ترمزگیری و انرژی برگشتی در درایو کنترل دور بخش اول

یکی از ویژگی های خوب در درایو کنترل دور قابلیت ترمز و کاهش سرعت کنترل شده می باشد. این کار علاوه بر مزایایی که به همراه دارد ممکن است باعث برگشت انرژی از سمت موتر به سمت درایو کنترل دور شود که به آن آسیب های جدی وارد می کند. در حالت کارکرد نرمال درایو کنترل دور و موتور، درایو کنترل دور با دادن انرژی به موتور آن را به چرخش در می آورد تا بار مورد نظر حرکت کند. در واقع گشتاور ایجاد شده روی شفت موتر به حرکت در می آید. (رله ها و خروجی های آنالوگ در درایوهای کنترل دور بخش اول)  

اما برخی اوقات این انتقال انرژی در جهت عکس اتفاق می افتد، یعنی انرژی به دلایل مختلف از طرف بار به موتور و درایو باز می گردد. این عموما زمانی رخ می دهد که بار در حال تخلیه انرژی و کاهش سرعت یا دوران باشد. برای مثال یک جرثقیل یا آسانسوری که در اثر سنگینی زیاد بار به پایین حرکت می کند و موتور را به چرخش در می آورد. بازگشت انرژی همچنین زمانی رخ می دهد که بار در حال توقف دارای لختی بالایی باشد، مثلا فن های بزرگ سانتریفیوژی. این حالت ممکن است برای هر باری اتفاق بیفتد، پس باید راهی برای جلوگیری از آسیب رسیدن به درایو کنترل دور در نظر گرفت. (استفاده از چوک های ورودی و خروجی به همراه درایوهای کنترل دور)

البته اگر اصطکاک سیستم قابل توجه باشد یا عوامل دیگری وجود داشته باشند که به فرآیند توقف کمک کنند، مثلا نیروی دمنده جریان هوا برای فن ها، فرآیند ترمزگیری بسیار آسان تر می شود. اما با این حال اگر این انرژی برگشتی دارای مقادیر زیادی باشد، به هر حال این انرژی به درایو کنترل دور باز می گردد. در این حالت، از آنجا که درایو کنترل دور موتور را مغناطیسه نگه داشته است و در واقع تحریک شده است، به دلیل اینرسی بالا جهت عبور جریان بر عکس می شود و در واقع موتور به یک ژنراتور تبدیل می شود. تبدیل شدن موتور به ژنراتور یکی از موارد خطرناک می باشد که ممکن باعث بروز مشکلاتی برای درایو کنترل دور شود.

در نتیجه، جریان برگشتی وارد لینک DC‌ درایو کنترل دور می شود و به خازن های لینک DC می رسد. این جریان، خازن ها را شارژ می کند و با شارژ شدن خازن ها، ولتاژ لینک DC افزایش می یابد.

این جریان نمی تواند به شبکه برگردد، چون سر راه خازن ها و شبکه، پل دیودی یکسو کننده وجود دارد که همانطور که از نام آن پیداست فقط جریان را در یک سو، یعنی از شبکه به خازن ها منتقل می کند

بنابراین هرچه انرژی برگشتی بالاتر برود، ولتاژ روی خازن ها نیز افزایش می یابد. برای جلوگیری از آسیب رسیدن به خازن ها، درایو کنترل دور این افزایش ولتاژ را تشخیص داده و خروجی خود را قطع می کند.

حال دیگر درایو کنتر دور، ‌موتور را مغناطیسه نمی کند در نتیجه شار درون موتور از بین می رود و موتور به صورت خلاص به چرخش در می آید بدون اینکه هیچگونه ولتاژی در ترمینال های خود تولید کند. درایو کنترل دور با خطای اضافه ولتاژ تریپ می دهد که یکی از نشانه های اصلی وجود انرژی برگشتی از طرف موتور می باشد.

یکی از راه هایی که برای مقابله با این پدیده می توان اتخاذ کرد، انتخاب حالت ترمزی خلاص است.

خلاص بدین معنی  است که در هنگام توقف، درایو کنترل دور، موتور را کاملا رها کند تا موتور به صورت خلاص از حرکت بایستد.

این موضوع دو عیب بزرگ دارد. اول آن که در بسیاری از کاربردها ما نیاز به کنترل فرایند توقف داریم.

عیب دوم آن است که حتی اگر مشکل را در زمان توقف کامل برطرف کنیم، مساله در حالتی که بخواهیم کاهش شتاب دهیم نیز به قوت خود باقی است.

فرض کنید بخواهیم سرعت موتور را از 50HZ به 10HZ کاهش دهیم بدون آن که موتور را متوقف کنیم، در این حالت نیز با مقدار زیادی انرژی برگشتی مواجه خواهیم شد.

در نتیجه باید فکری اساسی برای انرژی برگشتی به سمت لینک DC درایو کنترل دور بکنیم. (انتخاب درایو کنترل دور و یا راه انداز نرم با توجه به نیازهای شما بخش دوم)  

ساده ترین راه حل این مشکل این است که انرژی تولیدی را به صورت ارادی به اتلاف برسانیم. برای تلف کردن انرژی به این صورت بهترین کار استفاده از یک مقاومت است.

ما می توانیم با اتصال یک مقاومت با توان کافی روی لینک DC انرژی برگشتی را به صورت انرژی گرمایی روی مقاومت تلف کنیم تا باعث بالا رفتن ولتاژ در درایو کنترل دور نشود.

در این حالت درایو کنترل دور باید مجهز به قطعه ای به نام چاپر باشد.

چاپر دقیقا یک IGBT‌ است که وظیفه اش تولید موج های انرژی قابل دفع روی مقاومت است.

درایو کنترل دور چاپر را کنترل می کند و هر زمان ولتاژ بالا رفت می تواند اقدام به کلیدزنی کند تا انرژی روی مقاومت تلف شود.

پس در هنگام خرید درایو کنترل دور باید به این نکته دقت داشت که با توجه به کاربرد، اگر احتمال بازگشت انرژی از موتور به سمت درایو کنترل دور وجود دارد، درایو حتما دارای چاپر داخلی باشد تا بعدها تنها با اضافه کردن یک مقاومت ساده، مشکلات ترمزی حل شود.

شکل زیر یک درایو کنترل دور دارای چاپر ترمزی را نمایش می دهد. (موارد ایمنی مهم در هنگام بهره برداری از درایو کنترل دور)  

مقاومت ترمزی مورد نظر باید قابلیت کار با ولتاژهای بالای DC ‌را داشته باشد و همچنین باید دارای یک مقدار اهم مینیمم باشد که جریان IGBT را محدود کند.

علاوه بر آن باید به حفاظت از مقاومت هم توجه کرد. مقاومت ها در هنگام تلف انرژی گرم می شوند در نتیجه باید خارج از تابلو نصب شوند و در برابر مایعات، گرد و غبار و تماس دست محفوظ باشند.

در بخش دوم این مقاله به بررسی این روش خواهیم پرداخت. برای دریافت اطلاعات بیشتر می توانید با متخصصین شرکت لیان الکتریک ویرا تماس حاصل فرمایید. (مدیریت بهینه انرژی.. آیا استفاده از کنترل دورها راه حل مناسبی است؟)