زمانی که موتور، فرایند متوقف شدن را شروع می‌کند، انرژی جنبشی آن به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد. در این شرایط موتور از حالت مصرف کننده به تولید کننده تبدیل خواهد شد. در نتیجه برای ایستادن موتور الکتریکی، نیاز است که این انرژی تولیدشده به گونه ای مصرف شود که در این حالت از مقاومت ترمز اینورتر کمک بگیرند .
تعریف مقاومت ترمز اینورتر
مقاومت ترمز، مقاومتی است که به صورت جانبی به مدار اینورتر متصل می‌شود و وظیفه‌ی جذب و تبدیل انرژی ترمز به حرارت را بر عهده دارد. در زمان کاهش سرعت یا توقف موتور، انرژی حرکتی به صورت معکوس به سیستم باز می‌گردد و اگر به درستی مدیریت نشود، می‌تواند باعث افزایش ولتاژ و آسیب به تجهیزات الکتریکی شود. مقاومت ترمز با تخلیه این انرژی به شکل گرما، از ایجاد آسیب‌های احتمالی جلوگیری می‌کند.
عملکرد مقاومت ترمز
زمانی که موتور در حالت ترمز قرار می‌گیرد، انرژی جنبشی به صورت الکتریکی در مدار بازگردانده می‌شود. اگر این انرژی به طور مستقیم به سیستم بازگردد، می‌تواند باعث افزایش ناخواسته ولتاژ شود. مقاومت ترمز با جذب این انرژی، ولتاژ سیستم را تثبیت کرده و از آسیب‌های احتمالی در اینورتر و سایر قطعات سیستم جلوگیری می‌کند. به عبارت دیگر، مقاومت ترمز انرژی الکتریکی ایجاد شده در فرایند ترمز را به حرارت تبدیل می‌کند.
نکات فنی و طراحی مقاومت ترمز
توان و ظرفیت: مقاومت ترمز باید بر اساس توان سیستم و میزان انرژی ترمز تولید شده انتخاب شود. مقدار توان مصرفی آن باید به گونه‌ای باشد که بتواند انرژی تولید شده را بدون داغ شدن بیش از حد جذب کند.
سیستم خنک کننده: در بسیاری از موارد، برای جلوگیری از افزایش دمای بیش از حد، از سیستم‌های خنک‌کننده یا هیت سینک‌ها استفاده می‌شود.
طراحی مدار: ادغام صحیح مقاومت ترمز در مدار اینورتر و رعایت نکات ایمنی الکتریکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا از نوسانات ولتاژ جلوگیری شود.
روش های ترمزگیری در اینورتر
در سیستم‌های اینورتر، روش‌های مختلفی برای ترمزگیری وجود دارد که بسته به نوع بار، مقدار انرژی ترمز و نیاز به بازیابی انرژی انتخاب می‌شوند. این روش‌ها شامل ترمز دینامیکی، ترمز احیاکننده، ترمز DC Injection و ترمز مکانیکی هستند.
ترمز دینامیکی یکی از رایج‌ترین روش‌های ترمزگیری است که در آن، موتور مانند یک ژنراتور عمل کرده و انرژی الکتریکی تولید می‌کند. این انرژی از طریق یک مقاومت ترمز به گرما تبدیل می‌شود تا از افزایش ولتاژ در سیستم جلوگیری کند. یکی از انواع این روش، ترمز رئوستاتیک است که از مقاومت‌های توان بالا برای دفع انرژی اضافی استفاده می‌کند. این روش بیشتر در آسانسورها، جرثقیل‌ها و سیستم‌های حمل‌ونقل صنعتی کاربرد دارد.
ترمز احیاکننده انرژی تولیدشده هنگام ترمزگیری را به سیستم بازمی‌گرداند. در برخی موارد، این انرژی به شبکه برق منتقل می‌شود، مانند متروها و قطارهای برقی. در برخی دیگر، این انرژی در باتری‌ها یا ابرخازن‌ها ذخیره شده و برای استفاده‌های بعدی به کار گرفته می‌شود. این روش باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش بازدهی سیستم می‌شود و در خودروهای برقی، آسانسورها و تجهیزات اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ترمز DC Injection با تزریق جریان مستقیم به سیم‌پیچ موتور، یک میدان مغناطیسی ثابت ایجاد می‌کند که باعث توقف سریع موتور می‌شود. این روش در دستگاه‌هایی که نیاز به توقف سریع دارند، مانند ماشین‌آلات صنعتی و برخی سیستم‌های نوار نقاله، استفاده می‌شود.
ترمز مکانیکی یک روش مکمل برای توقف موتور است که از اصطکاک فیزیکی برای کاهش سرعت استفاده می‌کند. این روش بیشتر در سیستم‌هایی که نیاز به قفل شدن کامل دارند، مانند جرثقیل‌ها و برخی آسانسورها، کاربرد دارد.
ترمز احیاکننده (Regenerative Braking) چیست؟
نوعی سیستم ترمز در موتورهای الکتریکی است که به جای هدر دادن انرژی ترمز به‌صورت گرما، آن را دوباره به منبع تغذیه یا یک سیستم ذخیره‌سازی بازمی‌گرداند. این روش باعث افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش مصرف برق در سیستم‌های صنعتی و حمل‌ونقل الکتریکی می‌شود.
نحوه عملکرد ترمز احیاکننده
در حالت عادی، موتور الکتریکی هنگام کار، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند تا بار را به حرکت درآورد. اما در هنگام کاهش سرعت یا توقف، جهت جریان در موتور برعکس شده و به یک ژنراتور تبدیل می‌شود. این ژنراتور انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را به یکی از سه روش زیر به سیستم بازمی‌گرداند:
- بازگرداندن انرژی به شبکه برق (در سیستم‌های متصل به شبکه مانند متروها و قطارهای برقی)
- ذخیره در باتری‌ها یا ابرخازن‌ها (در خودروهای برقی و هیبریدی)
- استفاده مجدد در تجهیزات دیگر مثلاً برای تأمین انرژی سایر بخش‌های یک سیستم صنعتی)
ترمز رئوستاتیک (Rheostatic Braking) چیست؟
یکی از روش‌های ترمزگیری در سیستم‌های الکتریکی است که در آن، انرژی جنبشی موتور به انرژی الکتریکی تبدیل شده و سپس از طریق یک مقاومت (رئوستا) به گرما تبدیل می‌شود. این نوع ترمز معمولاً در موتورهای الکتریکی، قطارهای برقی، آسانسورها، جرثقیل‌ها و سیستم‌های حمل‌ونقل استفاده می‌شود تا سرعت موتور به‌صورت کنترل‌شده کاهش یابد.
نحوه عملکرد ترمز رئوستاتیک
در حین کاهش سرعت یا توقف یک موتور الکتریکی، انرژی مکانیکی آن به صورت جریان الکتریکی به مدار بازمی‌گردد. اگر این انرژی مستقیماً در مدار باقی بماند، ممکن است باعث افزایش ناخواسته‌ی ولتاژ و آسیب به تجهیزات شود. در سیستم ترمز رئوستاتیک، این انرژی از طریق یک مقاومت ترمز (رئوستا) تخلیه شده و به گرما تبدیل می‌شود. این فرآیند باعث کاهش تدریجی سرعت موتور می‌شود، بدون اینکه انرژی اضافی به سیستم تغذیه بازگردد.
انواع ترمز رئوستاتیک
بر اساس نوع مقاومت، نحوه خنک‌کاری و کاربردهای مختلف به چند دسته تقسیم می‌شود. این روش ترمزگیری در سیستم‌هایی که امکان بازگرداندن انرژی به منبع تغذیه وجود ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از نظر نوع مقاومت ترمز
مقاومت ترمز سیم‌پیچی‌شده: از سیم‌های مقاومتی با جنس نیکل-کروم یا آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ساخته می‌شود. این نوع برای کاربردهای با توان بالا مانند جرثقیل‌ها، متروها و آسانسورها استفاده می‌شود.
مقاومت ترمز سرامیکی: از مواد سرامیکی با خاصیت مقاومتی بالا ساخته شده که گرما را به خوبی تحمل می‌کند. این نوع در ماشین‌آلات صنعتی و سیستم‌های CNC کاربرد دارد.
مقاومت ترمز آلومینیومی: دارای بدنه‌ی آلومینیومی برای دفع بهتر حرارت است و در سیستم‌های سبک‌تر مثل نوار نقاله‌ها و موتورهای کوچک صنعتی استفاده می‌شود.
مقاومت ترمز آلومینیومی
نوعی مقاومت ترمز است که درون یک بدنه‌ی آلومینیومی محصور شده و برای جذب و تخلیه انرژی ترمز در سیستم‌های اینورتر به کار می‌رود. آلومینیوم به دلیل خاصیت رسانایی حرارتی بالا، باعث بهبود انتقال حرارت شده و عملکرد خنک‌کنندگی مقاومت را افزایش می‌دهد. این ویژگی از داغ شدن بیش از حد مقاومت جلوگیری کرده و باعث افزایش طول عمر آن می‌شود.
این نوع مقاومت‌ها در برابر شرایط محیطی نامساعد، ضربه و لرزش مقاوم هستند و معمولاً دارای درجه حفاظتی بالا (IP) برای استفاده در محیط‌های صنعتی و سخت طراحی می‌شوند. طراحی جمع‌وجور و وزن سبک از دیگر مزایای آن‌ها محسوب می‌شود. مقاومت ترمز آلومینیومی در سیستم‌های کنترل سرعت موتور، بالابرها، جرثقیل‌ها، نوار نقاله‌ها و بسیاری از تجهیزات صنعتی که نیاز به ترمزگیری سریع و کنترل‌شده دارند، کاربرد دارد.
