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）。除chu非fei摩mo擦ca力li很hen大da，不bu然ran電dian機ji停ting止zhi的de速su度du也ye會hui很hen慢man。此ci時shi，驅qu動dong電dian機ji由you電dian動dong狀zhuang態tai轉zhuan變bian為wei發fa電dian狀zhuang態tai，但dan由you於yu沒mei有you電dian流liu路lu徑jing
，便bian也ye沒mei有you電dian磁ci轉zhuan矩ju來lai幫bang助zhu停ting止zhi電dian機ji。

 

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。

 

dangkongzhixitongxiangyaokuaisujiangdidianjisudushi
，shijiazaidianjishangdedianliujixinghuibeifanzhuan
，yitigongyuzhizhuandongfangxiangxiangfandezhuanju。ranhou，chucundedongnengketongguodianjiqudongdianlufanhuizhidianyuan。

 

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），那(na)麼(me)此(ci)時(shi)電(dian)壓(ya)的(de)增(zeng)加(jia)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)。可(ke)有(you)時(shi)，若(ruo)能(neng)量(liang)太(tai)多(duo)或(huo)電(dian)容(rong)容(rong)量(liang)不(bu)夠(gou)，電(dian)壓(ya)可(ke)能(neng)會(hui)升(sheng)至(zhi)破(po)壞(huai)性(xing)水(shui)平(ping)。這(zhe)將(jiang)會(hui)損(sun)壞(huai)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)或(huo)其(qi)他(ta)接(jie)至(zhi)相(xiang)同(tong)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)路(lu)。

 

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）。當dang電dian源yuan電dian壓ya超chao過guo正zheng常chang工gong作zuo電dian壓ya時shi

，使shi用yong鉗qian位wei裝zhuang置zhi擊ji穿chuan電dian壓ya。當dang再zai生sheng能neng量liang導dao致zhi電dian壓ya上shang升sheng時shi，鉗qian位wei裝zhuang置zhi可ke擊ji穿chuan電dian壓ya以yi保bao護hu係xi統tong。返fan回hui至zhi電dian源yuan的de能neng量liang在zai鉗qian位wei裝zhuang置zhi中zhong以yi熱re量liang的de形xing式shi消xiao散san。

 

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

 

zaidaxingxitongzhong
，shiyongjiandandeqianweizhuangzhiwangwangxiaoguobingbuleguan，yinweixuyaohaosandenengliangguoduo。cishi
，keyishiyongyouyuanqianweidianlujiangnenglianghaosandaodianzufuzaizhong。

 

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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