Brake Unit چیست؟
شاید برای شما هم پیش آمده باشد که از خود بپرسید در صنعت منظور از بریک یونیت چیست ؟
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، هنگام کاهش سرعت، توقف سریع یا پایین آمدن یک بار سنگین، ممکن است موتور بهجای مصرفکننده انرژی، به مولد انرژی تبدیل شود. این انرژی به سمت اینورتر بازمیگردد و باعث افزایش ولتاژ باس DC میشود. برای کنترل این انرژی از تجهیزاتی مانند Brake Unit و مقاومت ترمز استفاده میشود. Brake Unit که با نامهایی مانند یونیت ترمز، چاپر یا Brake Chopper نیز شناخته میشود، نقش کلیدی در جلوگیری از افزایش بیش از حد ولتاژ DC و بهبود عملکرد ترمز دینامیکی موتور دارد.
یونیت ترمز یک مدار الکترونیکی قدرت است که این مدار در زمان افزایش ولتاژ باس DC، مقاومت ترمز را به مدار متصل میکند تا انرژی اضافی به گرما تبدیل و در مقاومت تخلیه شود.
Brake Unit چیست و چگونه کار میکند؟
یک سیستم معمولی ترمز مقاومتی از اجزای زیر تشکیل میشود:
- اینورتر
- باس DC اینورتر
- Brake Unit یا مدار چاپر ترمز
- مقاومت ترمز
- موتور و بار مکانیکی
هنگام توقف یا کاهش سرعت، انرژی برگشتی موتور باعث بالا رفتن ولتاژ باس DC میشود. Brake Unit این ولتاژ را اندازهگیری میکند.
وقتی ولتاژ باس DC به آستانه عملکرد Brake Unit برسد، ترانزیستور قدرت داخل آن روشن میشود. این ترانزیستور که معمولا از نوع IGBT است، مقاومت ترمز را به باس DC متصل میکند.
جریان از باس DC وارد مقاومت ترمز میشود و انرژی الکتریکی در مقاومت به گرما تبدیل میشود. پس از کاهش ولتاژ باس DC، IGBT خاموش شده و مقاومت از مدار خارج میشود.
انواع Brake Unit
در این بخش با انواع بریک یونیت داخلی و خارجی و تفاوت های آن ها آشنا میشویم:
1) Brake Unit داخلی
Brake Unitداخلی یا Internal Brake Unit مداری است که از ابتدا داخل اینورتر نصب شده است. در نتیجه، برای ایجاد ترمز دینامیکی معمولا کافی است یک مقاومت ترمز مناسب به ترمینالهای تعیینشده اینورتر متصل شود.
مزایای Brake Unit داخلی:
مهمترین مزیت Brake Unit داخلی، کاهش تعداد تجهیزات مورد نیاز در تابلو برق است. چون مدار چاپر داخل اینورتر قرار دارد، فضای کمتری اشغال میشود و سیمبندی سادهتر خواهد بود.
هزینه اولیه این سیستم نیز معمولا کمتر است؛ زیرا کاربر فقط مقاومت ترمز مناسب را تهیه میکند. هماهنگی مدار چاپر با اینورتر نیز توسط سازنده انجام شده است و احتمال انتخاب اشتباه یونیت کاهش پیدا میکند.
محدودیتهای Brake Unit داخلی:
ظرفیت Brake Unit داخلی محدود است. ترانزیستور ترمز داخل اینورتر تنها میتواند جریان و توان مشخصی را تحمل کند. در نتیجه نمیتوان هر مقاومت یا هر مقدار گشتاور ترمزی را به آن تحمیل کرد.
یکی از مهمترین محدودیتها، حداقل مقدار مجاز مقاومت ترمز است. اگر مقاومت کمتر از مقدار تعیینشده توسط سازنده انتخاب شود، جریان بیش از حدی از IGBT ترمز عبور میکند و احتمال آسیبدیدن Brake Unit داخلی وجود دارد.
