regeneration

انرژی ترمزی یا انرژی بازتولیدشده یعنی چی؟

انرژی ترمزی یا انرژی بازتولیدشده (یا به قول فرنگی‌ها Regeneration Energy)

.

همون‌طور که می‌دونید، موتورهای آسنکرون با سرعتی کمتر از سرعت سنکرون می‌چرخن و اصولا همین سرعت زیرِ سنکرون باعث اعمال نیرو از سمت میدان برای گردش روتور میشه! اگه بخواهیم یه مرور کوتاه بکنیم، تو ماشین‌های آسنکرون سه حالت می‌تونیم داشته باشیم:

اول این‌که روتور با سرعتی کمتر از سرعت سنکرون بچرخه، این باعث می‌شه تا نیرویی هم‌جت با گردش میدان به هادی‌های روتور وارد بشه، در این‌صورت ماشین در حالت موتوری کار می‌کنه و انرژی الکتریکی رو به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنه.

حالت دوم این‌که روتور با سرعتی برابر سرعت سنکرون بچرخه، یعنی سرعتش برابر سرعت میدان باشه، تو این حالت اصولا نیرویی از طرف میدان به هادی‌های روتور وارد نمیشه.

حالت سوم، حالتیه که روتور سریعتر از سرعت سنکرون بچرخه، تو این حالت نیرویی خلاف جهت چرخش میدان به هادی‌های روتور وارد می‌شه و ماشین به حالت ژنراتوری میره، پس انرژی مکانیکی روتور به انرژی الکتریکی تبدیل میشه.

بنابراین، اگه موتورهای القایی سرعت‌شون از سرعت سنکرون پیش بیفته، از حالت موتور به حالت ژنراتوری میرن. به این حالت به اصطلاح بازتولیدگری (Regeneration) می‌گن. ناگفته نمونه، نیروی معکوسی که از طرف میدان به هادی‌های روتور تو حالت Regeneration وارد میشه، یجورایی نقش ترمز طبیعی رو هم برای روتور بازی می‌کنه.

سوال پیش میاد، آمیرزا حالت Regeneration چه موقع‌هایی پیش میاد؟

دو موقعیت مهم وجود داره که توش با انرژی بازتولیدشده مواجه میشیم:

یک، وقتی که موتور به درایو متصله و در حال کاهش سرعت یا به قولی Deceleration هست، تو این حالت اگه زمان Deceleration خیلی کم باشه، ممکنه سرعت موتور به خاطر اینرسی حرکتی از سرعت میدان پیش بیفته و بره تو حالت بازتولیدگری.

دو، زمانی که یه بار نامتعادل به موتور متصل باشه که به اصطلاح به این‌جور بارها، بارهای بازتولیدگر (Regenerative Load) میگن. فرض کنید موتور داره یه باری رو می‌چرخونه که یه سمتش از سمت دیگه‌ش خیلی سنگین‌تره، تو این حالت موقعی که سمت سنگین داره به جهت پائین میاده روتور رو هل میده و باعث میشه سرعت روتور از سرعت میدان گردان بیشتر بشه. برای مثال اگه با ماشین‌های قالبگیری دورانی (Rotational Molding) مواجه شده باشید، می‌بینید که این ماشین‌ها بازویی دارند که قالب‌ها روی اون نصب میشن و شروع به گردش می‌کنند، حالا اگه دو طرف بازو قالب‌های مختلفی با وزن‌های متفاوت نصب شده باشند و بازو بالانس نباشه، موقعی که قالب‌های سنگین‌تر دارند به سمت پائین میان بازو رو به سمت پائین هل میدن و باعث میشن تا درایو خطای Over-Voltage بده و چرخش بازو رو متوقف کنه. شکل زیر دو تا بازوی مریوط به یه ماشین قالبگیری دورانی رو نشون میده.

