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无刷电机刹车

2022-04-22

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。

无刷电机刹车,分为高电平刹车和低电平刹车
1、高电平刹车,使直流无刷电机电流瞬间反向
2、低电平刹车,先切断无刷电机驱动电源,再短接下桥MOS,使得三相短路
两者都有一定的优点和缺点,高电平制动快,电路较为复杂,低电平刹车,造成相电流过大,有可能烧坏电机。

电机不加驱动电压自由滑行的状态实际上并不存在,一个是电机存在齿槽定位力矩,就是电机在开路状态,转动无刷电机的轴能够感觉有一顿一顿的阻力。是由转子永磁和定子磁路闭合形成的,因此转子即使处于自由状态,也是静止特定位置。

另外由于此时电机处于发电状态,虽然开关管是处于关断状态,但是开关管并联的有反向二极管,恰好处于正向导通的状态,它能够把发电状态产生的能量 反馈回电源,必然转化为制动力矩。如果转子速度比较高,还应该考虑电源的泄放能力。一般转速度不用考虑。因此在电机初始减速阶段可以利用以上制动 力把电机速度降低在考虑其它的转动措施。

通常利用电机自身进行快速制动有两种简单的办法,一种是能耗制动,一种是短接制动,能耗制动是把电机的动能消耗在外部制动电阻上,短接制动是把电 机的动能消耗在电机的定子绕组上。显然能耗制动对于减少电机发热更加有利。但是短接制动不需要对于硬件进行任何改动,简单方便是其突出的优点,所 以我们重点研究短接制动。

所谓短接制动是指在刹车时能做到让电机的驱动MOS管上桥臂(或者下桥臂)全部导通而下桥臂(或者上桥臂)截止状态,电机的三相定子绕组全部被短接 处于发电状态的电机,相当于电源被短路。因为绕组的电阻比较小,所以能产生很大的短路电流,电机的动能被快速释放,从而使电机瞬时产生极大的制动 力矩,能够达到快速刹车的效果。电机速度越高,短路电流越大,制动力也越大。

但是必须考虑不能够超过超过MOS管的承受能力,因此一般等待电机速度降低到一定程度再使用短接制动。具体到我们当前的硬件电路,其下桥臂带有PW M控制。所以采用下桥臂的三相接线短接的方式,这样还可以对于刹车力度进行适当的调节。为了避免在电机高速时产生过大的短路电流,超过MOS管的承 受能力,一般开始短接制动时PWM控制的占空比不要超过30%。