能耗制动与制动电阻
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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 硬件采集母线电压，大于设计值后打开开关
- 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：
- ①外接制动电阻功率（默认降额系数百分之50）
- ②外接制动电阻阻值
- ③驱动器关闭能耗制动电压
- ④驱动器打开能耗制动电压
- ⑤能耗制动电容容值大小
- ⑥Mos管导通开关频率
[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
