智能車模電機(jī)驅(qū)動(dòng)是否需要加制動(dòng)電阻?
發(fā)布時(shí)間:2020-11-24 來源:卓晴 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】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)勢就會通過驅(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)勢就會通過驅(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。
對于小型的車模,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:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測試庫獲得德國萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長的IO-Link市場
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會議全公開!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測試
- 揭秘電動(dòng)汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