یونیت ترمز اینورتر چیست و چه مزایایی دارد؟

در سیستم های کنترل دور موتور، یکی از اجزای کلیدی که عملکرد دقیق و ایمن تجهیزات صنعتی را تضمین می کند، یونیت ترمز اینورتر است. این قطعه مهم با کنترل انرژی برگشتی موتور به هنگام توقف یا کاهش سرعت، نقشی حیاتی در حفاظت از اینورتر و بهبود بازدهی کل سیستم ایفا می کند. اگر با عملکرد اینورترهای میتسوبیشی آشنا باشید، می دانید که در شرایطی مانند ترمز ناگهانی یا کاهش سرعت سریع، انرژی برگشتی می تواند به مدار آسیب برساند. اینجاست که یونیت ترمز اینورتر وارد عمل می شود. در این مقاله، بررسی میکنیم که یونیت ترمز اینورتر چیست، چگونه کار می کند و چه مزایایی برای سیستم های صنعتی به همراه دارد.

یونیت ترمز اینورتر چیست؟

یونیت ترمز اینورتر که با عناوینی مانند چاپر، یونیت بریک، واحد ترمز یا Braking Unit نیز شناخته می شود، یکی از اجزای ضروری در سیستم های کنترل دور موتور است که وظیفه اصلی آن مدیریت ولتاژ بازگشتی (Regenerative) به هنگام توقف یا کاهش سرعت موتور می باشد. این یونیت در واقع یک واسط میان اینورتر و مقاومت ترمز است و نقش آن هدایت جریان برگشتی به سمت مقاومت جهت تخلیه ایمن انرژی اضافی می باشد.

درایوهای صنعتی توان پایین معمولاً دارای واحد ترمز داخلی هستند، اما در درایوهای با توان بالاتر، استفاده از یونیت ترمز خارجی اجتناب ناپذیر است تا بتواند ولتاژ اضافی را از طریق یک المان سوئیچ کننده به رزیستور ترمز منتقل کرده و از آسیب دیدن اینورتر جلوگیری کند. این واحد علاوه بر بهبود عملکرد توقف، از داغ شدن تجهیزات جلوگیری کرده و طول عمر سیستم را افزایش می دهد. به همین دلیل، انتخاب صحیح چاپر ترمز و مقاومت متناسب با توان موتور از اهمیت بالایی برخوردار است.

اجزای یونیت ترمز اینورتر

یونیت ترمز اینورتر یکی از اجزای حیاتی در سیستم های کنترل موتور است که با مدیریت انرژی اضافی تولید شده در هنگام ترمز یا کاهش سرعت، از آسیب به اینورتر و قطعات مرتبط جلوگیری می کند. این واحد با هدایت ولتاژ اضافی باس DC به مقاومت ترمز، انرژی را به گرما تبدیل کرده و عملکرد ایمن سیستم را تضمین می کند. اجزای اصلی یونیت ترمز اینورتر عبارت اند از:

• ترانزیستور سوئیچینگ (IGBT/MOSFET): سوئیچ سریع برای انتقال جریان به مقاومت ترمز.
• مدارات کنترلی: تشخیص ولتاژ اضافی و فعال سازی دقیق یونیت ترمز.
• دیودهای محافظ: جلوگیری از آسیب به ترانزیستور در برابر پیک های ولتاژ.
• اتصالات و ترمینال ها: امکان اتصال امن به مقاومت ترمز خارجی.
• سیستم خنک کننده: هیت سینک یا فن برای دفع گرمای تولیدی. این اجزا با هماهنگی کامل، پایداری و کارایی اینورتر را در کاربردهای صنعتی مانند آسانسورها و جرثقیل ها افزایش می دهند.

نحوه عملکرد یونیت ترمز اینورتر

در سیستم های کنترل سرعت با استفاده از درایو فرکانس متغیر (VFD)، به ویژه هنگام توقف ناگهانی یا کاهش سرعت موتورهای دارای اینرسی بالا، بخشی از انرژی جنبشی بار به صورت ولتاژ برگشتی به باس DC اینورتر منتقل می شود. در چنین شرایطی، اگر تخلیه این انرژی کنترل نشود، می تواند باعث افزایش خطرناک ولتاژ DC و در نهایت آسیب به اجزای حساس درایو مانند IGBTها شود. اینجاست که یونیت ترمز اینورتر وارد عمل می شود.

