مقاومت ترمز

مقاومت ترمز به عنوان یک مصرف‌ کننده انرژی در سیستم‌ های درایو، انرژی اضافی را به گرما تبدیل کرده و باعث می‌شود موتور در ایمن‌ ترین حالت ممکن سرعت خود را کاهش دهد. در سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی، مقاومت ترمز نقشی حیاتی در پایداری ولتاژ ایفا می‌کند. مدیریت انرژیِ بازگشتی از موتور به درایو، بدون وجود یک مقاومت مناسب عملاً غیرممکن است و می‌تواند منجر به آسیب‌ های جبران‌ ناپذیری به تجهیزات شما شود. در این نوشته به بررسی تخصصی مقاومت ترمز، انواع، نحوه محاسبات و نکات کلیدی در خرید آن می‌پردازیم تا شما به عنوان متخصص یا خریدار صنعتی بتوانید بهترین انتخاب را برای تجهیزات خود داشته باشید.

مقاومت ترمز چیست؟

به زبان ساده مقاومت ترمز یک قطعه الکتریکی غیرفعال است که وظیفه اصلی آن دفع انرژی اضافی تولید شده توسط موتور در زمان ترمزگیری یا کاهش سرعت است. زمانی که یک اینورتر دستور کاهش سرعت را به موتور می‌دهد، اینرسی بار روی محور موتور باعث می‌شود که موتور به عنوان یک ژنراتور عمل کند. این ژنراتور انرژی جنبشی ذخیره شده در بار را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را به سمت اینورتر باز می‌گرداند. این افزایش ناگهانی ولتاژ در باس DC اینورتر اگر توسط مقاومت جذب نشود منجر به خطای (اضافه ولتاژ) شده و سیستم را به صورت اضطراری خاموش می‌کند. این نوع از مقاومت با اتصال به یونیت ترمز در اینورتر این انرژی الکتریکی را دریافت کرده و با استفاده از قانون اهم آن را به گرما تبدیل می‌کند تا پایداری و ایمنی سیستم حفظ شود.

کاربرد مقاومت ترمز

کاربرد مقاومت ترمز تنها به محافظت از اینورتر محدود نمی‌شود بلکه در تمامی سیستم‌ هایی که نیاز به توقف سریع یا کنترل دقیق سرعت در بارهای با اینرسی بالا دارند، حضور آن الزامی است. از جمله کاربردهای اصلی مقاومت می‌توان به  در بخش هایی مثل آسانسورها، جرثقیل‌ های سقفی، دستگاه‌ های سانتریفیوژ، ماشین‌ های ابزار و تسمه نقاله‌ هایی اشاره کرد که بار سنگین را حمل می‌کنند. به صورت کامل کاربرد این دسته از مقاومت به شرح زیر می باشد : 

صنعت حمل‌ و نقل :

آسانسورها و پله برقی‌ها: برای کاهش سرعت ایمن و توقف نرم.
قطارها و مترو برای کنترل انرژی تولید شده در هنگام کاهش سرعت یا توقف در ایستگاه‌ ها.

صنعت خودروسازی:

• تست موتورهای خودروهای برقی و هیبریدی.
• سیستم‌ های شبیه‌سازی دینامیکی برای اندازه‌ گیری عملکرد موتور.

صنعت معدنی و فولاد:

• جرثقیل‌ ها و ماشین‌ آلات سنگین برای مدیریت حرکت بارهای بزرگ و جلوگیری از سقوط.
• کوره‌ های القایی برای تنظیم دقیق توان و کاهش اتلاف انرژی.

صنایع انرژی:

• توربین‌ های بادی برای جذب و مدیریت انرژی اضافی تولید شده هنگام وزش باد شدید.
• سیستم‌ های خورشیدی برای کنترل ولتاژ در زمان کاهش مصرف.

صنعت کشاورزی : ماشین‌ آلات سنگین کشاورزی برای توقف سریع و مدیریت انرژی اضافی.

صنایع بسته‌ بندی : برای کنترل سرعت دستگاه‌ های بسته‌ بندی.

صنایع نساجی : در دستگاه‌ های بافندگی و چاپ.

در هر سیستمی که تغییرات سرعت موتور در بازه‌ های زمانی کوتاه رخ می‌دهد این وسیله نقش بازوی حفاظتی را ایفا می‌کند. بدون وجود این مقاومت‌ها، ترمزهای مکانیکی باید فشار مضاعفی را تحمل کنند که علاوه بر استهلاک زودرس باعث کاهش دقت در کنترل موقعیت و سرعت می‌گردد. در واقع استفاده از مقاومت ترمز نه تنها عمر درایو را افزایش می‌دهد بلکه ضریب اطمینان عملکرد دستگاه در شرایط بحرانی را نیز تضمین می‌کند.

