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)的機械系統的機械動(dòng)能耗散在功率電阻上以制動(dòng)機械系統。

 

當由電機驅動(dòng)的機械系統在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)電機就會(huì )轉換成發(fā)電機，它將機械系統的制動(dòng)力矩轉換成電能。如果電機的驅動(dòng)系統不具備逆變功能，即將電重新轉換成一次能源回饋到電網(wǎng)，或者蓄電池內，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 )造成驅動(dòng)電路內部過(guò)壓，過(guò)流，損壞驅動(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)模電機到車(chē)輪的傳動(dòng)阻力、電機吸收機械能轉變成電能消耗在驅動(dòng)電路中、轉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)運行時(shí)慣性質(zhì)量。通過(guò)齒輪上的光碼盤(pán)可以測量車(chē)輪轉速。下面通過(guò)實(shí)驗可以看一下車(chē)輪減速時(shí)的情況。

 

 

 

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

 

車(chē)模的機械動(dòng)能只能消耗在與地面的摩擦力以及傳動(dòng)系統的阻力中。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(xiàn)下降。

 

下圖顯示了電機從驅動(dòng)電路斷開(kāi)之后，速度下降的情況。

 

 

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

 

車(chē)模減速的第二種情況，就是講電機驅動(dòng)電壓降至0，此時(shí)相當于將電機兩端短路。電機轉動(dòng)所產(chǎn)生的反向感應電動(dòng)勢就會(huì )通過(guò)驅動(dòng)電路形成回路，產(chǎn)生制動(dòng)阻尼電磁力矩。

 

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

 

 

由于電機制動(dòng)電流與反向感應電動(dòng)勢成正比，也就是與轉速成正比，所以電機制動(dòng)力矩與速度成正比，呈現阻尼特性。速度下降不再是線(xiàn)性下降。

 

這種情況下，電機轉子內阻、驅動(dòng)電路功率管內阻就形成了制動(dòng)電阻，消耗了所有電機制動(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和驅動(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 )出現危險。

 

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，從正轉變?yōu)榉崔D。如果是為了停止車(chē)模，則需要在車(chē)輪轉速出現反轉時(shí)停止施加反向電壓，及時(shí)停止車(chē)模。

 

下圖對比了以上三種制動(dòng)方式：電機與驅動(dòng)電路斷開(kāi)、電機驅動(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。但當反向電壓超過(guò)一定數值之后，停止時(shí)間就趨向于常數。這是由于電機內部的電感、電阻阻礙了制動(dòng)電流快速增長(cháng)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、電機內阻和驅動(dòng)電路內阻中，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)，將電機兩端的驅動(dòng)電壓降低，但不到0，或者反向，此時(shí)電機的感應電動(dòng)勢就會(huì )通過(guò)驅動(dòng)電路逆變電能，反充到驅動(dòng)電路母線(xiàn)上。如果母線(xiàn)上有蓄電池，這部分電能將會(huì )反充到電池內。

 

下面動(dòng)圖顯示電機電壓突然降低時(shí)，電機驅動(dòng)電流變化。

 

 

電機驅動(dòng)電壓突變時(shí)，電機電流也會(huì )都突變，基本上突變前期都是反向電流。如果電機驅動(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，反向回饋到驅動(dòng)電路母線(xiàn)上。如果機械運動(dòng)系統動(dòng)能很大，再生電能就會(huì )很可觀(guān)。

 

將再生電能重新逆變到電網(wǎng)，或者蓄電池中則可以節省能源。

 

 

對于中小功率的伺服電機，為了減少設計成本，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。

 

對于小型的車(chē)模，制動(dòng)電阻也可以省略掉，直接使用電機內阻和驅動(dòng)電路板內阻還消耗再生電能。

 

 

推薦閱讀：