راهنمای جامع محاسبه و انتخاب مقاومت ترمز مناسب برای الکتروموتورها

هنگامی که یک درایو AC به الکتروموتور فرمان توقف می‌دهد، اگر بار متصل به موتور دارای اینرسی بالایی باشد (مانند سانتریفیوژها، جرثقیل‌ها یا نوار نقاله‌ها)، موتور به جای مصرف انرژی، به یک ژنراتور تبدیل می‌شود. این حالت را ترمز ژنراتوری (Regenerative Braking) می‌نامند.

انرژی تولید شده توسط موتور به سمت درایو برمی‌گردد و باعث افزایش شدید ولتاژ در خازن‌های لینک DC (DC Bus) می‌شود. برای جلوگیری از آسیب دیدن خازن‌ها، درایو این انرژی مازاد را از طریق قطعه‌ای به نام چاپر ترمز (Brake Chopper) به مقاومت ترمز هدایت می‌کند. مقاومت ترمز نیز این انرژی الکتریکی را به صورت گرما در محیط دفع کرده و ولتاژ درایو را در سطح ایمن نگه می‌دارد.

استفاده از مقاومت ترمز در تمام کاربری‌ها الزامی نیست، اما در موارد زیر نصب آن کاملاً ضروری است:

• بارهای با اینرسی بالا: مانند فن‌های بزرگ صنعتی و سانتریفیوژها که توقف آن‌ها زمان‌بر است.
• حرکات عمودی (Hoisting): مانند آسانسورها، بالابرها و جرثقیل‌ها (هنگام پایین آوردن بار).
• توقف‌های سریع و مکرر: ماشین‌آلاتی که نیاز به استارت و استاپ‌های سریع در فواصل زمانی کوتاه دارند (ماشین‌آلات بسته‌بندی و CNC).
• بارهای Overhauling: مانند نوار نقاله‌های شیب‌دار که نیروی جاذبه باعث چرخش سریع‌تر موتور می‌شود.

برای انتخاب دقیق مقاومت ترمز، نباید صرفاً به حدس و گمان اکتفا کرد. انتخاب مقاومت با اهمِ بسیار پایین باعث سوختن چاپر درایو می‌شود و انتخاب مقاومت با توان پایین، به سوختن خودِ مقاومت منجر می‌گردد. برای محاسبه دقیق، باید ۳ پارامتر اصلی را به دست آوریم:

ابتدا باید بدانیم موتور در زمان ترمز چه مقدار توان ژنراتوری تولید می‌کند. در کاربری‌های عمومی، حداکثر توان ترمزگیری معمولاً برابر با توان نامی موتور در نظر گرفته می‌شود، اما فرمول دقیق‌تر آن به شکل زیر است:

P_brake = (J × n^2) / (182.4 × t_b)

• P_brake: توان ترمزگیری (کیلووات)
• J: ممان اینرسی کل سیستم (کیلوگرم متر مربع)
• n: سرعت موتور قبل از ترمز (دور بر دقیقه – RPM)
• t_b: زمان توقف مورد نظر (ثانیه)

نکته میان‌بر مهندسی: در بیشتر کاربردهای صنعتی، توان مقاومت را بین ۵۰٪ تا ۱۰۰٪ توان نامی الکتروموتور در نظر می‌گیرند. (برای جرثقیل‌ها ۱۰۰٪ و برای سانتریفیوژها حدود ۵۰٪).

پس از مشخص شدن توان ترمز، باید مقدار اهم (Ω) مقاومت را محاسبه کنیم. این مقدار مستقیماً به ولتاژ لینک DC درایو شما بستگی دارد.

R = (V_dc)^2 / P_brake

• R: مقدار مقاومت (اهم)
• V_dc: ولتاژ لینک DC در زمان روشن شدن چاپر (برای درایوهای 400 ولت ABB، این مقدار معمولاً حدود 780 تا 800 ولت DC است).

هشدار بسیار مهم: هر درایو ABB دارای یک حداقل مقدار مقاومت مجاز (R_min) است که در کاتالوگ (Hardware Manual) ذکر شده است. اگر مقاومت محاسبه شده شما کمتر از R_min باشد، جریان عبوری از چاپر به شدت افزایش یافته و ترانزیستور IGBT چاپر بلافاصله می‌سوزد. همیشه شرط R ≥ R_min را رعایت کنید.

مقاومت ترمز دائماً در مدار نیست. نسبتِ زمان ترمزگیری به کل زمان یک چرخه کاری را Duty Cycle یا ED% می‌گویند.

ED% = (زمان ترمزگیری / کل زمان یک چرخه کاری) × 100

با ضرب کردن P_brake در درصد ED، توان نامی پیوسته (Continuous Power) مقاومت به دست می‌آید. به عنوان مثال، اگر مقاومت شما باید توان ۵۰ کیلووات را تحمل کند اما فقط ۱۰٪ از زمان در حال ترمز است، یک مقاومت با توان پیوسته ۵ کیلووات (با قابلیت تحمل اورلود بالا) برای شما مناسب خواهد بود.

اگر از درایوهای باکیفیت ABB استفاده می‌کنید، توجه به نکات زیر برای طول عمر سیستم شما الزامی است:

1. وضعیت چاپر داخلی: درایوهای توان پایین ABB (مانند سری‌های ACS355 ،ACS380 و برخی کدهای ACS580 تا ۲۲ کیلووات) دارای چاپر ترمز داخلی (Built-in) هستند. شما فقط نیاز به خرید و اتصال مقاومت ترمز به ترمینال‌های R+ و R- دارید.
2. چاپر خارجی: در توان‌های بالاتر (مثلاً در سری ACS880 توان بالا)، چاپر به صورت داخلی وجود ندارد و شما باید یک واحد چاپر مستقل (External Brake Chopper) را به همراه مقاومت ترمز از ایتوک صنعت تهیه کنید.
3. فعال‌سازی در پارامترها: پس از نصب سخت‌افزاری، فراموش نکنید که در تنظیمات پارامتری درایو ABB، قابلیت Overvoltage Controller را غیرفعال کرده و Chopper را فعال کنید (معمولاً در گروه پارامتری ۴۳ درایوهای ABB).

محاسبه اشتباه مقاومت ترمز، علاوه بر خسارت مالی به درایو، باعث توقف‌های طولانی‌مدت در خطوط تولید می‌شود. ایتوک صنعت به عنوان نماینده رسمی و مرجع تامین تجهیزات اتوماسیون صنعتی ABB در ایران، خدمات زیر را به شما ارائه می‌دهد:

• محاسبه مهندسی رایگان: تیم فنی ما بر اساس نوع بار، اینرسی و مدل درایو، دقیق‌ترین اهم و توان را برای شما محاسبه می‌کند.
• تامین قطعات اورجینال: ارائه انواع اینورترهای ABB، چاپرهای ترمز و مقاومت‌های استاندارد صنعتی با ضمانت اصالت.

پشتیبانی فنی: راهنمایی کامل برای تنظیمات پارامتری درایوهای ABB پس از نصب تجهیزات