکیب کنید — DC Injection برای آخرین ۵۰۰ دور، Dynamic برای بقیه.

اصل کار ترمز Resistor Braking (Dynamic Braking): تبدیل انرژی به حرارت

Resistor Braking یا Dynamic Braking، موتور را به ژنراتور تبدیل می‌کند. وقتی سرعت کاهش می‌یابد، روتور انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی (جریان AC) برمی‌گرداند. اینورتر این AC را به DC تبدیل می‌کند و به مقاومت ترمز (Braking Resistor) می‌فرستد — انرژی به حرارت تبدیل می‌شود و DC Bus از Overvoltage نجات پیدا می‌کند.

یک Chopper Circuit (ترانزیستور MOSFET) ولتاژ DC Bus را نظارت می‌کند. اگر ولتاژ > ۷۸۰V (در شبکه ۳۸۰V) شود، Chopper را وصل می‌کند و انرژی را به مقاومت دامپ می‌کند.

مثال واقعی از کارخانه

در بالابر معدنی ۹۰ کیلوواتی، بار سنگین (۱۵ تن) باعث Overvoltage Fault می‌شد. نصب مقاومت ترمز ۱۰ اهم، ۵۰ کیلووات + Chopper Module در Siemens G120، مشکل را حل کرد. پارامتر P1234 – Brake Resistor Ohms روی ۱۰ و P1235 – Power Rating روی ۵۰kW تنظیم شد. حالا بالابر در ۲ ثانیه متوقف می‌شود — ایمنی ۱۰۰٪ افزایش یافت.

محاسبه مقاومت ترمز

فرمول ساده:

text

R = (V_dc² × ۰.۸) / P_brake

مثال: V_dc = ۷۵۰V، P_brake = ۴۰kW → R ≈ ۱۱.۲۵ اهم. (از جدول استاندارد برای توان موتور استفاده کنید.)

مزایا و معایب Resistor Braking

• مزایا: مناسب برای سرعت‌های بالا و اینرسی زیاد (مثل فن، بالابر)، کنترل دقیق (تا صفر سرعت)، بدون حرارت در موتور.
• معایب: نیاز به مقاومت خارجی (گران، فضای زیاد، حرارت محیطی)، انرژی هدررفته (به حرارت)، نیاز به تهویه قوی.

مقایسه DC Injection و Resistor Braking: کدام برای پروژه شما؟

هر دو روش انرژی را به حرارت تبدیل می‌کنند، اما مکان حرارت فرق دارد: DC Injection در موتور، Resistor در مقاومت خارجی.

نتیجه انتخاب: برای بارهای سبک و توقف سریع → DC Injection. برای اینرسی بالا → Resistor + DC Injection ترکیبی.

تنظیم عملی ترمز در اینورترهای محبوب

تنظیم DC Injection در ABB ACS580

• 23.01 – DC Braking Enable: ۱ (Enabled)
• 23.03 – Start Frequency: ۶Hz (شروع تزریق)
• 23.05 – DC Current: ۴۰٪ (جریان DC)
• 23.07 – Duration: ۵s (مدت زمان)

تست: موتور را به ۲۰Hz برسانید، خاموش کنید — باید در < ۲s متوقف شود.

تنظیم Resistor Braking در Siemens G120

• P1230 – Brake Chopper: ۱ (Enabled)
• P1234 – Resistor Ohms: مقاومت محاسبه‌شده
• P1235 – Resistor Power: توان نامی
• P1240 – DC Bus Limit: ۷۸۰V

تست: سرعت را از ۵۰Hz به صفر برسانید — ولتاژ DC Bus نباید > ۷۵۰V شود.

نکته: در هر دو، Ramp Time را طولانی کنید (۱۰–۲۰s) تا از Overcurrent جلوگیری شود.

عیب‌یابی رایج: وقتی ترمز کار نمی‌کند

• DC Injection: موتور جیغ می‌زند اما متوقف نمی‌شود → جریان DC کم → 23.05 را به ۵۰٪ افزایش دهید
• Resistor: Overvoltage Fault → مقاومت کوچک یا توان کم → محاسبه مجدد R و P
• حرارت بیش از حد → مدت ترمز طولانی → ترکیب با Coast to Stop
• نویز الکتریکی → کابل مقاومت بلند → کابل شیلددار استفاده کنید