การเบรก หมายถึง การหน่วงความเร็วรอบของมอเตอร์ให้หมุนช้าลงอย่างรวดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับสนามแม่เหล็กหมุน จะด้วยวิธีทางกล หรือด้วยวิธีทางไฟฟ้า ในที่นี้จะข้อกล่าวเฉพาะการเบรกด้วยทางไฟฟ้าเท่านั้น

.

ข้อดีของการเบรกด้วยไฟฟ้า เมื่อเทียบกับทางกล เช่น ไม่ต้องการการบำรุงรักษาเปลี่ยนผ้าเบรก หรือทำให้มีผงฝุ่นจากระบบเบรก โดยเฉพาะในโรงงานทางด้านอาหาร และยังสามารถติดตั้งระบบเบรกเพิ่มเติมได้ หลังจากมอเตอร์ใช้งานอยู่ก่อนแล้ว ส่วนข้อเสียที่เป็นของระบบไฟฟ้าบางวิธี คือไดนามิกส์อาจจะไม่ดี และไม่สามารถทำการเบรกให้หยุดสนิท หรือเมื่อมอเตอร์หยุดหมุนแล้ว จะไม่สามารถเบรกให้ Lock อยู่กับที่ได้ คือไม่สามารถ Holding Brake ได้ เช่น

.

การเบรกแบบปลั๊ก (Plug Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้คือการเบรกด้วยวิธีกลับทางหมุนนั้นเอง เป็นวิธีที่นิยมทำกันและเป็นวิธีที่ง่ายของการเบรกทางไฟฟ้าและต้องการวงจรเพิ่ม น้อย ดังแสดงในรูปที่ 1

.

                                      รูปที่ 1 วงจรกำลัง และวงจรควบคุม Plug Braking

โหมดการทำงาน

การสตาร์ท:  กดสวิตช์ S1Q ทำให้ K1M ทำงาน มอเตอร์ก็เริ่มทำงาน หน้าสัมผัสของ F3V เป็นตัววัดความเร็วรอบ จะเปลี่ยนตำแหน่งเมื่อความเร็วรอบต่ำ ๆ

.

การหยุด: กดสวิตช์ S0Q ทำให้ K1M หยุดทำงานและ K2V ทำงาน มอเตอร์หยุดทำงานเป็นแบบ Plug Braking มอเตอร์กลับทางหมุนที่ความเร็วต่ำทำให้ F3V กลับมายังตำแหน่งเดิม ทำให้ K2V หยุดทำงานซึ่ง Plug Braking สิ้นสุดลง

.

การสับเปลี่ยนการต่อของ 2 เฟสทำให้ทิศทางการหมุนของสนามแม่เหล็กกลับทิศ ทำให้มอเตอร์เกิดการเบรก ค่าแรงบิดเฉลี่ยขณะทำการเบรกด้วยวิธีนี้จะมีค่าสูงกว่าค่าแรงบิดล็อกโรเตอร์ดังแสดงในรูปที่ 2 ตัวตรวจจับความเร็ว (Speed Monitor: F3V) มีไว้เพื่อป้องกันมอเตอร์ที่กำลังหมุนกลับทิศทางทันทีทันใดหลังจากหยุดนิ่ง

.

รูปที่ 2 การสตาร์ต, การเบรกและการกลับทางหมุนของอินดักชั่นมอเตอร์ชนิดกรงกระรอก

.

การนำไปใช้งานของวิธีการเบรกแบบนี้ไม่ควรใช้เวลาในการเบรกนานเกิน 5 วินาที ทั้งนี้จะต้องตรวจสอบความสามารถการรองรับกระแสสูงของมอเตอร์แต่ละรุ่น และขึ้นอยู่กับงานที่ขับด้วย เช่น ใช้ในการขับเกียร์ของเครื่องกว้านด้วยอินดักชั่นมอเตอร์ชนิดสลิปริงซึ่งมีไดนามิกส์การเบรกต่ำ โดยไดนามิกส์แปรตามความต้านทานของโรเตอร์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามกราฟลักษณะสมบัติของแรงบิดดังแสดงในรูปที่ 2

.

การเบรกโดยจ่ายพลังงานคืน (Regenerative Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยการขับมอเตอร์ที่ต่อกับเครื่องจักรหมุนซึ่งเป็นโหลดให้มีความเร็วสูงกว่าความเร็วซิงโครนัส หรือความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน ทำให้มอเตอร์เกิดการเบรก และจ่ายพลังงานกลับคืนสู่แหล่งจ่ายของระบบ หรือ Regenerative

.

