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

 

當(dāng)由電機(jī)驅(qū)動的機(jī)械系統(tǒng)在制動狀態(tài)時，此時電機(jī)就會轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)，它將機(jī)械系統(tǒng)的制動力矩轉(zhuǎn)換成電能。如果電機(jī)的驅(qū)動系統(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能量。否則這些能量無處可去，就會造成驅(qū)動電路內(nèi)部過壓，過流，損壞驅(qū)動電路。

 

 

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

 

車模動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)到車輪的傳動阻力、電機(jī)吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能消耗在驅(qū)動電路中、轉(zhuǎn)變成電能重新反充到車載電池中。

 

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

 

 

 

車模減速最簡單的一種情況，就是不再給電機(jī)施加驅(qū)動電壓。即將電機(jī)與驅(qū)動電路斷開。如果電機(jī)驅(qū)動模塊有使能端，將使能端至于緊致狀態(tài)，驅(qū)動模塊輸出端口呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，此時相當(dāng)于將電機(jī)從電路中斷開。

 

車模的機(jī)械動能只能消耗在與地面的摩擦力以及傳動系統(tǒng)的阻力中。一般情況下，摩擦阻力與速度無關(guān)，是一個常量，所以車輪減速加速度是一個恒定值。車速直線下降。

 

下圖顯示了電機(jī)從驅(qū)動電路斷開之后，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)械摩擦力消耗動能，減速過程有點慢。

 

車模減速的第二種情況，就是講電機(jī)驅(qū)動電壓降至0，此時相當(dāng)于將電機(jī)兩端短路。電機(jī)轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的反向感應(yīng)電動勢就會通過驅(qū)動電路形成回路，產(chǎn)生制動阻尼電磁力矩。

 

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

 

 

由于電機(jī)制動電流與反向感應(yīng)電動勢成正比，也就是與轉(zhuǎn)速成正比，所以電機(jī)制動力矩與速度成正比，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)動電路功率管內(nèi)阻就形成了制動電阻，消耗了所有電機(jī)制動發(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)動電路。如果車模質(zhì)量進(jìn)一步增大，這種制動方式就會出現(xiàn)危險。

 

好在車模比較小，所以為了進(jìn)一步加快制動效果，還可以通過反向施加電壓來提高電機(jī)制動力矩。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)時停止施加反向電壓，及時停止車模。

 

下圖對比了以上三種制動方式：電機(jī)與驅(qū)動電路斷開、電機(jī)驅(qū)動電壓為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，車模停止時間越小。但當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值之后，停止時間就趨向于常數(shù)。這是由于電機(jī)內(nèi)部的電感、電阻阻礙了制動電流快速增長的原因。

 

 

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

 

如果希望將車模動能反充到電池中再利用，則需要制動時，將電機(jī)兩端的驅(qū)動電壓降低，但不到0，或者反向，此時電機(jī)的感應(yīng)電動勢就會通過驅(qū)動電路逆變電能，反充到驅(qū)動電路母線上。如果母線上有蓄電池，這部分電能將會反充到電池內(nèi)。

 

下面動圖顯示電機(jī)電壓突然降低時，電機(jī)驅(qū)動電流變化。

 

 

電機(jī)驅(qū)動電壓突變時，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)動電壓沒有突變到0，或者反向，此時反向電流就會形成再生電能，反向回饋到驅(qū)動電路母線上。如果機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)動能很大，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)計成本，一般不包括逆變電路。所以只能將制動再生電能通過電阻消耗掉。

 

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

 

 

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