عملکرد این یونیت به گونه ای است که با شناسایی افزایش ولتاژ در باس DC، به صورت هوشمند سوئیچ کرده و انرژی اضافی را به یک مقاومت ترمز خارجی هدایت می کند تا در آنجا به حرارت تبدیل و تخلیه شود. این مکانیزم دقیق، به ویژه در کاربردهایی مانند آسانسورهای صنعتی یا جرثقیل ها که در زمان پایین آمدن بار، ولتاژ برگشتی شدیدی ایجاد می شود، نقش بسیار حیاتی در محافظت از درایو و حفظ پایداری سیستم ایفا می کند. به طور خلاصه، یونیت ترمز اینورتر تضمین می کند که سیستم در برابر انرژی های برگشتی مقاوم بماند و عملکردی ایمن و پایدار داشته باشد.

انواع یونیت ترمز Inverter

یونیت ترمز اینورتر یکی از اجزای کلیدی در سیستم های کنترل دور موتور است که وظیفه اصلی آن، مدیریت و تخلیه ایمن انرژی برگشتی (Regenerative) ناشی از کاهش سرعت یا توقف ناگهانی موتور می باشد. بسته به نوع کاربرد، توان سیستم و نوع مقاومت ترمز مورد استفاده، یونیت ترمز در مدل های مختلفی طراحی و اجرا می شود. انتخاب صحیح نوع یونیت ترمز، نه تنها عملکرد سیستم را بهینه می کند، بلکه از آسیب به تجهیزات حساس مانند IGBT درایو نیز جلوگیری می نماید. در ادامه با انواع رایج یونیت ترمز Inverter آشنا می شویم:

1. یونیت ترمز با مقاومت ترمز دینامیکی (DBR)

این نوع یونیت، انرژی برگشتی ناشی از کاهش سرعت موتور را از طریق مقاومت دینامیکی به گرما تبدیل کرده و از افزایش ولتاژ در باس DC جلوگیری می کند. مناسب برای سیستم های پرشتاب مانند خطوط تولید و نوار نقاله.

2. یونیت ترمز با مقاومت ترمز احیا کننده (RBR)

در مواردی که موتور به عنوان ژنراتور عمل می کند، یونیت ترمز اینورتر از نوع RBR انرژی اضافی را جذب کرده و آن را به صورت حرارت دفع می کند. این مدل در پایداری ولتاژ DC و بهبود عملکرد ترمز بسیار مؤثر است.

3. یونیت ترمز با مقاومت آلومینیومی

دارای بدنه ای مقاوم و فشرده با استاندارد حفاظتی IP54 است. این مدل در پروژه های صنعتی سبک مانند کنترل سرعت نوار نقاله و ماشین آلات کوچک بسیار پرکاربرد است.

4. یونیت ترمز با مقاومت سرامیکی

مناسب برای کاربری های سنگین و مداوم مانند جرثقیل، پله برقی و آسانسور. این مدل در برابر گرمای بالا بسیار مقاوم بوده و عملکرد پایداری در شرایط سخت دارد.

کاربردهای یونیت ترمز اینورتر

یونیت ترمز اینورتر یک جزء ضروری در سیستم های صنعتی است که با مدیریت انرژی بازیافتی موتور در هنگام ترمز، ایمنی و کارایی را در کاربردهای متنوع تضمین می کند. این فناوری با دفع انرژی اضافی به صورت گرما یا بازگرداندن آن به شبکه، از آسیب به اینورتر و قطعات مرتبط جلوگیری کرده و عملکرد سیستم را در فرآیندهای پویا بهینه می سازد. کاربردهای کلیدی یونیت ترمز اینورتر شامل موارد زیر است:

1. آسانسورهای پیشرفته: کاهش سرعت نرم و ایمن برای راحتی و امنیت مسافران.
2. جرثقیل های سنگین: توقف سریع و کنترل شده بارهای عظیم در پروژه های صنعتی.
3. قطارهای برقی و تراموا: بازیابی انرژی ترمز برای افزایش بهره وری و کاهش هزینه ها.
4. کانوایرهای صنعتی: مدیریت انرژی در خطوط تولید شیب دار با عملکرد مداوم.
5. ماشین آلات با اینرسی بالا: پایداری در کاهش سرعت تجهیزات سنگین مانند پرس های صنعتی. این کاربردها نشان دهنده نقش بی بدیل یونیت ترمز اینورتر در ارتقای عملکرد و پایداری صنایع مدرن است.