การเบรกเมื่อมอเตอร์หมุนที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วสนามแม่เหล็กหมุน สามารถทำได้โดยการต่อคาปาซิเตอร์ (Capacitor Bank) เข้าไปให้กับขั้วของมอเตอร์เป็นช่วง ๆ ทำให้เกิดการจ่ายพลังงานเป็นสนามแม่เหล็กหมุน ที่ความเร็วรอบของมอเตอร์ต่ำ ๆ การเบรกเกิดขึ้นจากสาเหตุการจ่ายกระแสรีแอกตีฟ (Reactive) จากการต่อคาปาซิเตอร์นั้นเอง อย่างไรก็ตามการเบรกด้วยวิธีนี้ไม่คอยนิยมใช้เพราะค่าใช้จ่ายสำหรับคาปาซิเตอร์ที่นำมาต่อสูง และเสียพื้นที่ในการติดตั้งคาปาซิเตอร์

.

การเบรกโดยการลัดวงจร (Short–circuit Braking)

การเบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยเปิดวงจรมอเตอร์ออกจากแหล่งจ่าย แล้วทำการลัดวงจรที่ขั้วสเตเตอร์เข้าด้วยกันก็จะเกิดการเบรก ที่สำคัญขณะลัดวงจรจะทำให้เกิดการอาร์กที่สวิตช์ ซึ่งวิธีนี้สามารถทำได้ง่ายแต่ไม่สามารถคาดคะเนเวลาที่ทำการเบรก และเวลาที่มอเตอร์จะหยุดนิ่งว่าใช้เวลาเท่าไร

.

วิธีนี้จะไม่เห็นผลกับมอเตอร์ที่ขับโหลดที่มีความเฉื่อยสูง เพราะฟลักซ์แม่เหล็กในมอเตอร์จะลดลงอย่างเร็วเมื่อลัดวงจร แต่เนื่องจากความเฉื่อยสูงจึงไม่สามารถทำให้มอเตอร์หยุดหมุนได้โดยทันที ซึ่งเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กหมดทำให้การลัดวงจรไม่มีผลต่อการเบรก

.

การเบรกด้วยวิธีนี้ทำได้โดยปลดขดลวดสเตเตอร์ออกจากไลน์ แล้วจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปกระตุ้นขดลวดในสเตเตอร์แทน เป็นผลให้กราฟแรงบิดของมอเตอร์เป็น กราฟแรงบิดเป็นแบบย้อนกลับ หรือแบบเงา (Mirror) ใกล้เคียงกับเส้นกราฟของแรงบิดของมอเตอร์ ซึ่งความสูงของเส้นกราฟจะมากหรือ น้อย นั้นขึ้นอยู่ กับการฉีดปริมาณกระแสของไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายเข้าไปเพื่อทำการเบรก

รูปที่ 3 เส้นโค้งแรงบิดเบรกที่มีการเบรกโดยฉีดไฟกระแสตรงที่เปรียบเทียบกับเส้นโค้งแรงบิดของมอเตอร์

.

สนามแม่เหล็กที่สร้างมาจากไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อเบรก  ที่ไหลในขดลวดสเตเตอร์สามารถหาได้จากเส้นกราฟ Magnetization ของมอเตอร์ หลังจากแปลงไฟฟ้าตรงเป็นค่าสมมูลทางไฟสลับในรูปของของกระแสเฟส         

ค่ากระแสเฟสสมมูลทางไฟฟ้ากระแสสลับ คือกระแสที่สร้าง mmf. และแรงบิดเดียวกันจากไฟฟ้ากระแสตรง

                                               รูปที่ 4 ไดอะแกรมวงจรสำหรับการเบรกแบบฉีดไฟฟ้ากระแสตรง

การสตาร์ตมอเตอร์

กดสวิตช์ปุ่มกด S1 ทำให้คอนแทกเตอร์ K1 ทำงาน หน้าสัมผัส K1 ล็อกสวิตช์ S1 และคอนแทกเตอร์ช่วย K4 ก็จะทำงานเช่นกัน หน้าสัมผัส NC ของ K1 จะล็อกไม่ให้ K2 และ K3 ทำงาน หน้าสัมผัส NC ของ K4 จะช่วยล็อกให้การทำงานเป็นไปตามลำดับ

.

