驅(qū)動(dòng)電阻的作用

一、驅(qū)動(dòng)器電阻的概念

驅(qū)動(dòng)器電阻是一種用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的元件，一般安裝在電機(jī)輸出端口和驅(qū)動(dòng)器之間。驅(qū)動(dòng)器電阻的作用主要是調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流。當(dāng)電機(jī)負(fù)載較輕時(shí)，需要通過電阻來限制電流以保護(hù)電機(jī);而當(dāng)電機(jī)負(fù)載較重時(shí)，需要降低電阻來提高電機(jī)的輸出功率。

二、驅(qū)動(dòng)器電阻的作用

1. 控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩

驅(qū)動(dòng)器電阻可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流來控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電機(jī)需要產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩時(shí)，驅(qū)動(dòng)器電阻會(huì)減少電流，從而使電機(jī)受到的電壓降低，進(jìn)而達(dá)到減少電機(jī)轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩的效果。

2. 保護(hù)電機(jī)

驅(qū)動(dòng)器電阻可以防止電機(jī)過載和過熱。當(dāng)電機(jī)遇到負(fù)載過重的情況時(shí)，驅(qū)動(dòng)器電阻可以限制電流以保護(hù)電機(jī)不被損壞。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器電阻也可以通過提高電機(jī)的電阻來限制電流，避免電機(jī)溫度過高。

3. 提高電機(jī)運(yùn)行效率

驅(qū)動(dòng)器電阻可以通過降低電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流來降低電機(jī)的功率損失，提高其運(yùn)行效率。當(dāng)電機(jī)的負(fù)載變輕時(shí)，驅(qū)動(dòng)器電阻會(huì)降低電阻，從而提高電機(jī)的輸出功率。

三、總結(jié)

驅(qū)動(dòng)器電阻是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中必不可少的元件，它能夠通過調(diào)節(jié)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、保護(hù)電機(jī)不被損壞，以及提高電機(jī)的運(yùn)行效率。因此，在電機(jī)控制系統(tǒng)中，正確選用驅(qū)動(dòng)器電阻并進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，可以保證電機(jī)的正常運(yùn)行并延長其壽命。

制動(dòng)電阻也稱為動(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)。為什么在某些伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上有制動(dòng)電阻?在智能車模電機(jī)驅(qū)動(dòng)上是否也需要加制動(dòng)電阻?

制動(dòng)電阻也稱為動(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)，那么只能通過功率電阻來消耗掉制動(dòng)能量。否則這些能量無處可去，就會(huì)造成驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部過壓，過流，損壞驅(qū)動(dòng)電路。

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

車模動(dòng)能消耗的途徑包括有：模輪胎與地面的摩擦阻力、車模電機(jī)到車輪的傳動(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載電池中。

在一個(gè)車模輪子上增加有一個(gè)質(zhì)量塊，來模擬整車運(yùn)行時(shí)慣性質(zhì)量。通過齒輪上的光碼盤可以測(cè)量車輪轉(zhuǎn)速。下面通過實(shí)驗(yàn)可以看一下車輪減速時(shí)的情況。

車模減速最簡單的一種情況，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。如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊有使能端，將使能端至于緊致狀態(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。

車模的機(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，摩擦阻力與速度無關(guān)，是一個(gè)常量，所以車輪減速加速度是一個(gè)恒定值。車速直線下降。

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

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

車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)。

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

上圖可以看出，車模的速度下降更快，從正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)。如果是為了停止車模，則需要在車輪轉(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、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秒左右就完成車模停止。

施加方向電壓的大小與車模停止時(shí)間之間的關(guān)系如下圖所示。一方面反向電壓越大，車模停止時(shí)間越小。但當(dāng)反向電壓超過一定數(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)電流快速增長的原因。

上面三種方式制動(dòng)，車模的動(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模電池中。

如果希望將車模動(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)再生電能通過電阻消耗掉。