我正在Impulsor开发无刷电机。 最近，我们经常与我们联系以开发将充当制动器的电动机/发电机。 在本文中，我将讨论这种电机应用的特点，优缺点和如何实现这种运行方式。
好处和用途
将电动机用作制动器具有许多优点和参数，而这些优点和参数是使用当前可用的其他类型的制动器无法实现的。 但是，这种方法也有缺点。
优点：
- 快速开/关和制动扭矩设置。
- 广泛的工作革命。 可能会导致过速制动（最高100,000 rpm），反之亦然，这非常慢。
- 负载的安装平稳，没有轴意外阻塞的可能性。
- 制动器没有灰尘和废料。 它可以在室内或密闭空间中使用。
- 可用作发电机。
缺点：
- 最高工作温度限制为150、200度。 可以略微提高温度，但同时产品价格也会大大提高。
- 用相同尺寸的磁盘和制动垫进行的普通制动会更有效。
- 低转速下的强大扭矩限制，并且无法完全阻塞轴。 可以通过使用外部电源控制器来规避此限制。
- 小制动力矩持续存在。
由于其速度，准确性和清洁性，这种制动器在实验室和室内设备中必不可少。 电动制动器的一个类似产品是粉末制动器。 它的速度一样快，不会产生灰尘，但是它不能在高速下工作，并且大多数现有型号完全限于1500-3000rpm。 传统的盘式制动器不能提供相同的精度和稳定性。
操作模式
电磁制动有3种制动模式可用，它们的区别在于制动能量的流向：
- 电路和散热模式直接在电动机中。
- 外部负载，电阻或双极晶体管产生的热量。
- 电池恢复和充电。
接下来，我将详细介绍带永磁体BLDC的同步电动机的这些模式，这也适用于普通DC。
1.电路模式
这是最简单的模式。 其中，电机触点简单闭合，制动功率分配给电机绕组的电阻。 电机最初设计时具有用于冷却的斜率，此外，它们还具有足够大的质量和热容量。 这使您无需修改电动机/发电机即可集中使用此模式。
要实现此模式，二极管桥和机械键（按钮，刀开关或继电器）或电子键（MOSFET，IGBT）就足够了。 为了调节制动力，使用了PWM，该PWM设置了钥匙打开的占空比。 连接图如下：
此模式具有有趣的功能。 随着速度的增加，最大制动扭矩将下降。 这是由于电动机绕组具有很大的电感，并且随着速度的增加，电流的频率也会增加。 结果，绕组的电抗将超过有效值，并且功率损耗将低于该电动机可能的最大值。 下图显示了最大制动扭矩与转速的关系曲线：
尽管事实上任何现成的电动机都可以在此模式下立即使用，但该模式无法充分发挥产品的潜力。 但是，此模式下的制动器性能可以显着提高，它最初设计为制动器。
此模式还有另一个重要的缺点。 由于绕组的快速闭合和突然闭合，会产生强烈的电磁干扰。 同样，二极管电桥必须设计用于大脉冲电流。
2.外部负载
在这种模式下，制动产生的主要热量是外部电阻。 该模式更加有效，因为制动力不再受限于电动机热量的散热片，并且可以将电阻散热器任意增大。 此外，如果正确调节了电阻值，则最大制动扭矩将比刚关门时更大，并且速度越高，其显示越显着。
要实现此模式，还需要一个二极管电桥，但在其之后，要打开具有电流或电阻控制电路的机械变阻器或双极晶体管（电子负载电路）。 连接图如下：
在相对于电动机电阻的外部电阻较小的情况下，制动转矩的性质将接近于第一模式。 随着阻力的增加，峰值扭矩点将移至高转速，并且最大制动功率将增加。 下图显示了随负载阻力增加而变化的制动转矩动态：
此模式使您可以在所需的工作转速范围内获得制动扭矩随转速增加而增加的区域。 这种操作模式非常成功，因为它使您可以稳定速度或限制它们。 形成了稳定的反馈系统。
3.恢复
此模式最难实现。 它需要类似于用于控制BLDC无刷电机的控制器（ESC）。 但同时，此模式是最有效的。 它能够消除此类制动器的大多数缺点。 因此，例如，控制器将允许您完全锁定电动机轴，它将允许您在发电和受控制动模式下同时使用制动器，并且在这种模式下，您可以获得的制动力矩大大高于之前的2倍。
在本文中，我将不详细描述控制器设备及其操作算法，因为 本主题仅适用于另一篇文章，可能不是一篇。 对于那些想了解这个问题的人，您可以研究电动汽车（自行车，踏板车）中控制器的原理以及它们如何实现制动和恢复算法。
结论
对于具有独特参数的电动制动器，电动机和发电机是廉价且简单的选择。 这样的制动器不是通用的，并且不允许替换经典的盘式制动器，但是对于某些任务，这是无与伦比的。