ماشین قالبگیری دورانی
ماشین قالبگیری دورانی

سوال پیش میاد: آمیرا چرا انرژی بازتولیدشده ولتاژ درایو رو بالا می‌بره و باعث Over-Voltage میشه؟

چون ورودی درایوها یه رکتی‌فایر هست که معمولا فقط شامل پل موافق (معمولا پل دیودی) میشه. پس برق شبکه از این پل میگذره، یکسو میشه و میاد سر باسDC  اما هیچ انرژی‌ای نمی‌تونه از باسDC  به برق شهر برگرده، چون پل معکوسی برای این منظور توی درایو تعبیه نشده! پس انرژی الکتریکی تولیدشده توسط موتور تو حالت بازتولیدگری به باسDC درایو منتقل میشه، اما نمی‌تونه به شبکه شهر منتقل بشه. در نتیجه ولتاژ خازن متصل به  باسDC  بالا میره. تو این‌جور مواقع معمولا درایو خروجی‌اش رو قطع می‌کنه تا افزایش بیش از حد ولتاژ باعث سوختن خازن نشه. به همین دلیل معمولا اگه یه درایو پیغام خطای Over-Voltage داد یکی از مهم‌ترین دلایلش می‌تونه انرژی بازتولید‌شده باشه. البته ناگفته نمونه بالا بودن بیش از حد ولتاژ شبکه هم می‌تونه منجر به پیغام خطای Over-Voltage بشه. تو شکل زیر می‌تونید مدار قدرت یه درایو رو ببینید.

مدار قدرت درایو فرکانس متغیر
مدار قدرت درایو سه فاز

سوال پیش میاد: آمیرزا با این مشکل چه کنیم؟

اول از همه این‌که اگه مشکل ناشی از کم بودن زمان کاهش سرعت (Deceleration) هست و دست‌تون برای افزایش این زمان بازه، زمان Deceleration رو افزایش بدید و به احتمال زیاد مشکل‌تون حل میشه. راه این‌که بفهمین مشکل از کم بودن زمان کاهش سرعت هست یا نه هم ساده‌ست، کافیه تاریخچه خطاهای درایو رو بررسی کنید، چون معمولا حالتی که خطا توی اون رخ داده هم توی درایو ذخیره میشه، اگه حالتی که خطا توی اون رخ داده Deceleration بود، پس مشکل از کم بودن زمان Deceleration هست، اما اگه حالتی که خطا توی اون رخ داده بود Steady State بود، یعنی مشکل از بار نامتعادله!

در هر صورت، اگه امکان افزایش زمان Deceleration رو ندارید، یا اگه اصولا مشکل از بار نامتعادل و Regenerative هست، چند روش برای رفع و رجوع کردن انرژی بازتولیدشده پیش روتون قرار داره.

یه روش معمول برای مقابله انرژی بازتولیدشده، استفاده از مقاومت ترمزی (Braking Resistor) هست. مقاومت ترمزی انرژی بازتولیدشده رو به صورت گرما تلف می‌کنه و به این صورت مانع افزایش ولتاژ سر خازن میشه. بعضی از درایوها خروجی مخصوص مقاومت ترمزی دارند (معمولا درایوهای با قدرت کم و متوسط)، به طور معمول این خروجی با یه تریستور به باس DC داخلی درایو متصله و زمانی که ولتاژ سر خازن از حد خاصی بالاتر میره تریستور مربوطه توسط مدار کنترلی قطع و وصل میشه و انرژی اضافی رو به سمت مقاومت ترمزی میفرسته تا به صورت گرما به هدر بره. بعضی از درایوها خروجی مخصوص مقاومت ترمزی ندارن، مخصوصا درایوهای با قدرت بالا، چون حدف این قسمت باعث کاهش حجم و قیمت درایو میشه، تو این درایوها لینک DC به طور مستقیم از طریق خروجی‌هایی در دسترسه، بنابراین ابتدا باید یه واحد مقاومت ترمز دینامیکی (Dynamic Braking Unit) به این خروجی‌ها متصل بشه و بعد مقاومت ترمزی به این سیستم ترمزی متصل بشه. یه مقاومت ترمزی رو تو شکل زیر می‌تونین ببینین.