همچنین Brake Unit داخلی ممکن است برای ترمزگیریهای بسیار سنگین، مداوم یا پرتکرار مناسب نباشد. در این شرایط، گرمای ایجادشده در داخل اینورتر افزایش پیدا میکند و ظرفیت حرارتی مدار چاپر محدودکننده خواهد بود.
2) Brake Unit خارجی
Brake Unit خارجی یا External Brake Unit یک تجهیز مستقل است که بیرون از اینورتر و معمولا داخل تابلو برق نصب میشود. این یونیت به ترمینالهای باس DC اینورتر متصل میشود و مقاومت ترمز نیز به خروجی Brake Unit متصل خواهد شد.
در این ساختار، انرژی برگشتی ابتدا وارد باس DC اینورتر میشود. Brake Unit خارجی افزایش ولتاژ را تشخیص میدهد و سپس مقاومت ترمز را وارد مدار میکند. این روش بیشتر در اینورترهای توان بالا، کاربردهای دارای ترمز سنگین یا مدلهایی استفاده میشود که چاپر ترمز داخلی ندارند.
ترمینالهای اصلی بریک یونیت خارجی
بریک یونیتهای خارجی برای اتصال به باس DC اینورتر، مقاومت ترمز، مدار هشدار و سیستم Master/Slave دارای ترمینالهای مختلفی هستند.
تصویر بالا فقط محل ترمینالهای اصلی VFDB4030 را نشان میدهد. برای آشنایی دقیقتر با ساختار برد، ترمینالهای اصلی، مدار قدرت، IGBT، مدار درایور، بخش کنترل و سایر قطعات این مدل، مقاله بررسی اجزای داخلی بریک یونیت VFDB4030 برند دلتا را مطالعه کنید.
مزایای Brake Unit خارجی:
Brake Unit خارجی میتواند ظرفیت جریان و توان ترمزی بیشتری نسبت به مدارهای داخلی داشته باشد. به همین دلیل برای بارهای سنگین، توقفهای سریع و ترمزگیریهای تکراری مناسبتر است.
در بعضی سیستمها امکان استفاده موازی از چند Brake Unit وجود دارد. این قابلیت برای افزایش ظرفیت ترمز در درایوهای توان بالا یا سیستمهای دارای باس DC مشترک کاربرد دارد.
Brake Unit خارجی همچنین انعطاف بیشتری در انتخاب مقاومت، توان ترمز و محل نصب ایجاد میکند.
محدودیتهای Brake Unit خارجی:
استفاده از Brake Unit خارجی هزینه و فضای بیشتری نیاز دارد. این تجهیز باید داخل تابلو نصب شود و برای آن فضای مناسب، تهویه کافی و سیمبندی استاندارد در نظر گرفته شود.
هماهنگی Brake Unit خارجی با کلاس ولتاژ اینورتر، ظرفیت باس DC، مقدار مقاومت و شرایط بار اهمیت زیادی دارد.
نکات نصب Brake Unit خارجی:
سیمهای باس DC باید تا حد امکان کوتاه، مناسب و مطابق دستورالعمل سازنده باشند. طول زیاد کابل میتواند اندوکتانس مسیر و اضافهولتاژهای لحظهای را افزایش دهد.
قطب مثبت و منفی باس DC نباید جابهجا شوند. اتصال معکوس میتواند به Brake Unit و اینورتر آسیب جدی وارد کند.
Brake Unit و مقاومت ترمز باید در محیط دارای تهویه مناسب نصب شوند. مقاومت در زمان ترمز بسیار داغ میشود و نباید در مجاورت کابل، قطعات پلاستیکی، مواد قابل اشتعال یا تجهیزات حساس به حرارت قرار گیرد.
فاصله نصب، جهت قرارگیری و فضای آزاد اطراف یونیت باید مطابق دفترچه سازنده رعایت شود.
همچنین نباید مقاومت ترمز را داخل محفظه کاملا بسته و بدون گردش هوا نصب کرد؛ مگر اینکه محفظه و سیستم خنککننده برای دفع حرارت طراحی شده باشند.
تجهیزات حفاظتی مدار بریک یونیت خارجی
بریک یونیت و مقاومت ترمز در زمان کاهش سرعت موتور، انرژی برگشتی را به گرما تبدیل میکنند. اگر تعداد ترمزگیریها زیاد باشد، زمان توقف بیش از حد کوتاه تنظیم شود یا بریک یونیت بهدلیل شرایط غیرعادی برای مدت طولانی فعال بماند، دمای مقاومت ترمز و مدار قدرت افزایش پیدا میکند. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب در مدار ترمز اهمیت زیادی دارد.
رله اضافهبار حرارتی
یکی از مهمترین تجهیزات حفاظتی، رله اضافهبار حرارتی است که در مسیر بین بریک یونیت و مقاومت ترمز قرار میگیرد. وظیفه این رله، حفاظت از مقاومت ترمز در برابر عبور جریان زیاد، ترمزگیری پرتکرار یا فعال ماندن غیرعادی بریک یونیت است.
در صورت افزایش بیش از حد جریان یا دمای مقاومت، کنتاکت رله حرارتی میتواند فرمان توقف اینورتر یا قطع کنتاکتور ورودی را صادر کند. مقدار تنظیم رله باید بر اساس مشخصات بریک یونیت، مقاومت ترمز و جریان همان مدار انتخاب شود.
کلید حرارتی مقاومت ترمز
در بعضی مقاومتهای ترمز، کلید حرارتی یا سنسور دما روی بدنه مقاومت نصب میشود. این کلید در صورت افزایش دمای مقاومت از حد مجاز، تغییر وضعیت میدهد و میتواند برای قطع مدار یا اعلام خطا استفاده شود.
کلید حرارتی باید با دمای مجاز مقاومت ترمز هماهنگ باشد. استفاده از یک کلید حرارتی نامناسب ممکن است باعث قطع زودهنگام مدار یا جلوگیری نکردن از افزایش بیش از حد دما شود.
خروجی هشدار بریک یونیت
بعضی بریک یونیتهای خارجی دارای خروجی رله هشدار هستند. این خروجی معمولا هنگام افزایش بیش از حد دمای هیتسینک یا بروز خطای داخلی فعال میشود.
خروجی هشدار را میتوان به ورودی دیجیتال اینورتر، PLC، رله واسط یا مدار کنتاکتور متصل کرد تا در صورت بروز خطا، عملیات ترمز متوقف یا برق ورودی سیستم قطع شود. خروجی هشدار فقط خطا را اعلام میکند و بهتنهایی جایگزین تجهیزات قطعکننده مدار نیست.
کنتاکتور ورودی اینورتر
کنتاکتور ورودی میتواند بخشی از مدار حفاظتی بریک یونیت باشد. در این ساختار، رله حرارتی مقاومت یا خروجی خطای بریک یونیت، فرمان قطع کنتاکتور را صادر میکند تا برق ورودی اینورتر در شرایط غیرعادی قطع شود.
قطع کنتاکتور باید با طراحی صحیح مدار فرمان انجام شود. اتصال مستقیم یک کنتاکت ضعیف به مدار قدرت مجاز نیست و در صورت نیاز باید از رله واسط استفاده شود.
تهویه و حفاظت حرارتی
مقاومت ترمز در زمان عملکرد میتواند به دمای بسیار بالایی برسد. بنابراین باید در محیطی دارای گردش هوای مناسب و دور از کابلها، تجهیزات حساس به حرارت و مواد قابل اشتعال نصب شود.
در کاربردهایی با توقفهای پرتکرار یا چرخه کاری ترمز بالا، ممکن است تهویه طبیعی کافی نباشد. در این شرایط باید از فن، محفظه فلزی دارای گردش هوا یا سیستم خنککننده مناسب استفاده شود.