การหยุดมอเตอร์ด้วยการฉีดไฟฟ้ากระแสตรง

โดยกดสวิตช์ปุ่มกด S2 ทำให้คอนแทกเตอร์ K1 หยุดทำงาน (มอเตอร์ได้รับไฟฟ้ากระแสตรงหลังจาก K2 และ K3 ทำงาน) หน้าสัมผัส NO ของ K2 และ K3 ทำให้ตัวนับเวลา (Timer) K5 เริ่มทำงาน เมื่อถึงเวลาของการฉีดสิ้นสุดจะปลดการฉีดออกโดยทำให้ K2 และ K3 หยุดทำงาน

.

แรงบิดมอเตอร์จะแปรผันตามกำลังที่ช่องอากาศ (Air-gap Power) เมื่อมีการหมุนก็จะทำให้เกิดค่าสูญเสียในโรเตอร์ ถ้าไม่พิจารณาสลิป และกระแสสร้างสนามแม่เหล็ก แรงบิดมอเตอร์จะแปรผันตามกระแสยกกำลังสอง ซึ่งมีสมการของแรงบิดดังนี้

เมื่อ M_m คือแรงบิดมอเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับโหลดเช่นเดียวกับกระแสของมอเตอร์ I_m ขณะมอเตอร์หมุนอยู่ และกระแสเฟสสมมูลทางไฟสลับ I’₁ ค่าทั้งหมดนำมาคำนวณแรงเบรก  ขณะมอเตอร์หมุนได้

อย่างไรก็ตาม  ในการวางแผนทางวิศวกรรมจะมีการขยายการคำนวณในทางปฏิบัติดังนี้

สมการนี้ใช้สำหรับการคำนวณหาค่าได้ ถ้ารู้ข้อมูลจากแคตาล็อกของมอเตอร์ เป็นค่ากระแสไฟฟ้ากระแสสลับ เริ่มเบรกขณะทำการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ถ้ามอเตอร์มีแรงบิดภายนอก  เข้ามาประกอบค่า  จะมีสมการเป็น

ซึ่งถ้าหากมีค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของมอเตอร์ ก็จะสามารถคำนวณ หาค่ากระแสเบรก  ได้คือ

 เมื่อ                    คือกระแสตรงที่จ่ายในการเบรก [A]

                    k           คือค่าแฟกเตอร์ในวงจรเบรก

                             คือค่ากระแสล็อกโรเตอร์ต่อเฟส [A] ถ้าเป็นการต่อแบบเดลต้าได้  (ค่าจากแคตาล็อก)

                    J           คือโมเมนต์ หรือความเฉื่อยรวมของมอเตอร์และของโหลด [kg.m²]

                           คือความเร็วพิกัดมีหน่วยเป็นรอบต่อนาที [rev/min]

                           คือเวลาเป็นวินาที่ ที่ใช้ในการเบรก (ยอมให้ไม่เกิน 10 วินาที เพราะอุณหภูมิจะสูงเกิน)

                           คือแรงบิดหน่วง (Retarding Torque) ของโหลด [Nm]

                           คือแรงบิดล็อกโรเตอร์ [Nm]

                     f           คือแฟกเตอร์แรงบิดเบรกของมอเตอร์ (Breaking Torque) ตามโรงงานผู้ผลิตโดยทั่วไปจะมีค่าประมาณ 1 – 2 เท่า

                           คือค่ากระแสพิกัดต่อเฟส ถ้าต่อแบบเดลต้า 

                             คือค่ากระแสพิกัด ของมอเตอร์

                                                           รูปที่ 5 การต่อมอเตอร์สำหรับเบรกโดยฉีดไฟฟ้ากระแสตรง

นอกจากนี้ หากเรารู้ อุณหภูมิในขณะทำงาน และค่าความต้านทานภายในมอเตอร์ เราสามารถคำนวณหาค่าแรงดัน  ที่จ่ายเพื่อทำการเบรกมอเตอร์ จากอุณหภูมิในขณะทำงานได้ตามสมการ

เมื่อ                 คือแรงดันเบรกไฟฟ้ากระแสตรง [V]

                C          คือแฟกเตอร์สำหรับการเบรก [ตามรูปที่ 5]

                      คือกระแสเบรกไฟฟ้ากระแสตรง [A]

                   คือความต้านทานต่อเฟสของขดลวดมอเตอร์ ณ.อุณหภูมิที่ทำงาน [W]

                    คือความต้านทานต่อเฟสของขดลวดที่อุณหภูมิ 20 °C [W]