مقاومت ترمزی
مقاومت ترمزی (Braking Resistor)

یه روش دیگه متصل کردن DC Bus درایوهای مختلف به همدیگه‌ست. در این صورت انرژی ترمزی حاصل از یک موتور بین تمام درایوها به اشتراک‌گذاشته میشه و توسط بقیه‌ی موتورها مصرف میشه. البته باید اشاره کنیم که همه‌ی درایوها لزوما دسترسی به باس DC رو فراهم نکردن، معمولا این امکان توی درایوهای با قدرت بالا فراهمه. بعضی از طراح‌ها از این روش برای کاهش مصرف ماشین‌هاشون استفاده می‌کنن. برای مثال ماشین‌های Blow Molding جدید شرکت Kautex که به‌صورت تمام الکتریک طراحی شدن (سری KBB)، از این ترفند استفاده می‌کنن و یه باس DC سراسری فراهم کردن تا انرژی ترمزی حاصل از یه موتور توسط موتورهای دیگه مصرف بشه و در نتیجه ماشین‌شون از نظر مصرف انرژی الکتریکی بهینه‌تر بشه. تو شکل زیر یه سیستم اشتراک انرژی رو می‌تونین ببینین.

Bus Sharing
Bus Sharing

امیدوارم این نوشته‌ی به کارتون اومده باشه. اگه شما هم نظر یا تجربه‌ای در این مورد دارید خوشحال میشم بیانش کنید.

من خودم به شخصه تو ماشین‌های قالبگیری دورانی (Rotational Molding) به این مشکل برخوردم، درایوهای نصب‌شده روی ماشین از نوع LS سری iG5A بودند که با نصب مقاومت ترمزی مشکل مرتفع شد.

شاد باشید، شادِ شادِ شاد.

قربان شما ، آمیرزا.

.

پی‌نوشت: دو تا مقاله کاربردی درمورد Regeneration رو می‌تونید از لینک‌های زیر دریافت کنید، اگه تو اینترنت جست‌جو کنید حتما مطالب بیشتر و بهتری رو پیدا می‌کنید.

Braking and Regenerative Energy with AC Drives

?What Is Regeneration

.

آمیرزا

یه برق‌خونده‌ی علاقه‌مند به برنامه‌نویسی

18 دیدگاه برای “انرژی ترمزی یا انرژی بازتولیدشده یعنی چی؟

  1. سلام بر مهندس و دوست عزیزم
    بسیار عالی و پرمغز
    واقعا لذت بردم.
    البته با شروع بحث و خود عنوان regenerative من ذهنم رفت سراغ خودروهای الکتریکی. ولی این موضوع که از این قضیه در صنعت هم استفاده میشه خبر نداشتم. در کل جالب بود. به اطلاعات اندکمون کوهی اضافه شد. مرسی.

    مهندس یعنی کسی که بفهمه خطای over-voltage درایو ناشی از چیه و اون رو حل کنه 🙂

    1. شکسته‌نفسی می‌فرمائید دکتر جان.
      ممنون از لطفت.
      البته مطالب زیادی تو این رابطه تو اینترنت هست، مخصوصا شرکت آلن بردلی مقالات کاربری (Application Note) خوبی تو این زمینه داره.
      درمورد خطاهای درایوها هم، معمولا تو یوزز منوال اونها راهنمایی‌هایی برای پیدا کردن مشکلات هست که اکثر مواقع میشه ازشون بهره برد و دلیل بیشتر مشکلات رو پیدا کرد.

