بررسی اجزای داخلی Brake Unit دلتا مدل VFDB4030
بریک یونیت دلتا مدل VFDB4030 یک یونیت ترمز خارجی برای اینورترهای کلاس 460V است. این تجهیز هنگام کاهش سرعت موتور، افزایش ولتاژ باس DC را تشخیص میدهد و انرژی برگشتی را به مقاومت ترمز هدایت میکند. به این ترتیب، انرژی اضافی در مقاومت به گرما تبدیل میشود و احتمال بروز خطای اضافه ولتاژ در اینورتر کاهش پیدا میکند. در این مقاله، یک نمونه واقعی از بریک یونیت دلتا VFDB4030 باز شده است تا اجزای داخلی، ساختار دستگاه و وظیفه هر قسمت بهصورت جداگانه بررسی شود.
برای آشنایی کامل با مفهوم بریک یونیت، نحوه عملکرد و تفاوت نوع داخلی و خارجی میتوانید مقاله زیر را مطالعه کنید:
دلتا در سری VFDB دو مدل پرکاربرد VFDB4030 و VFDB4045 را برای اینورترهای کلاس 460Vعرضه کرده است.VFDB4030 برای ظرفیت مرجع حداکثر 30kW، جریان تخلیه لحظهای 40Aو حداقل مقاومت معادل20Ω طراحی شده است.VFDB4045 ظرفیت مرجع 45kW، جریان لحظهای 60Aو حداقل مقاومت معادل 13.6Ω دارد. بنابراین VFDB4045 برای سیستمهایی با انرژی ترمزی و جریان تخلیه بیشتر مناسب است.
برای بررسی دقیقتر تفاوت این دو مدل میتوانید به مقاله زیر مراجعه کنید:
پس از برداشتن پوشش دستگاه بریک یونیت VFDB4030، بخشهای مختلف مدار قدرت، مدار کنترل، سیستم خنککننده و ترمینالهای اتصال قابل مشاهده هستند.
اجزای داخلی VFDB4030 بهصورت کلی شامل موارد زیر میشوند:
برد مدار چاپی اصلی/ ماژول یا کلید نیمههادی قدرت/ مدار تشخیص ولتاژ باس DC/ مدار درایور IGBT/ منبع تغذیه داخلی/ رله خروجی خطا/ جامپر تنظیم ولتاژ/ مدار Master و Slave/ چراغهای نمایش وضعیت/ ترمینالهای قدرت و فرمان/ هیتسینک فلزی
در ادامه هر بخش را بهصورت جداگانه بررسی میکنیم.
IGBT بریک یونیت دلتا VFDB4030
IGBT اصلیترین قطعه قدرت در بریک یونیت VFDB4030 است. این قطعه مانند یک کلید الکترونیکی سریع عمل میکند و مقاومت ترمز را در زمان لازم به باس DC متصل میکند.
جهت آشنایی کامل با قطعه IGBT و نحوه عملکرد آن، مقاله زیر را مطالعه کنید:
هنگامی که موتور در زمان کاهش سرعت انرژی تولید میکند، ولتاژ باس DC اینورتر افزایش پیدا میکند. مدار کنترل VFDB4030 این افزایش ولتاژ را تشخیص میدهد و از طریق مدار درایور، فرمان روشن شدن IGBT را صادر میکند.
با روشن شدن IGBT، مسیر عبور جریان از باس DC به مقاومت ترمز متصل به ترمینالهای B1 و B2 باز میشود. انرژی برگشتی موتور در مقاومت ترمز به گرما تبدیل میشود و ولتاژ باس DC کاهش پیدا میکند.
پس از پایین آمدن ولتاژ باس، مدار کنترل IGBT را خاموش میکند. این روشن و خاموش شدن در طول ترمزگیری با سرعت بالا تکرار میشود.
IGBT VFDB4030 باید جریان لحظهای ترمز را تحمل کند. این مدل برای حداکثر جریان تخلیه 40Aدر شرایط اعلامشده طراحی شده است.
