本文將探索如何安全地消除此種能量。為簡化操作
，我們選用直流有刷電機為例
，當然，給出的方案同樣也適用於無刷電機係統。

 

能量守恒

 

能量守恒定律
，物理學基本定律——能量既不會憑空產生，也不會憑空消失。

 

物體（如質量）通過移動或旋轉而產生動能。在電機係統中，動能來自於為電機供電的電源
，電機產生轉矩以加速質量運動。

 

在電機轉子的慣性和與電機相連的機械係統中都有能量儲存。簡而言之
，可以將機械係統設想為與電機軸耦合的飛輪（見圖1）。

 

圖1：機械係統中的“飛輪”

 

這裏可根據公式 ½ Iω2 計算出動能
，其中 I 為慣性力矩，ω 為角速度。速度越快或慣性越大，則儲存的能量就越多。

 

很hen明ming顯xian，意yi思si是shi說shuo物wu體ti的de運yun動dong需xu要yao能neng量liang。然ran而er，反fan過guo來lai
，當dang你ni想xiang停ting止zhi運yun動dong時shi會hui發fa生sheng什shen麼me呢ne？當dang正zheng在zai運yun動dong的de質zhi量liang停ting止zhi或huo減jian速su時shi，它ta所suo儲chu存cun的de能neng量liang必bi然ran有you所suo去qu處chu，那na麼me，這zhe些xie能neng量liang會hui去qu哪na兒er呢ne？

 

當切斷旋轉電機的電源時
，運動質量中儲存的能量會消散到係統的機械損失中。由於摩擦力的影響
，大部分能量被轉化成了熱能（見圖2）。chufeimocalihenda
，burandianjitingzhidesuduyehuihenman。cishi，qudongdianjiyoudiandongzhuangtaizhuanbianweifadianzhuangtai
，danyouyumeiyoudianliulujing，bianyemeiyoudiancizhuanjulaibangzhutingzhidianji。

 

圖2：電機停止轉動時的摩擦力

 

若能為電流提供電流短路輸出路徑，則電流會產生與旋轉方向相反的轉矩（見圖3），這zhe樣yang就jiu可ke以yi使shi電dian機ji快kuai速su停ting止zhi。但dan此ci種zhong情qing況kuang下xia

，製zhi動dong產chan生sheng的de能neng量liang會hui被bei消xiao耗hao在zai被bei短duan接jie電dian機ji的de繞rao組zu電dian阻zu和he電dian流liu路lu徑jing中zhong的de電dian阻zu上shang，進jin而er會hui以yi熱re量liang的de形xing式shi散san發fa。

 

圖3：與旋轉方向相反的轉矩

 

此種方法有時也稱作“短路刹車”。實際上，短路通常是指通過打開H橋的下管MOSFET來提供電流路徑。

 

當(dang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)想(xiang)要(yao)快(kuai)速(su)降(jiang)低(di)電(dian)機(ji)速(su)度(du)時(shi)
，施(shi)加(jia)在(zai)電(dian)機(ji)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)極(ji)性(xing)會(hui)被(bei)反(fan)轉(zhuan)，以(yi)提(ti)供(gong)與(yu)之(zhi)轉(zhuan)動(dong)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)的(de)轉(zhuan)矩(ju)。然(ran)後(hou)，儲(chu)存(cun)的(de)動(dong)能(neng)可(ke)通(tong)過(guo)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)返(fan)回(hui)至(zhi)電(dian)源(yuan)。

 

如ru果guo電dian源yuan是shi一yi塊kuai完wan美mei的de電dian池chi，那na麼me能neng量liang就jiu會hui回hui流liu到dao電dian池chi中zhong並bing被bei加jia以yi回hui收shou。而er現xian實shi情qing況kuang並bing非fei如ru此ci，電dian源yuan通tong常chang為wei直zhi流liu電dian源yuan
，除chu非fei該gai電dian源yuan經jing過guo特te殊shu設she計ji
，否fou則ze隻zhi能neng產chan生sheng電dian流liu。由you於yu直zhi流liu電dian源yuan無wu法fa吸xi收shou電dian流liu的de特te性xing，回hui流liu的de能neng量liang隻zhi能neng進jin入ru作zuo為wei電dian源yuan一yi部bu分fen的de電dian容rong中zhong。