  2. بسیار عالی مهندس
    امیدوارم که تهیه مطالب آموزنده و کاربردیتون ادامه داشته باشه.
    اگه امکانش هست لینک مطالب Allen Bradly رو که تو کامنت ها فرمودین رو هم قرار بدید.

  3. مرسی مهندس از اطلاعاتتون من تو کارم به همچین مشکلی خوردم توی سیستم ریخته گری الکترو موتور حمل دمی بار که با فرکانس و دور کم کار میکنه در یک نقطه زمانی مشخص دائمن خطای over voltage میده اما از اون نقطه که رد بشه دیگه چنین خطایی رو روی درایو نداریم ،درایو مجهز به مقاومت حرارتی است بنظر شما علت خطای درایو از کجاست احتمال اسیب رسیدن به مقاومت حراتی درایو هست یا چیز دیگه

    1. دقیقا متوجه نشدم مشکل چطور اتفاق میفته،
      منظورتون از نقطه زمانی رو متوجه نشدم، مثلا همیشه در یک جای مشخص از مسیر این اتفاق پیش میاد؟
      مقاومت ترمزی اگه توانی بیشتر از توان نامی بهش داده بشه امکان سوختنش هست، اما تست کردنش آسونه، میتونید با یه اهم متر تستش کنید و ببینید سوخته یا نه.
      مسئله‌ی مهم مقدار مقاومت و توان نامی مقاومت ترمزی هست، آیا با توان مناسب و طبق کاتالوگ انتخاب شده؟
      همچنین ممکنه مشکل از IGBT سر راه مقاومت ترمزی باشه. داخل درایو، قبل از خروجی مقاومت ترمز دینامیکی یه IGBT برای سوئیچینگ وجود داره. تو بعضی از درایوها هم قبل از مقاومت ترمز دینامیکی، از یک واحد ترمز دینامیکی یا همون Dynamic Braking Unit هم استفاده شده، برای شما مقاومت مستقیم به درایو وصل شده؟ یا به یه واحد ترمز دینامیکی وصل شده و اون به درایو متصله؟

  4. آمیرزا یه سوال داشتم !
    این انرژی رو میشه تبدیل و مصرف کرد ؟ مثلا” انرژیه ترمزیه پله برقی رو که توسط مقاومت به صورت حرارت دفع میشه رو به AC مورد نیاز برای روشنایی لامپها تبدیل کرد ؟ یا توی باتری ذخیره کرد ؟؟؟

    1. به این صورت که میگی رو دقیقا نمیدونم، ولی به طور کلی میشه این انرژی رو دوباره مصرف کرد، همون طور که تو این نوشته هم گفتم، بعضی از سیستمها مجهز به یه DC BUS سراسری هستن که برق DC اینورترها رو تامین میکنه، تو این سیستمها انرژی بازتولیدشده به این DC Bus منتقل میشه و توسط بقیه اینورترها به کار تبدیل میشه. قطعا این سیستمها بهینه تر هستن. شرکتهایی که از این سیستم استفاده میکنن معمولا این رو تو تبلیغاتش ماشینها و دستگاه هاشون ذکر میکنن.

  5. سلام خسته نباشین میشه بگین درصورت نبودن دی بی یو یا مقاومت طبق کاتالوگ چیکار میشه کرد مثلا موازی کردن یا هر چی ما یه دی بی یو داریم به درایو جفران وصله میشه با یه چیز دیگه جایگزین کرد نهایتا در کاربرد جرثقیل یه درایو سی کیلو وات میشه بدون دی بی یو را ه انداخت مثلا تو باس دی سی که در دسترس هست و باید به دی بی یو وصل بشه یه مقاومت توان بالا گذاشن یا چنتا سریرموازی مدیون خودتون میکنیین اگه جوا ب بدین

