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 . مقاومت می‌تواند انرژی تولید شده را به گرما تبدیل کرده و از این طریق امکان توقف سریع را برای موتور فراهم کند. به علاوه وجود رزیستور ترمز ایمنی اینورتر را هم حفظ خواهد کرد و مانع از آسیب دیدن آن در اثر زیاد شدن ولتاژ در باس DC خواهد شد.
از خاصیت مقاومت‌ها می‌توان برای دفع گرما و کاهش سرعت یک سیستم مکانیکی استفاده کرد. این فرآیند که ترمز دینامیکی نامیده می‌شود، به کمک تجهیزی به نام مقاومت ترمز انجام می‌گیرد. برای کاهش سرعت یک موتور الکتریکی، انرژی جنبشی آن دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل شده و سپس این انرژی اضافی توسط یک مقاومت قدرت به شکل گرما تلف می‌شود.
در دو نوع اصلی ترمز دینامیکی، ترمز رئوستاتیک و ترمز احیاکننده وجود دارد:
- در ترمز رئوستاتیک، انرژی تولید شده به‌صورت گرما در مقاومت تلف می‌شود.
- در ترمز احیاکننده، انرژی الکتریکی به سیستم بازگردانده می‌شود و این روش، معمولاً هزینه بیشتری دارد.
مقاومت‌های ترمز هم در سیستم‌های حرکتی کوچک و هم در سازه‌های بزرگ‌تر، مانند قطارها یا ترامواها، استفاده می‌شوند. یکی از مزایای مهم این سیستم نسبت به ترمزهای اصطکاکی، سایش کمتر و توانایی کاهش سرعت بهتر است.
در زمان کاهش سرعت یا توقف سریع موتور، به خصوص در سیستم‌های مجهز به درایو فرکانس متغیر (VFD)، موتور می‌تواند به‌عنوان یک ژنراتور عمل کند و انرژی الکتریکی تولید کند. این انرژی به شکل ولتاژ اضافی به شین DC درایو وارد می‌شود و ممکن است باعث آسیب به درایو یا سایر تجهیزات شود.
مقاومت های ترمز دارای مقادیر اهمی نسبتا پایین و توان بالایی هستند. بنابراین، مقاومت سیمی یک راه حل محبوب است. آنها اغلب دارای یک هسته سرامیکی هستند و کاملاً جوش داده شده اند. معمولاً برای ایجاد فاصله ایمن از سایر قسمت ها در یک قاب قرار می‌گیرند. برای افزایش قابلیت اتلاف انرژی، فریم ها اغلب شامل پره های خنک کننده، فن ها یا حتی خنک کننده آب هستند.
یکی از ویژگی‌های مهم موتورهای DC این است که به‌محض قطع منبع تغذیه، مانند ژنراتور عمل می‌کنند. این رفتار به دلیل وجود آهنرباهای دائمی در ساختار آنها است. انرژی تولیدشده در این حالت با اتصال یک مقاومت قدرت به‌عنوان بار، تلف می‌شود. در مقابل، موتورهای القایی AC فاقد آهنربای دائمی هستند و میدان مغناطیسی دوار استاتور باعث القای میدان در آنها می‌شود. زمانی که سرعت چرخش موتور از سرعت سنکرون تنظیم‌شده توسط درایو فرکانس متغیر (VFD) بیشتر شود، موتور به ژنراتور تبدیل شده و انرژی اضافی به درایو بازمی‌گردد.
این انرژی بازگشتی ولتاژ شین DC را افزایش می‌دهد. هرچه اختلاف سرعت بین موتور و VFD بیشتر باشد، انرژی بیشتری به شین DC باز می‌گردد. برای جلوگیری از آسیب به سیستم، این انرژی اضافی باید به روشی مدیریت شود.
کاربرد مقاومت‌های ترمز
مقاومت‌های ترمز در دو شرایط زیر استفاده می‌شوند:
- سرعت موتور از سرعت تنظیم‌شده بیشتر باشد: این حالت معمولاً هنگام کاهش سریع سرعت یا توقف رخ می‌دهد.
- نیاز به کاهش سریع سرعت موتور باشد: این امر به‌ویژه در ماشین‌آلات صنعتی و کاربردهای خاص مانند بالابرها و نوار نقاله‌ها اهمیت دارد.
مزایای استفاده از مقاومت‌های ترمز:
- ارائه ترمز کنترل‌شده و ایمن
- افزایش گشتاور ترمز برای توقف سریع‌تر
اهمیت مقدار مقاومت
مقدار اهمی مقاومت باید با دقت محاسبه شود:
- مقاومت کمتر: توقف سریع‌تر موتور اما تولید گرمای بیشتر
- مقاومت بیشتر: کاهش گرمای تولیدی اما طولانی‌تر شدن زمان توقف
برای جلوگیری از گرمای بیش‌ازحد، می‌توان از هیت‌سینک‌ها استفاده کرد یا مقاومت را در طراحی بزرگ‌تر در نظر گرفت. در سیستم‌های پیشرفته، باید حداقل و حداکثر مقدار مقاومت به‌گونه‌ای تعیین شود که:
- جریان بیش‌ازحد در مدار ایجاد نشود.
- توان اتلاف کافی برای مدیریت انرژی بازگشتی فراهم شود.
کاربرد مقاومت ترمز در قطارها
در سیستم‌های ریلی، توقف قطار نیاز به اتلاف انرژی زیادی دارد. استفاده صرف از ترمزهای دیسکی معمولی منجر به سایش بالا و نیاز به نگهداری مکرر می‌شود. به همین دلیل، از ترمز دینامیکی به‌عنوان یک سیستم کمکی استفاده می‌شود.
در ترمز دینامیکی:
- انرژی جنبشی قطار توسط موتورهای کششی لکوموتیو به جریان الکتریکی تبدیل می‌شود.
- این جریان در بانک‌های بزرگ مقاومت، که زیر بدنه لکوموتیو قرار دارند، تخلیه می‌شود.
- مقاومت‌ها معمولاً با استفاده از فن‌های بزرگ هوا خنک می‌شوند.
اقدامات حفاظتی:
- مانیتورینگ حرارتی: در صورت افزایش بیش‌ازحد دما، سیستم به‌صورت خودکار به ترمز اصطکاکی سوئیچ می‌کند.
- استفاده ترکیبی: سیستم ترمز دینامیکی اغلب در کنار ترمزهای اصطکاکی سنتی کار می‌کند.
این فناوری ابتدا در مسیرهای کوهستانی برای کنترل بهتر قطار در سراشیبی‌ها استفاده می‌شد. اکنون اکثر قطارهای دیزلی مدرن به این سیستم مجهز هستند. هنگام فعال‌شدن ترمز دینامیکی، صدای خاصی شبیه زمزمه تولید می‌شود که نشان‌دهنده استفاده از این سیستم است.
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.