مزایای استفاده از بریک یونیت اینورتر

استفاده از بریک یونیت اینورتر نقش حیاتی در حفظ پایداری و ایمنی سیستم های الکتریکی به ویژه در زمان کاهش سرعت یا توقف ناگهانی موتور ایفا می کند. هنگام کاهش فرکانس خروجی اینورتر، به ویژه در شرایط بار با اینرسی بالا، موتور مانند ژنراتور عمل کرده و ولتاژ برگشتی تولید می کند. در این حالت، بدون وجود یونیت ترمز اینورتر، این انرژی برگشتی می تواند موجب افزایش خطرناک ولتاژ DC باس شده و به مدار قدرت، به ویژه IGBT ها، آسیب برساند.

بریک یونیت با انتقال این انرژی مازاد به مقاومت ترمز، آن را به گرما تبدیل کرده و از ایجاد خطا و سوختن اینورتر جلوگیری می کند. همچنین در اینورترهای توان بالا که واحد ترمز داخلی کافی نیست، بریک یونیت خارجی باعث افزایش کارایی، کاهش هزینه تعمیرات و بهبود عملکرد سیستم در توقف های اضطراری می شود.

نحوه انتخاب یونیت ترمز مناسب

انتخاب صحیح یونیت ترمز اینورتر یکی از مهم ترین عوامل در افزایش طول عمر و کارایی سیستم های کنترلی به شمار می رود. درایوهایی با توان بالا معمولاً فاقد یونیت ترمز داخلی هستند و لازم است از واحد ترمز خارجی به همراه مقاومت مناسب استفاده شود.

برای جلوگیری از آسیب به درایو و اتلاف اصولی ولتاژ برگشتی، باید انتخاب یونیت ترمز بر اساس پارامترهایی مثل توان موتور، مقدار انرژی برگشتی و شرایط کاری انجام گیرد. رعایت این اصول از ایجاد خطا، افزایش دما یا سوختن IGBTها جلوگیری کرده و پایداری سیستم را تضمین می کند.

نکات مهم در انتخاب یونیت ترمز اینورتر

• توان موتور و اینورتر: ظرفیت یونیت ترمز باید متناسب با توان موتور و میزان انرژی بازگشتی باشد. برای مثال، برای یک اینورتر 90 کیلووات، استفاده از دو یونیت 45 کیلووات پیشنهاد می شود.
• نوع اینورتر: اگر اینورتر دارای یونیت داخلی است، فقط باید مقاومت ترمز مطابق دفترچه راهنما انتخاب شود. در غیر این صورت، یونیت ترمز خارجی نیز الزامی ست.
• نوع کاربری: در کاربردهای با توقف های مکرر یا بارهای با اینرسی بالا (مثل آسانسورها و جرثقیل ها)، یونیت ترمز باید توانایی تخلیه مداوم انرژی را داشته باشد.
• شرایط محیطی: یونیت ترمز انتخابی باید در برابر گرما، گردوغبار و رطوبت محیط صنعتی مقاوم باشد (حداقل با شاخص حفاظتی مناسب مانند IP54).
• مقدار مقاومت ترمز: مقاومت باید دارای اهم و توان مناسب طبق توصیه سازنده باشد؛ مقدار اهم کمتر از حد مجاز باعث سوختن مقاومت یا یونیت ترمز خواهد شد.
• مدت زمان تخلیه انرژی: انتخاب توان مقاومت باید بر اساس مدت زمان و دفعات تخلیه ولتاژ برگشتی صورت گیرد.

نتیجه گیری

در دنیای پرشتاب و خودکار امروز، دستیابی به عملکرد ایمن، پایدار و اقتصادی در سیستم های الکتریکی صنعتی بدون به کارگیری راهکارهای هوشمندانه امکان پذیر نیست. یکی از این راهکارها، بهره گیری از ماژول های پیشرفته ای مانند یونیت ترمز اینورتر است که به عنوان یک ابزار کنترلی هوشمند، نقشی فراتر از یک قطعه سخت افزاری ایفا می کند. این یونیت ها با بهینه سازی فرآیند ترمزگیری و کنترل دقیق انرژی، باعث افزایش بازدهی عملیاتی و کاهش فرسودگی تجهیزات می شوند.