    1. حقیقتش دقیقا متوجه سوالتون نشدم.
      ولی اگه منظورتون اینه که تو درایوی که دارین خروجی مقاومت ترمزی وجود نداره و فقط باس DC تو دسترسه، باید بگم تا اونجایی که به طور معمول مقاومت ترمزی مستقیم به باس DC وصل نمیشه، چون اونوقت همیشه تو مداره. برای همین خیلی از درایوها خروجی مقاومت ترمزی دارن، که در واقع تو درایو بین اون خروجی و باس DC یه تریستور برای تنظیم خروجی مقاومت ترمزی وجود داره. اما برای درایوهای پرقدرت، معمولا این قسمت رو حذف میکنن، تا هزینه کم بشه. اما اینکه اگه DB Unit نداریم، چه چیزی میتونیم جایگزینش کنیم (اگه درست متوجه شده باشم سوالتون رو) باید بگم که در حال حاظر اطلاعات خاصی برای این حالت ندارم.

  6. سلام مهندس جان خیلی عالی بود
    آیا تو درایو های ls میشه مقدار خروجی Dc لینک رو خودمون تعریف کنیم تو یه جایی بار نا متعادل داریم یونیت ترمز هم گذاشتیم ولی بعضی مواقع موتور بصورت دایم در حال فشار کار میکنه و تخلیه ولتاژی روی مقاومت ها صورت نمیگیره ممنون میشم راهنمایی ام کنید
    شماره تلگرام ۰۹۹۰۱۱۷۵۰۷۵

    1. سلام علی جان،
      دسترسی به لینک DC تو اینورترهای LS بستگی به مدل اونها داره، مثلا تو مدل iG5A دسترسی به لینک DC وجود نداره اما تو مدل‌های iS5 این امکان وجود داره. درضمن، برای راه‌اندازی DC Link Sharing جوانب کار رو بسنجید حتما.
      اما درمورد زیر فشار بودن درایو، منظورتون رو متوجه نشدم. منظورتون از زیر فشار بودن اینه که جریان زیاد میکشه؟
      در هر صورت، برای چک کردن کارکرد مقاومت ترمزی، ولتاژ لینک DC درایو رو مانیتور کنید، مثلا تو مدل iG5A گزینه dCL ولتاژ لینک DC رو نمایش میده. به طور معمول وقتی ولتاژ بالای ۷۰۰ الی ۷۳۰ ولت بره مقاومت وارد مدار میشه. وقتی هم که ولتاژ به ۷۸۰ الی ۸۰۰ ولت برسه هم معمولا درایو تریپ میده و متوقف میشه.

  7. سلام.خدمت اساتید
    ما یه جرثقیل داریم که قلابش با گیربکس باری حدود ۵ تن رو با دو سرعت بلند میکرد و موتورش دوسرعته دو سیم پیچه بود.وقتی این موتور با کنتاکتور کار میکرد تو بالا بردن بار ۷.۵ امپر میکشید و تو پایین اوردن بار ۶.۵ امپر.
    اومدیم بهینه سازی کنیم.از یه درایو ls ig5a استفاده کردیم.اول که همین خطای over volt میداد تو بالا رفتن، خوب مقاومت گذاشتیم مشکل بالا رفتنش درست شد.حالا تازه مشکل اصلی شروع شد‌.تو بالا رفتن همون۷.۵ امپر رو میکشه ولی تو پایین اوردن بار ۱۳.۵ امپر مصرف میکنه و over cur میده.نمایندگی میگه باید از مدل v استفاده میکردین.شما اساتید دلیلی واسه این اتفاق میبینید؟ راه حل یا پیشنهادی دارید؟🤔
    ممنون میشم کمک کنید

    1. حقیقتش حسن جان تا جایی که من اطلاع دارم تیپ iG5A از برند LS مناسب کارهایی مثل جرثقیل نیست و بالطبع باید از تیپ مناسب این کار استفاده میکردید.
      اما در مورد مشکلی که گفتید، نمی‌دونم دلیل اصلی چیزی که میگید چیه، پیشنهاد خاصی نمی‌تونم بهتون بدم.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *