介紹

當(dāng)永磁電機驅(qū)動器減速時，存儲在機械系統(tǒng)里的能量會通過電機驅(qū)動返回至電源。如果無法正確計算出這部分能量的大小，則會引起電源電壓升高，從而損壞電機驅(qū)動器或系統(tǒng)其他部件。

本文將探索如何安全地消除此種能量。為簡化操作，我們選用直流有刷電機為例，當(dāng)然，給出的方案同樣也適用于無刷電機系統(tǒng)。

能量守恒

能量守恒定律，物理學(xué)基本定律——能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失。

物體（如質(zhì)量）通過移動或旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生動能。在電機系統(tǒng)中，動能來自于為電機供電的電源，電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以加速質(zhì)量運動。

在電機轉(zhuǎn)子的慣性和與電機相連的機械系統(tǒng)中都有能量儲存。簡而言之，可以將機械系統(tǒng)設(shè)想為與電機軸耦合的飛輪（見圖1）。

這里可根據(jù)公式 ? Iω2?計算出動能，其中 I 為慣性力矩，ω 為角速度。速度越快或慣性越大，則儲存的能量就越多。

很明顯，意思是說物體的運動需要能量。然而，反過來，當(dāng)你想停止運動時會發(fā)生什么呢？當(dāng)正在運動的質(zhì)量停止或減速時，它所儲存的能量必然有所去處，那么，這些能量會去哪兒呢？

當(dāng)切斷旋轉(zhuǎn)電機的電源時，運動質(zhì)量中儲存的能量會消散到系統(tǒng)的機械損失中。由于摩擦力的影響，大部分能量被轉(zhuǎn)化成了熱能（見圖2）。除非摩擦力很大，不然電機停止的速度也會很慢。此時，驅(qū)動電機由電動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，但由于沒有電流路徑，便也沒有電磁轉(zhuǎn)矩來幫助停止電機。

若能為電流提供電流短路輸出路徑，則電流會產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩（見圖3），這樣就可以使電機快速停止。但此種情況下，制動產(chǎn)生的能量會被消耗在被短接電機的繞組電阻和電流路徑中的電阻上，進而會以熱量的形式散發(fā)。

此種方法有時也稱作“短路剎車”。實際上，短路通常是指通過打開H橋的下管MOSFET來提供電流路徑。

當(dāng)控制系統(tǒng)想要快速降低電機速度時，施加在電機上的電流極性會被反轉(zhuǎn)，以提供與之轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩。然后，儲存的動能可通過電機驅(qū)動電路返回至電源。

如果電源是一塊完美的電池，那么能量就會回流到電池中并被加以回收。而現(xiàn)實情況并非如此，電源通常為直流電源，除非該電源經(jīng)過特殊設(shè)計，否則只能產(chǎn)生電流。由于直流電源無法吸收電流的特性，回流的能量只能進入作為電源一部分的電容中。

電容器中儲存的能量可通過公式 ?CV2計算得出，其中c為電容，v為電壓。能量流入電容器后，電容器上的電壓必然會增加（見圖4）。

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