انواع مقاومت ترمز

مقاومت‌ های ترمز بر اساس محیط کاری و کاربرد به دسته‌ های مختلفی تقسیم می‌شوند. از نظر ساختار بدنه ما با دو نوع اصلی روبرو هستیم:

1. مقاومت ترمز آلومینیومی: این مدل‌ها به دلیل داشتن قاب آلومینیومی، دفع حرارت بسیار بالایی دارند و برای محیط‌ های صنعتی که نیاز به حجم کوچک و توان بالا دارند بسیار ایده‌آل هستند. این مقاومت‌ ها معمولاً در برابر گرد و غبار، شوک الکتریکی و رطوبت مقاومت خوبی دارند.
2. مقاومت ترمز سرامیکی: این نوع مقاومت‌ ها در ساختار خود از هسته‌ های سرامیکی استفاده می‌کنند که تحمل دمایی بسیار بالایی دارند و در کاربردهای با سیکل کاری مداوم یا حرارت بسیار زیاد بسیار پایدار عمل می‌کنند.

علاوه بر این در بحث درایو و اینورتر بسته به توان دستگاه (سروو موتورها یا موتورهای آسنکرون سنگین) ابعاد و مقادیر اهمی متفاوتی انتخاب می‌شود. برای مقاومتی که در آسانسور وجود دارد به دلیل حساسیت بالا و تکرار زیاد ترمزگیری استفاده از مقاومت‌ های باکس‌ دار با فن خنک‌ کننده یا توان‌ های بسیار بالا پیشنهاد می‌شود.

مزایا و معایب مقاومت ترمز

• مزایا: جلوگیری از خطاهای اضافه ولتاژ، افزایش طول عمر اینورتر، امکان توقف‌ های سریع و دقیق و محافظت از موتور در برابر بارهای معکوس.
• معایب: مهم‌ ترین چالش تولید گرمای زیاد است که باید با تهویه مناسب یا نصب در محل‌ های خنک مدیریت شود همچنین در صورت محاسبه اشتباه توان، مقاومت می‌تواند دچار سوختگی یا افت عملکرد شود که نیاز به دانش فنی دقیق برای جایگزینی دارد.

خرید مقاومت ترمز

در هنگام خرید توجه به کیفیت سیم‌ پیچ داخلی و بدنه بسیار مهم است. محصولات بی‌ کیفیت به دلیل استفاده از متریال نامناسب در اثر تغییرات دمایی دچار تغییر اهم می‌شوند که می‌تواند منجر به عملکرد ناصحیح اینورتر شود. برای تهییه قطعات استاندارد، مراجعه به مراجع معتبری مانند تامین‌ کنندگانی نظیر ساوا الکتریک می‌تواند تضمین‌ کننده اصالت کالا باشد. در انتخاب بهترین برند اولویت با شرکت‌ هایی است که استاندارد های حفاظتی بالایی را ارائه می‌دهند و مقادیر اهمی آن‌ ها با تلورانس بسیار پایین تولید شده است.

مقاومت ترمز سروو موتور

در سیستم‌ های سروو موتور دقت حرف اول را می‌زند. سروو درایوها به دلیل سرعت پاسخ‌دهی بسیار بالا و تغییرات لحظه‌ای در جهت و سرعت، نیاز به مقاومت‌ های ترمز بسیار دقیق دارند تا از نوسانات ولتاژی جلوگیری کنند. در اینجا مقاومت نه تنها برای توقف بلکه برای حفظ پایداری کنترل موقعیت نیز حیاتی است.

قیمت مقاومت ترمز

قیمت بسته به توان، مقدار اهم و نوع تکنولوژی ساخت (سرامیکی یا آلومینیومی) متغیر است. در بازار تجهیزات صنعتی، قیمت این قطعه تابعی از کیفیت آلیاژ سیم‌ پیچ و نوع عایق‌ بندی بدنه است. نباید فراموش کرد که هزینه خرید یک مقاومت ترمز باکیفیت در برابر خسارت‌ های ناشی از سوختن درایوهای گران‌ قیمت، رقمی بسیار ناچیز محسوب می‌شود بنابراین در تحلیل قیمت همواره کیفیت عایق و پایداری اهمی را در اولویت قرار دهید.

