驱动器能耗制动和制动电阻

能耗制动

伺服电机在制动过程是机械能转化为电能的过程，电能通过逆变回路回馈到直流母线，会导致直流母线电压升高。当电压上升超过允许阈值后，将会损坏驱动器内部器件。此时伺服电机制动时回馈的能量通过制动电阻消耗掉。

能耗制动的优点：

• 制动转矩平滑，而且制动转矩随时可调。
• 回馈能量通过电阻消耗，不会对硬件影响。

能耗制动的电路

由能耗电阻和泵升电压检测电路组成。

①泵升电压检测电路用于监测母线电压，这个电压作为接入和断开电阻的阈值。
②能耗电阻电路的作用消耗感应电能，即逆变器母线增加的电压，防止过高而烧毁电路。

电机制动过程

可以分为四个阶段

1. 电流减小阶段
   因为给定速度突变为0，电流从正向变为0，这个时间很短，电流减为0的时间和电机电感有关。
2. 电流反向阶段
   速度偏差值为负，控制器给定电流环输入为负，电流反馈输入为0，此时电源电压和电机反电动势的作用下，迅速反向至给定值。电流环以设定最大反向力矩进行制动。
   减流和电流的反向阶段，电流变化率很大。
3. 回馈发电制动阶段
   电流上身到给定电流后，电机端口电压与电枢电流达到平衡，电机进入稳定制动阶段。在制动力矩的作用下，电机转速降低，反电动势减小。电流控制器输出电压相应减小，维持向量方程方程平衡，此时交轴电流一直保持反向最大制动电流，此时电源相当于三相恒流源。处于发电状态。
4. 能耗制动阶段
   电机减速到0附近，速度控制器输出减小，反电动势很小，电流调节器反向输出电压，逆变器反向输出电压，与电机端口叠加，共同产生电机制动电流。减速到0 ，因超调，仍有输出，电机制动电流反转制动，反反复复达到电流平衡负载。

这个过程中，电机将减速过程中的机械能转化为为电能，因整流电路的单向导电性，不能回馈到电网去。通过泵升电容进行存储。达到设定值，开关打开，泄放能量，消耗到制动电阻上。

能耗制动电路涉及参数

可能涉及的参数

1. 制动电阻
   额定功率、连续运行功率、电阻阻值、降额系数、耐压、材质、温度
2. 泵升电容
   电容大小、耐压、温度
3. 开关mos/IGBT
   开关频率
4. 制动电压
   泵升电压上限打开阈值、下限关闭阈值

能耗制动的方式

一般有的驱动器能耗制动可以采取的硬件方式。

1. 硬件采集母线电压，大于设计值后打开开关
2. 母线电压小于设计值后关闭开关

母线电压会在这区间波动。

采取软件的方式：
可以计算能量，可以采取不同的制动方案。
软件的控制制动电阻的开关，一般使用pwm的方式，可以更精准的控制打开和关闭的时间，这样会对电路的影响小一点。

譬如：能耗制动的开关时间计算：

设泵升电压为U,泵升电容为C,电阻阻值为R，电阻功率为P，电压阈值上限为Umax,下限阈值为Umin
①经过电阻的电流可计算为I
I=U/R

②当超过电压上限阈值后可使用当前电流计算放电大致时间
T=(U-Umin)*C/I
I可以使用平均电流Iavg=(U+Umin)/2R

③PWM的配置由mos的开关频率决定。
假设Tpwm = runFrq,即50us。

④计算放电时间后，可以根据运行周期的计算PWM的占空比。

• 第一种情况 T=>Tpwm 则PWM为100%占空比
• 第二种情况 T<Tpwm 则PWM为 T/Tpwm占空比

一般驱动器上位机在能耗制动界面，会可能部分设置的一些值：

• 外接制动电阻功率（默认降额系数百分之50）
• 外接制动电阻阻值
• 驱动器关闭能耗制动电压
• 驱动器打开能耗制动电压
• 能耗制动电容容值大小
• Mos管导通开关频率

参考：

[1] PMSM伺服控制系统能耗制动过程分析.刘颖.华中科技大学自动化学院
[2] 小功率永磁同步电机伺服系统设计与开发_张无量 电子科大

https://www.diangon.com/thread-44656-1-3.html
https://wenku.baidu.com/view/d625a9b8e209581b6bd97f19227916888486b9e4.html

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