برای آشنایی دقیقتر با مشخصات فنی، نحوه سیمبندی، ظرفیت ترمز و تفاوتهای دو مدل بریک یونیت خارجی دلتا، مقاله بررسی بریک یونیت دلتا VFDB4030 و VFDB4045 را مطالعه کنید.
تفاوت Brake Unit داخلی و خارجی
تفاوت اصلی این دو نوع در محل قرارگیری مدار چاپر ترمز است.
در نوع داخلی، مدار چاپر داخل اینورتر قرار دارد و مقاومت ترمز مستقیما به ترمینالهای مخصوص اینورتر متصل میشود.
در نوع خارجی، اینورتر باید ترمینال مناسب باس DC داشته باشد. Brake Unit به باس DC متصل شده و مقاومت ترمز نیز به خود Brake Unit وصل میشود.
Brake Unit داخلی معمولا برای توانهای پایینتر، ترمز سبکتر و کاربردهای عمومی انتخاب مناسبی است. Brake Unit خارجی بیشتر در کاربردهای سنگین، اینورترهای توان بالا و سیستمهای دارای چرخه ترمز پرتکرار استفاده میشود.
از نظر فضای نصب، نوع داخلی جمعوجورتر است. از نظر ظرفیت و انعطاف انتخاب، نوع خارجی معمولا برتری دارد.
با این حال، انتخاب بین این دو نوع همیشه به توان موتور محدود نمیشود. نوع بار، زمان توقف، تعداد توقف در ساعت، سرعت موتور، اینرسی بار و مدت ترمز نیز بر انتخاب اثر دارند.
آیا تمام اینورترها Brake Unit داخلی دارند؟
خیر. وجود Brake Unit داخلی به برند، سری، توان و کد دقیق اینورتر بستگی دارد.
ممکن است یک سری اینورتر در توانهای پایین Brake Unit داخلی داشته باشد، اما مدلهای توان بالاتر همان سری به یونیت ترمز خارجی نیاز داشته باشند. حتی ممکن است برخی کدهای یک محصول با چاپر داخلی و برخی دیگر بدون آن عرضه شوند.
برای اطمینان باید بخش مشخصات فنی، نقشه ترمینالها و جدول انتخاب مقاومت ترمز همان مدل بررسی شود.
چه زمانی به Brake Unit نیاز داریم؟
- اینورتر هنگام توقف خطای اضافهولتاژ میدهد.
- موتور باید در مدت کوتاهی متوقف شود.
- بار دارای اینرسی چرخشی زیاد است.
- تعداد توقفها و راهاندازیها زیاد است.
- بار هنگام حرکت میتواند موتور را بچرخاند.
- موتور در مسیر پایین آمدن بار کار میکند.
- افزایش زمان کاهش سرعت امکانپذیر نیست.
مزایای استفاده از بریک یونیت اینورتر
- افزایش ایمنی
- کاهش زمان توقف
- کنترل دقیق سرعت
- افزایش عمر مفید تجهیزات
انتخاب Brake Unit مناسب
انتخاب Brake Unit فقط بر اساس توان نامی موتور یا اینورتر انجام نمیشود. چند عامل مهم باید همزمان بررسی شوند.
کلاس ولتاژ
Brake Unit باید با کلاس ولتاژ اینورتر سازگار باشد. یونیتهای مورد استفاده در اینورترهای 220V با مدلهای مربوط به اینورترهای 380V یا 480V یکسان نیستند.
آستانه فعال شدن چاپر، ولتاژ قابل تحمل IGBT و مشخصات عایقی یونیت به کلاس ولتاژ وابسته است.
جریان ترمز
Brake Unit باید بتواند جریان عبوری از مقاومت ترمز را تحمل کند. این جریان به ولتاژ باس DC و مقدار اهمی مقاومت وابسته است.