مقاومت ترمز سرامیکی
یکی از انواع مقاومت‌های ترمز است که به دلیل تحمل دمای بالا و پایداری الکتریکی، در سیستم‌های اینورتر و ترمز الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مقاومت‌ها از جنس سرامیک ساخته شده‌اند که باعث افزایش توانایی آن‌ها در دفع حرارت و مقاومت در برابر شوک‌های حرارتی می‌شود.
یکی از مزایای اصلی این نوع مقاومت، تحمل توان بالا در ابعاد کوچک است. به دلیل خواص عایق الکتریکی سرامیک، این مقاومت‌ها ایمنی بالایی دارند و در شرایط کاری سخت، عملکرد پایداری ارائه می‌دهند. همچنین در برابر رطوبت و مواد شیمیایی مقاوم بوده و می‌توان از آن‌ها در محیط‌های صنعتی با شرایط دشوار استفاده کرد.
مقاومت ترمز سرامیکی معمولاً در سیستم‌های کنترل سرعت موتور، آسانسورها، تجهیزات حمل‌ونقل، دستگاه‌های CNC و سایر ماشین‌آلات صنعتی که نیاز به توقف سریع و کنترل انرژی دارند، به کار می‌رود.
تفاوت مقاومت ترمز آلومینیومی و سرامیکی
۱. از نظر جنس و ساختار
مقاومت آلومینیومی دارای بدنه‌ی فلزی (آلومینیومی) است که به عنوان هیت‌سینک عمل می‌کند و گرما را به خوبی دفع می‌کند. در مقابل، مقاومت سرامیکی از مواد سرامیکی ساخته شده که عایق الکتریکی بسیار خوبی است و در برابر دماهای بالا مقاومت بیشتری دارد.
۲. از نظر توان تحمل گرما و خنک‌کنندگی
مقاومت سرامیکی به دلیل ساختار خاص خود، می‌تواند دمای بالاتری را نسبت به مقاومت آلومینیومی تحمل کند. اما مقاومت آلومینیومی به دلیل بدنه‌ی فلزی، حرارت را سریع‌تر دفع کرده و عملکرد خنک‌کنندگی بهتری دارد.
۳. از نظر ابعاد و وزن
مقاومت‌های آلومینیومی سبک‌تر و فشرده‌تر هستند و نصب آسان‌تری دارند. در مقابل، مقاومت‌های سرامیکی معمولاً بزرگ‌تر و سنگین‌تر هستند، اما در توان‌های بالاتر، گزینه‌ی بهتری محسوب می‌شوند.
۴. از نظر استحکام و مقاومت محیطی
مقاومت آلومینیومی به دلیل بدنه‌ی فلزی، در برابر ضربه، لرزش و شرایط محیطی سخت مقاومت بیشتری دارد. در حالی که مقاومت سرامیکی نسبت به ضربه و لرزش حساس‌تر است و ممکن است در شرایط سخت مکانیکی دچار ترک یا شکستگی شود.
۵. از نظر کاربردها
مقاومت‌های آلومینیومی بیشتر در سیستم‌های سبک‌تر و عمومی‌تر مانند اینورترهای صنعتی کوچک، دستگاه‌های CNC و نوار نقاله‌ها استفاده می‌شوند. اما مقاومت‌های سرامیکی معمولاً در سیستم‌های با توان بالا مثل جرثقیل‌ها، آسانسورها و تجهیزات سنگین صنعتی کاربرد دارند.
کاربردهای مقاومت ترمز
سیستم‌های رانش و انتقال حرکت: در تجهیزات حمل و نقل مانند نقاله‌ها و سیستم‌های بسته‌بندی که نیاز به توقف سریع دارند.
صنایع تولیدی: در ماشین‌آلات سنگین که تغییرات سریع سرعت و توقف ناگهانی از ویژگی‌های متداول آن‌هاست.
پمپ‌ها و فن‌ها: در سیستم‌هایی که بارهای دینامیکی بالا و تغییرات مکرر سرعت دارند.
کنترل دقیق موتورها : در سیستم‌های کنترل حرکت پیشرفته که نیاز به حفظ پایداری ولتاژ و جلوگیری از نوسانات شدید دارند.
جمع‌بندی
مقاومت‌های ترمز یکی از اجزای کلیدی برای مدیریت انرژی در سیستم‌های صنعتی و حمل‌ونقل هستند. این مقاومت‌ها علاوه بر تضمین ایمنی، عمر مفید سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی را افزایش می‌دهند. جهت مشاوره در انتخاب مقاومت مناسب، با کارشناسان ما تماس بگیرید.