جنس مقاومت ترمز

جنس مقاومت ترمز تعیین‌ کننده طول عمر و توانایی دفع حرارت آن در محیط‌ های صنعتی است. مقاومت‌ ها معمولاً از سیم‌ های آلیاژی با مقاومت حرارتی بالا ساخته می‌شوند که درون بدنه‌ های محافظ قرار می‌گیرند. انتخاب بین بدنه‌ های فلزی با فن های خنک‌ کننده یا ساختارهای سرامیکی، بسته به سیکل کاری و توان حرارتی مورد نیاز متفاوت است. جنس عایق داخلی باید در برابر شوک‌ های حرارتی کاملاً مقاوم باشد تا در طول زمان دچار تغییر مقدار اهم نشود.

مقاومت ترمز درایو

درایو به عنوان یک المان حفاظتی خارجی به درایو متصل می‌شود. درایوهای صنعتی در لحظه ترمز گیری انرژی را به سمت باس DC هدایت می‌کنند اگر مقدار این انرژی از حد تحمل خازن‌ های درایو بیشتر شود، یونیت ترمز فعال شده و مسیر جریان را به سمت مقاومت ترمز درایو هدایت می‌کند. انتخاب صحیح این مقاومت برای حفاظت از ترانزیستورهای IGBT داخل درایو ضروری است.

مقاومت ترمز آسانسور

مقاومت آسانسور به دلیل تکرار بالای استارت و توقف یکی از پرفشار ترین کاربردهای این قطعه است. در آسانسورها علاوه بر توان مصرفی، پایداری حرارتی مقاومت در لحظات اوج مصرف اهمیت دارد. استفاده از مقاومت‌ های استاندارد و باکیفیت در سیستم آسانسور علاوه بر افزایش عمر اینورتر از ایجاد لرزش در کابین هنگام توقف جلوگیری کرده و حرکتی نرم و ایمن را برای مسافران تضمین می‌کند.

مقاومت ترمز آلومینیومی

مقاومت آلومینیومی با استفاده از محفظه‌ های آلومینیومی اکسترود شده بهترین بازدهی را در دفع حرارت دارند. این مقاومت‌ ها به دلیل ابعاد جمع‌ و جور و قابلیت نصب آسان محبوبیت بالایی در تابلو های برق دارند. بدنه‌ آلومینیومی با داشتن شیارهای خنک‌ کننده، سطح تماس بیشتری با هوای محیط برقرار کرده و سرعت انتقال حرارت را به محیط افزایش می‌دهد که باعث پایداری عملکرد در بارهای سنگین می‌شود.

مقاومت ترمز سرامیکی

مقاومت ترمز سرامیکی به دلیل استفاده از هسته نسوز سرامیکی در برابر دماهای بسیار بالا تحمل فوق‌ العاده‌ای دارند. این مقاومت‌ ها معمولاً در سیستم‌ هایی که ترمزگیری‌ های طولانی‌ مدت و پیوسته دارند استفاده می‌شوند. ساختار سرامیکی مانع از انتقال سریع حرارت به محیط اطراف می‌شود و پایداری اهمی آن در دماهای بسیار بالا به مراتب دقیق‌ تر از سایر نمونه‌ هاست که این امر برای سیستم‌ های حساس کنترل موقعیت ایده‌آل است.

مقاومت ترمز اینورتر

اینورتر یک بخش جدایی‌ ناپذیر از سیستم‌ های کنترل دور است. هر اینورتر بر اساس توان خود یک محدوده مجاز برای اهم مقاومت دارد. رعایت این بازه برای جلوگیری از آسیب به مدار داخلی اینورتر حیاتی است. در واقع مقاومت ترمز اینورتر اجازه می‌دهد که موتور در کمترین زمان ممکن از دور بالا به دور صفر برسد بدون این که درایو دچار خطای اضافه ولتاژ شود.

جدول انتخاب مقاومت ترمز

جدول انتخاب مقاومت ترمز که توسط سازندگان ارائه می‌شود، ابزاری ضروری برای مهندسان است. در این جدول بر اساس توان درایو (به کیلووات)، مقدار مقاومت پیشنهادی و توان حرارتی مشخص شده است. توجه به این جدول در ابتدای طراحی از انتخاب قطعاتی که یا قدرت کافی برای ترمزگیری ندارند و یا بیش از حد داغ می‌شوند جلوگیری می‌کند.

جدول مقاومت درایوهای تک‌ فاز

جدول مقاومت درایوهای سه‌ فاز

نحوه محاسبه مقاومت ترمز

نحوه محاسبه بر پایه فرمول‌ های دقیق توان و اهم استوار است. برای محاسبه اهم باید مقاومت یونیت ترمز درایو ملاک قرار گیرد. برای محاسبه توان نیز باید از پارامتر سیکل کاری استفاده کرد بدین معنا که میزان انرژی که موتور در حین ترمز گیری به درایو برمی‌گرداند را در نسبت زمان ترمزگیری به کل زمان سیکل ضرب می‌کنیم. دقت در این محاسبه از سوختن مقاومت و همچنین خطاهای مکرر درایو جلوگیری می‌کند.

نحوه محاسبه اهم و توان مقاومت ترمز 

برای محاسبه دقیق اهم و توان مقاومت ترمز، نیاز به اطلاعات فنی سیستم (مانند ولتاژ و توان موتور) و همچنین جداول مرجع از کاتالوگ درایو دارید ولی با استفاده از فرمول زیر می‌توانید مقدار اهم و توان را برای هر توان درایو محاسبه کنید:

محاسبه اهم (R):

R =

V ولتاژ DC باس (بر حسب ولت)

P توان جذب شده توسط مقاومت (بر حسب وات)

تخمین ولتاژ باس DC

ولتاژ DC باس معمولاً با توجه به ولتاژ ورودی درایو تخمین زده می‌شود.

برای ولتاژ ورودی 220 ولت AC، ولتاژ DC باس حدود 310 ولت است.

برای ولتاژ ورودی 380-400 ولت AC، ولتاژ DC باس حدود 540-700 ولت است.

محاسبه توان (P):

P =

E انرژی تولید شده توسط موتور (بر حسب ژول)

T زمان کاهش سرعت (بر حسب ثانیه)

(معمولاً باید توان معادل ۱۰ تا ۲۰ درصد توان موتور را جذب کند)

برای محاسبه توان اینورتر از فرمول زیر استفاده کنید.

منظور از توان بار، غالباً همان توان نامی موتور می باشد اما ممکن است در مواردی بار موتور کمتر از بار نامی باشد یا بالعکس یعنی شاید لحظه ترمز، توان فوق‌ العاده‌ای روی موتور باشد که باید همان توان بالا منظور شود.

عدد 1.5: در فرمول فوق بعنوان یک ضریب اطمینان برای مصرف توان مقاومت در نظر گرفته شد است.

ضریب µ : متناسب با هر نوع کاربری بایستی تعیین شود به عنوان مثال :

•  در کارهایی که فقط گهگاهی ممکنه مقاومت در مدار باشد — µ=5%
•  در کاربری های معمولی — µ=10%
• در آسانسور — µ=15%
• در کاربری سانتریفیوژ — µ=20%
• در حرکت طولی جرثقیل — µ=20%
•  در حرکت قلاب جرثقیل (با فرض ارتفاع بیش از 100 متر) — µ=40%
• در کاربری رول جمع‌کن/بازکن — µ=50%-60%
• بعنوان مثال برای یک موتور 22KW کرین (جرثقیل) که تحت بار نامی ترمز میکنه محاسبه مقدار توان مقاومت ترمز اینورتر بصورت 22×40%×1.5 انجام میشود که حاصل 13.2KW، مناسب خواهد بود.

بهترین برند مقاومت ترمز

برای انتخاب بهترین برند باید به سابقه تولید کننده در رعایت تلورانس‌ های اهمی و کیفیت سیم‌ پیچ داخلی توجه کرد. برندهای معتبر جهانی با استفاده از متریال با خلوص بالا از تغییر اهم مقاومت در اثر کارکرد طولانی‌ مدت جلوگیری می‌کنند. در سایت ساوا الکتریک ما تنها با برندهایی همکاری می‌کنیم که استانداردهای حفاظتی بالا و طول عمر تضمین‌ شده‌ای دارند تا خیال شما از بابت پایداری سیستم در درازمدت راحت باشد.

نتیجه‌ گیری

مقاومت ترمز در سیستم‌ های درایو و اتوماسیون نه یک کالای لوکس بلکه یک قطعه ضروری برای حفظ سلامت تجهیزات گران‌قیمت شماست. قیمت در مقابل هزینه‌ های سنگین تعمیرات اینورتر یا موتور بسیار ناچیز است. ما در ساوا الکتریک با تکیه بر دانش فنی و ارائه انواع مقاومت‌ های آلومینیومی و سرامیکی با کیفیت بالا در کنار شما هستیم تا بهترین راهکار را بر اساس نیاز سیستم خود انتخاب کنید. قبل از خرید حتماً کاتالوگ درایو خود را مطالعه کرده و در صورت نیاز به محاسبات تخصصی با کارشناسان ما مشورت کنید تا از عملکرد بهینه سیستم خود اطمینان حاصل نمایید. امیدواریم که از خواندن این نوشته لذت برده و برایتان مفید بوده باشد.