در زمان کار، IGBT به دلیل تلفات هدایتی و کلیدزنی گرم میشود. به همین دلیل روی هیتسینک نصب شده است.
برد مدار چاپی اصلی VFDB4030
برد مدار چاپی یا PCB بستر اصلی نصب قطعات داخلی بریک یونیت است. بیشتر اجزای الکترونیکی دستگاه از جمله مدار کنترل، مدار اندازهگیری ولتاژ، رله خطا، جامپرها، چراغهای نشانگر و قطعات منبع تغذیه روی این برد قرار گرفتهاند.
بخش ورودی باس DC
بریک یونیت VFDB4030 از طریق ترمینالهای +(P) و -(N) به باس DC اینورتر متصل میشود. انرژی برگشتی موتور از طریق همین ترمینالها وارد بریک یونیت میشود.
مسیر ورودی باس DC، انرژی را به IGBT، مدار اندازهگیری ولتاژ و منبع تغذیه داخلی دستگاه منتقل میکند.
مدار تشخیص ولتاژ باس DC
VFDB4030 دارای یک مدار اندازهگیری و تشخیص ولتاژ است. مدار اندازهگیری با استفاده از شبکهای از مقاومتها و قطعات الکترونیکی، این ولتاژ را به یک سیگنال کوچکتر و قابل بررسی تبدیل میکند.
مدار کنترل این سیگنال را با آستانه تعیینشده مقایسه میکند. هنگامی که ولتاژ باس از مقدار تنظیمشده بیشتر شود، فرمان فعال شدن مدار ترمز صادر میشود.
جامپر تنظیم ولتاژ ورودی
روی برد VFDB4030 بخشی برای تنظیم کلاس ولتاژ ورودی وجود دارد. این تنظیم باید متناسب با ولتاژ شبکهای انجام شود که اینورتر از آن تغذیه میشود.
اگر جامپر روی ولتاژی بالاتر از مقدار واقعی تنظیم شود، ممکن است بریک یونیت دیر فعال شود. در این حالت احتمال دارد اینورتر هنگام توقف سریع، خطای اضافه ولتاژ صادر کند .اگر تنظیم روی مقدار بسیار پایین قرار گیرد، بریک یونیت ممکن است زودتر از زمان لازم فعال شود و مقاومت ترمز بدون وجود ترمز واقعی وارد مدار شود.
مدار کنترل اصلی
مدار کنترل، بخش تصمیمگیرنده VFDB4030 است. این مدار مقدار ولتاژ اندازهگیریشده باس DC را دریافت و با آستانه تنظیمشده مقایسه میکند.
تا زمانی که ولتاژ باس DC در محدوده عادی قرار داشته باشد، IGBT خاموش است و مقاومتی به باس DC متصل نمیشود .وقتی موتور هنگام کاهش سرعت وارد حالت ژنراتوری شود، انرژی به اینورتر بازمیگردد و ولتاژ باس DC افزایش پیدا میکند. مدار کنترل این افزایش را تشخیص میدهد و فرمان روشن شدن IGBT را صادر میکند .پس از انتقال انرژی به مقاومت ترمز و کاهش ولتاژ باس، مدار کنترل فرمان خاموش شدن کلید را میدهد. این فرآیند ممکن است در طول یک مرحله توقف بارها تکرار شود.
مدار کنترل همچنین وضعیت دمای هیتسینک، خطاهای دستگاه و ارتباط Master/Slave را بررسی میکند.
مدار درایور IGBT
مدار کنترل VFDB4030 توانایی تأمین مستقیم جریان و ولتاژ مورد نیاز برای روشن و خاموش کردن IGBT قدرت را ندارد. به همین دلیل، بین مدار کنترل و IGBT یک مدار درایور گیت قرار گرفته است.
مدار درایور، فرمان ارسالشده از بخش کنترل را دریافت کرده و آن را به سیگنال مناسب برای تحریک گیت IGBT تبدیل میکند. این مدار با اعمال ولتاژ و جریان مورد نیاز به پایه گیت، زمان روشن و خاموش شدن IGBT را کنترل میکند.
هیتسینک آلومینیومی
هیتسینک وظیفه دفع حرارت تولیدشده توسط IGBT را بر عهده دارد.
هیتسینک این گرما را از قطعه قدرت دریافت و به هوای اطراف منتقل میکند. پرههای هیتسینک سطح تماس با هوا را افزایش میدهند و دفع حرارت را بهتر میکنند.
دمای هیتسینک به جریان ترمز، مدت ترمزگیری، فاصله بین توقفها، دمای محیط و تهویه تابلو وابسته است.
ترمینالهای B1 و B2
مقاومت ترمز خارجی به ترمینالهای B1 و B2 بریک یونیت متصل میشود.
هنگام فعال شدن IGBT، مسیر عبور انرژی از باس DC به این ترمینالها باز میشود و جریان از مقاومت ترمز عبور میکند.
منبع تغذیه داخلی
مدارهای کنترلی VFDB4030 نمیتوانند مستقیما با ولتاژ بالای باس DC کار کنند. به همین دلیل دستگاه دارای یک منبع تغذیه داخلی است.
این بخش، ولتاژ باس DC را به ولتاژهای پایینتر مورد نیاز آیسیهای کنترل، مدار درایور، چراغهای وضعیت و رله تبدیل میکند.
رله خروجی خطا
روی برد VFDB4030 یک رله الکترومکانیکی برای اعلام وضعیت خطا قرار دارد. کنتاکتهای این رله از طریق ترمینالهایRA، RB و RC در اختیار مدار خارجی قرار میگیرند. در زمان بروز خطا، مانند افزایش بیش از حد دمای هیتسینک، رله تغییر وضعیت میدهد.
از کنتاکت رله میتوان برای ارسال سیگنال بهPLC، ورودی دیجیتال اینورتر، چراغ هشدار یا مدار قطع کنتاکتور استفاده کرد.
ترمینالهایM1، M2،S1 و S2
این ترمینالها برای ارتباط میان بریک یونیت Master و Slave استفاده میشوند.
در پروژههایی که ظرفیت یک VFDB4030 کافی نیست، امکان استفاده از چند بریک یونیت بهصورت هماهنگ وجود دارد.
در این حالت یکی از یونیتها بهعنوان Master و یونیتهای دیگر بهعنوان Slave تنظیم میشوند. یونیت Master زمان شروع و پایان ترمز را مشخص میکند و فرمان لازم را به Slaveها میفرستد.
ترمینالهای M1 و M2 سیگنال هماهنگکننده را از یونیت Master خارج میکنند. ترمینالهای S1 و S2 سیگنال را در یونیت Slave دریافت میکنند.
چراغ ACT
چراغ ACT فعال شدن مدار ترمز را نشان میدهد.
چراغ ERR
چراغ ERR برای نمایش وضعیت خطای بریک یونیت استفاده میشود. یکی از مهمترین دلایل فعال شدن این چراغ، افزایش بیش از حد دمای هیتسینک است.
جمعبندی
بریک یونیت دلتا VFDB4030 از دو بخش اصلی قدرت و کنترل تشکیل شده است.
در بخش قدرت، کلید نیمههادی وظیفه اتصال مقاومت ترمز به باس DC را بر عهده دارد. هیتسینک، پد حرارتی و سنسور دما نیز حرارت این بخش را کنترل میکنند.
در بخش کنترل، مدار اندازهگیری ولتاژ، جامپر تنظیم ولتاژ، مدار فرمان، درایور، منبع تغذیه، رله خطا و مدار Master/Slave قرار دارند.
برای مشاهده راهنمای رسمی بریک یونیتهای سری VFDB دلتا، اینجا کلیک کنید دانلود کاتالوگ.