紧急制动

简 介： 本文讨论了对于电机制动的基本原理和方法。利用演示实验验证了这些方案之间的差异与相同点。

关键词： 制动，再生，电机制动

  卓老师，为什么在某些伺服电机驱动器上有制动电阻？在智能车模电机驱动上是否也需要加制动电阻？

  当由电机驱动的机械系统在制动状态时，此时电机就会转换成发电机，它将机械系统的制动力矩转换成电能。如果电机的驱动系统不具备逆变功能，即将电重新转换成一次能源回馈到电网，或者蓄电池内，那么只能通过功率电阻来消耗掉制动能量。否则这些能量无处可去，就会造成驱动电路内部过压，过流，损坏驱动电路。

  车模动能消耗的途径包括有：模轮胎与地面的摩擦阻力、车模电机到车轮的传动阻力、电机吸收机械能转变成电能消耗在驱动电路中、转变成电能重新反充到车载电池中。

  在一个车模轮子上增加有一个质量块，来模拟整车运行时惯性质量。通过齿轮上的光码盘可以测量车轮转速。下面通过实验可以看一下车轮减速时的情况。

  车模的机械动能只能消耗在与地面的摩擦力以及传动系统的阻力中。一般情况下，摩擦阻力与速度无关，是一个常量，所以车轮减速加速度是一个恒定值。车速直线下降。

  下图显示了电机从驱动电路断开之后，速度下降的情况。

  车模减速的第二种情况，就是讲电机驱动电压降至0，此时相当于将电机两端短路。电机转动所产生的反向感应电动势就会通过驱动电路形成回路，产生制动阻尼电磁力矩。

  此时电机的动能，一部分就通过电机制动力矩转换成电能，消耗在驱动电路中。由于增加了电机制动力矩，车模停止速度就加快了。下图显示了电机驱动电压降低到0时，减速曲线，速度降低到0只需要0.5秒。

  这种情况下，电机转子内阻、驱动电路功率管内阻就形成了制动电阻，消耗了所有电机制动发出的电能。由于车模质量比较小，这部分能量还不足以烧坏电机和驱动电路。如果车模质量进一步增大，这种制动方式就会出现危险。

  好在车模比较小，所以为了进一步加快制动效果，还可以通过反向施加电压来提高电机制动力矩。下面是通过施加相同的反向电压，车模速度的变化情况。

  下图对比了以上三种制动方式：电机与驱动电路断开、电机驱动电压为0、施加反向电压。

  施加方向电压的大小与车模停止时间之间的关系如下图所示。一方面反向电压越大，车模停止时间越小。但当反向电压超过一定数值之后，停止时间就趋向于常数。这是由于电机内部的电感、电阻阻碍了制动电流快速增长的原因。

  如果希望将车模动能反充到电池中再利用，则需要制动时，将电机两端的驱动电压降低，但不到0，或者反向，此时电机的感应电动势就会通过驱动电路逆变电能，反充到驱动电路母线上。如果母线上有蓄电池，这部分电能将会反充到电池内。

  下面动图显示电机电压突然降低时，电机驱动电流变化。

  将再生电能重新逆变到电网，或者蓄电池中则可以节省能源。

  对于小型的车模，制动电阻也可以省略掉，直接使用电机内阻和驱动电路板内阻还消耗再生电能。

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