کاهش مقدار مقاومت ترمز باعث افزایش جریان عبوری از مدار ترمز و افزایش توان قابل دفع در مقاومت میشود. در نتیجه امکان ایجاد گشتاور ترمز بیشتر و توقف سریعتر موتور فراهم میشود. با این حال، افزایش بیش از حد جریان میتواند از ظرفیت IGBT موجود در Brake Unit عبور کند و باعث افزایش حرارت یا آسیب به قطعه قدرت شود. به همین دلیل هیچگاه نباید مقاومتی کمتر از مقدار حداقل اعلامشده توسط سازنده به Brake Unit یا اینورتر متصل شود.
توان لحظهای و توان متوسط
سیستم ترمز ممکن است برای مدت کوتاه توان بسیار زیادی را تحمل کند، اما توان متوسط آن در یک بازه زمانی کمتر باشد.
برای مثال، یک مقاومت ممکن است در چند ثانیه توان لحظهای زیادی دریافت کند، سپس برای مدت مشخصی خنک شود. بنابراین انتخاب تنها بر اساس توان نوشتهشده روی مقاومت کافی نیست.
Duty Cycle ترمز
Duty Cycle یا چرخه کاری ترمز نشان میدهد سیستم چه درصدی از زمان در حال ترمزگیری است. هرچه تعداد و مدت توقفها بیشتر باشد، Brake Unit و مقاومت باید ظرفیت حرارتی بیشتری داشته باشند.
اینرسی بار
هرچه جرم یا اینرسی چرخشی بار بیشتر باشد، انرژی بیشتری برای توقف آن باید تخلیه شود. در تجهیزاتی مانند سانتریفیوژ، رول و فنهای بزرگ، اینرسی نقش بسیار مهمی دارد.
زمان کاهش سرعت
کاهش زمان توقف باعث افزایش توان لحظهای ترمز میشود. برای متوقف کردن یک بار مشخص در زمان کمتر، باید انرژی آن با سرعت بیشتری تخلیه شود.
بنابراین انتخاب زمان کاهش سرعت بسیار کوتاه میتواند موجب اضافهبار Brake Unit، داغ شدن مقاومت یا خطای اینورتر شود.
جمعبندی
Brake Unit یکی از اجزای مهم سیستم ترمز دینامیکی در اینورترها و درایوهای صنعتی است. زمانی که موتور هنگام کاهش سرعت یا پایین آوردن بار وارد حالت ژنراتوری میشود، انرژی الکتریکی به باس DC بازمیگردد و ولتاژ آن را افزایش میدهد.
Brake Unit این افزایش ولتاژ را تشخیص میدهد و مقاومت ترمز را به باس DC متصل میکند. انرژی اضافی در مقاومت به گرما تبدیل میشود و ولتاژ باس DC در محدوده قابل قبول باقی میماند.
در Brake Unit داخلی، مدار چاپر درون اینورتر قرار دارد و معمولا تنها به مقاومت ترمز خارجی نیاز است. این روش سادهتر، کمهزینهتر و مناسب کاربردهای سبک و متوسط است.
در Brake Unit خارجی، مدار چاپر بهصورت یک تجهیز جداگانه نصب میشود. این نوع برای توانهای بالا، بارهای سنگین، توقفهای سریع و ترمزگیریهای پرتکرار ظرفیت و انعطاف بیشتری فراهم میکند.
انتخاب صحیح Brake Unit و مقاومت ترمز باید بر اساس کلاس ولتاژ، جریان ترمز، حداقل مقاومت مجاز، توان لحظهای، توان متوسط، اینرسی بار، زمان توقف و Duty Cycle انجام شود. انتخاب نادرست میتواند باعث خطای اضافهولتاژ، داغ شدن مقاومت یا آسیب قطعات قدرت شود.
در نهایت باید توجه داشت که Brake Unit فقط انرژی برگشتی موتور را مدیریت میکند و در کاربردهای حساس باید همراه با سیستمهای حفاظتی مناسب استفاده شود.
برای مشاهده راهنمای رسمی بریک یونیتهای سری VFDB دلتا، اینجا کلیک کنید دانلود کاتالوگ.