制動(dòng)電阻也稱(chēng)為動(dòng)能制動(dòng)電阻（dynamic braking resistor），它主要是將被制動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)能耗散在功率電阻上以制動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)。

 

當(dāng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)，它將機(jī)械系統(tǒng)的制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)換成電能。如果電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不具備逆變功能，即將電重新轉(zhuǎn)換成一次能源回饋到電網(wǎng)，或者蓄電池內(nèi)，那么只能通過(guò)功率電阻來(lái)消耗掉制動(dòng)能量。否則這些能量無(wú)處可去，就會(huì)造成驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部過(guò)壓，過(guò)流，損壞驅(qū)動(dòng)電路。

 

 

本質(zhì)上講，小型車(chē)模在減速制動(dòng)的時(shí)候，車(chē)模的動(dòng)能也需要被消耗掉，車(chē)模才能夠停止。

 

車(chē)模動(dòng)能消耗的途徑包括有：模輪胎與地面的摩擦阻力、車(chē)模電機(jī)到車(chē)輪的傳動(dòng)阻力、電機(jī)吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能消耗在驅(qū)動(dòng)電路中、轉(zhuǎn)變成電能重新反充到車(chē)載電池中。

 

在一個(gè)車(chē)模輪子上增加有一個(gè)質(zhì)量塊，來(lái)模擬整車(chē)運(yùn)行時(shí)慣性質(zhì)量。通過(guò)齒輪上的光碼盤(pán)可以測(cè)量車(chē)輪轉(zhuǎn)速。下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看一下車(chē)輪減速時(shí)的情況。

 

 

 

車(chē)模減速最簡(jiǎn)單的一種情況，就是不再給電機(jī)施加驅(qū)動(dòng)電壓。即將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路斷開(kāi)。如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊有使能端，將使能端至于緊致?tīng)顟B(tài)，驅(qū)動(dòng)模塊輸出端口呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，此時(shí)相當(dāng)于將電機(jī)從電路中斷開(kāi)。

 

車(chē)模的機(jī)械動(dòng)能只能消耗在與地面的摩擦力以及傳動(dòng)系統(tǒng)的阻力中。一般情況下，摩擦阻力與速度無(wú)關(guān)，是一個(gè)常量，所以車(chē)輪減速加速度是一個(gè)恒定值。車(chē)速直線下降。

 

下圖顯示了電機(jī)從驅(qū)動(dòng)電路斷開(kāi)之后，速度下降的情況。

 

 

上圖顯示，電機(jī)近似勻速減速，經(jīng)過(guò)大約1秒鐘，速度減少到0。這是依靠車(chē)模內(nèi)部機(jī)械摩擦力消耗動(dòng)能，減速過(guò)程有點(diǎn)慢。

 

車(chē)模減速的第二種情況，就是講電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓降至0，此時(shí)相當(dāng)于將電機(jī)兩端短路。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路形成回路，產(chǎn)生制動(dòng)阻尼電磁力矩。

 

此時(shí)電機(jī)的動(dòng)能，一部分就通過(guò)電機(jī)制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)換成電能，消耗在驅(qū)動(dòng)電路中。由于增加了電機(jī)制動(dòng)力矩，車(chē)模停止速度就加快了。下圖顯示了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓降低到0時(shí)，減速曲線，速度降低到0只需要0.5秒。

 

 

由于電機(jī)制動(dòng)電流與反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比，也就是與轉(zhuǎn)速成正比，所以電機(jī)制動(dòng)力矩與速度成正比，呈現(xiàn)阻尼特性。速度下降不再是線性下降。

 

這種情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)阻、驅(qū)動(dòng)電路功率管內(nèi)阻就形成了制動(dòng)電阻，消耗了所有電機(jī)制動(dòng)發(fā)出的電能。由于車(chē)模質(zhì)量比較小，這部分能量還不足以燒壞電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路。如果車(chē)模質(zhì)量進(jìn)一步增大，這種制動(dòng)方式就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。

 

好在車(chē)模比較小，所以為了進(jìn)一步加快制動(dòng)效果，還可以通過(guò)反向施加電壓來(lái)提高電機(jī)制動(dòng)力矩。下面是通過(guò)施加相同的反向電壓，車(chē)模速度的變化情況。

 

 

上圖可以看出，車(chē)模的速度下降更快，從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。如果是為了停止車(chē)模，則需要在車(chē)輪轉(zhuǎn)速出現(xiàn)反轉(zhuǎn)時(shí)停止施加反向電壓，及時(shí)停止車(chē)模。

 

下圖對(duì)比了以上三種制動(dòng)方式：電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路斷開(kāi)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為0、施加反向電壓。

 

 

反向施加電壓減速最快。在同樣的轉(zhuǎn)速下，施加反向電壓只需要0.2秒左右就完成車(chē)模停止。

 

施加方向電壓的大小與車(chē)模停止時(shí)間之間的關(guān)系如下圖所示。一方面反向電壓越大，車(chē)模停止時(shí)間越小。但當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值之后，停止時(shí)間就趨向于常數(shù)。這是由于電機(jī)內(nèi)部的電感、電阻阻礙了制動(dòng)電流快速增長(zhǎng)的原因。

 

 

上面三種方式制動(dòng)，車(chē)模的動(dòng)能都會(huì)消耗在摩擦阻力、電機(jī)內(nèi)阻和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻中，不會(huì)產(chǎn)生再生電能反充到車(chē)模電池中。

 

如果希望將車(chē)模動(dòng)能反充到電池中再利用，則需要制動(dòng)時(shí)，將電機(jī)兩端的驅(qū)動(dòng)電壓降低，但不到0，或者反向，此時(shí)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路逆變電能，反充到驅(qū)動(dòng)電路母線上。如果母線上有蓄電池，這部分電能將會(huì)反充到電池內(nèi)。

 

下面動(dòng)圖顯示電機(jī)電壓突然降低時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流變化。

 

 

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓突變時(shí)，電機(jī)電流也會(huì)都突變，基本上突變前期都是反向電流。如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有突變到0，或者反向，此時(shí)反向電流就會(huì)形成再生電能，反向回饋到驅(qū)動(dòng)電路母線上。如果機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)能很大，再生電能就會(huì)很可觀。

 

將再生電能重新逆變到電網(wǎng)，或者蓄電池中則可以節(jié)省能源。

 

 

對(duì)于中小功率的伺服電機(jī)，為了減少設(shè)計(jì)成本，一般不包括逆變電路。所以只能將制動(dòng)再生電能通過(guò)電阻消耗掉。

 

對(duì)于小型的車(chē)模，制動(dòng)電阻也可以省略掉，直接使用電機(jī)內(nèi)阻和驅(qū)動(dòng)電路板內(nèi)阻還消耗再生電能。

 

 

推薦閱讀：