 

電容器中儲存的能量可通過公式 ½cv2計算得出
，其中c為電容
，v為電壓。能量流入電容器後
，電容器上的電壓必然會增加（見圖4）。

 

圖4：能量增加後
，電容電壓也隨之增加

 

如果該能量比較小（速度慢或慣性小），namecishidianyadezengjiakeyihulvebuji。keyoushi
，ruonengliangtaiduohuodianrongrongliangbugou
，dianyakenenghuishengzhipohuaixingshuiping。zhejianghuisunhuaidianjiqudongdianluhuoqitajiezhixiangtongdianyuandedianlu。

 

能量耗散

 

有幾種方法可以處理回流到電源中的能量：一種是在電源處放置大電容器。此種方法有時會被采用，但大多數情況下，由於物理或成本的限製
，大電容器並不實用。

 

另一種解決方法是采用半導體鉗位裝置跨接至電源，比如TVS或齊納二極管（見圖5）。dangdianyuandianyachaoguozhengchanggongzuodianyashi，shiyongqianweizhuangzhijichuandianya。dangzaishengnengliangdaozhidianyashangshengshi，qianweizhuangzhikejichuandianyayibaohuxitong。fanhuizhidianyuandenengliangzaiqianweizhuangzhizhongyireliangdexingshixiaosan。

 

若能量大小適中，此解決方案非常受用。

 

圖5：采用半導體鉗位裝置耗散能量

 

在(zai)大(da)型(xing)係(xi)統(tong)中(zhong)，使(shi)用(yong)簡(jian)單(dan)的(de)鉗(qian)位(wei)裝(zhuang)置(zhi)往(wang)往(wang)效(xiao)果(guo)並(bing)不(bu)樂(le)觀(guan)
，因(yin)為(wei)需(xu)要(yao)耗(hao)散(san)的(de)能(neng)量(liang)過(guo)多(duo)。此(ci)時(shi)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)有(you)源(yuan)箝(qian)位(wei)電(dian)路(lu)將(jiang)能(neng)量(liang)耗(hao)散(san)到(dao)電(dian)阻(zu)負(fu)載(zai)中(zhong)。

 

圖6：：采用有源電路鉗位裝置耗散能量

 

鉗位電路通過使用比較器或類似電路
，監測電源電壓來工作（見圖6）。如果電壓增加至預設閾值（剛剛超過正常工作電壓值），可以在電源上跨接一個負載電阻

，以耗散能量。

 

結論

 

本(ben)文(wen)針(zhen)對(dui)如(ru)何(he)將(jiang)能(neng)量(liang)從(cong)電(dian)機(ji)反(fan)饋(kui)回(hui)機(ji)械(xie)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)源(yuan)
，以(yi)及(ji)如(ru)何(he)處(chu)理(li)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)的(de)此(ci)類(lei)能(neng)量(liang)，進(jin)行(xing)了(le)宏(hong)觀(guan)闡(chan)述(shu)。文(wen)中(zhong)雖(sui)未(wei)給(gei)出(chu)固(gu)定(ding)係(xi)統(tong)中(zhong)元(yuan)件(jian)值(zhi)所(suo)需(xu)的(de)數(shu)學(xue)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)，但(dan)關(guan)於(yu)電(dian)容(rong)值(zhi)和(he)鉗(qian)位(wei)元(yuan)件(jian)的(de)計(ji)算(suan)等(deng)更(geng)多(duo)詳(xiang)細(xi)信(xin)息(xi)，您(nin)可(ke)訪(fang)問(wen)MPS官網之應用說明AN132 “輸入電容和過壓保護電路設計” 進行參考。

 

 

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