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当永磁电机驱动器减速时，存储在机械系统里的能量会通过电机驱动返回至电源。如果无法正确计算出这部分能量的大小，则会引起电源电压升高，从而损坏电机驱动器或系统其他部件。

本文将探索如何安全地消除此种能量。为简化操作，我们选用直流有刷电机为例，当然，给出的方案同样也适用于无刷电机系统。

能量守恒
能量守恒定律，物理学基本定律——能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。
物体（如质量）通过移动或旋转而产生动能。在电机系统中，动能来自于为电机供电的电源，电机产生转矩以加速质量运动。
在电机转子的惯性和与电机相连的机械系统中都有能量储存。简而言之，可以将机械系统设想为与电机轴耦合的飞轮（见图1）。

图1：机械系统中的“飞轮”

这里可根据公式 ½ Iω2 计算出动能，其中 I 为惯性力矩，ω 为角速度。速度越快或惯性越大，则储存的能量就越多。

很明显，意思是说物体的运动需要能量。然而，反过来，当你想停止运动时会发生什么呢？当正在运动的质量停止或减速时，它所储存的能量必然有所去处，那么，这些能量会去哪儿呢？

当切断旋转电机的电源时，运动质量中储存的能量会消散到系统的机械损失中。由于摩擦力的影响，大部分能量被转化成了热能（见图2）。除非摩擦力很大，不然电机停止的速度也会很慢。此时，驱动电机由电动状态转变为发电状态，但由于没有电流路径，便也没有电磁转矩来帮助停止电机。

图2：电机停止转动时的摩擦力

若能为电流提供电流短路输出路径，则电流会产生与旋转方向相反的转矩（见图3），这样就可以使电机快速停止。但此种情况下，制动产生的能量会被消耗在被短接电机的绕组电阻和电流路径中的电阻上，进而会以热量的形式散发。

图3：与旋转方向相反的转矩

此种方法有时也称作“短路刹车”。实际上，短路通常是指通过打开H桥的下管MOSFET来提供电流路径。

当控制系统想要快速降低电机速度时，施加在电机上的电流极性会被反转，以提供与之转动方向相反的转矩。然后，储存的动能可通过电机驱动电路返回至电源。

如果电源是一块完美的电池，那么能量就会回流到电池中并被加以回收。而现实情况并非如此，电源通常为直流电源，除非该电源经过特殊设计，否则只能产生电流。由于直流电源无法吸收电流的特性，回流的能量只能进入作为电源一部分的电容中。

电容器中储存的能量可通过公式 ½cv2计算得出，其中c为电容，v为电压。能量流入电容器后，电容器上的电压必然会增加（见图4）。

图4：能量增加后，电容电压也随之增加

如果该能量比较小（速度慢或惯性小），那么此时电压的增加可以忽略不计。可有时，若能量太多或电容容量不够，电压可能会升至破坏性水平。这将会损坏电机驱动电路或其他接至相同电源的电路。

能量耗散

有几种方法可以处理回流到电源中的能量：一种是在电源处放置大电容器。此种方法有时会被采用，但大多数情况下，由于物理或成本的限制，大电容器并不实用。

另一种解决方法是采用半导体钳位装置跨接至电源，比如TVS或齐纳二极管（见图5）。当电源电压超过正常工作电压时，使用钳位装置击穿电压。当再生能量导致电压上升时，钳位装置可击穿电压以保护系统。返回至电源的能量在钳位装置中以热量的形式消散。

若能量大小适中，此解决方案非常受用。

图5：采用半导体钳位装置耗散能量

在大型系统中，使用简单的钳位装置往往效果并不乐观，因为需要耗散的能量过多。此时，可以使用有源箝位电路将能量耗散到电阻负载中。

图6：：采用有源电路钳位装置耗散能量

钳位电路通过使用比较器或类似电路，监测电源电压来工作（见图6）。如果电压增加至预设阈值（刚刚超过正常工作电压值），可以在电源上跨接一个负载电阻，以耗散能量。

结论
本文针对如何将能量从电机反馈回机械系统的电源，以及如何处理电机驱动电子设备中的此类能量，进行了宏观阐述。

伺服电机因为长期连续不断使用或者使用者操作不当，会经常发生电机故障，维修又相对复杂的。小编收集了伺服电机发生的13种常见的故障问题的维修方法，供大家学习借鉴。

一、起动伺服电机前需做的工作有哪些？

1）测量绝缘电阻（对低电压电机不应低于0.5M）。

2）测量电源电压，检查电机接线是否正确，电源电压是否符合要求。

3）检查起动设备是否良好。

4）检查熔断器是否合适。

5）检查电机接地、接零是否良好。

6）检查传动装置是否有缺陷。

7）检查电机环境是否合适，清除易燃品和其它杂物。

二、伺服电机轴承过热的原因有哪些？

电机本身：

1）轴承内外圈配合太紧。

2）零部件形位公差有问题，如机座、端盖、轴等零件同轴度不好。

3）轴承选用不当。

4）轴承润滑不良或轴承清洗不净，润滑脂内有杂物。

5）轴电流。

使用方面：

1）机组安装不当，如电机轴和所拖动的装置的轴同轴度一合要求。

2）皮带轮拉动过紧。

3）轴承维护不好，润滑脂不足或超过使用期，发干变质。

三、伺服电机三相电流不平衡的原因是什么？

1）三相电压不平衡。

2）电机内部某相支路焊接不良或接触不好。

3）电机绕阻匝间短路或对地相间短路。

4）接线错误。

四、怎么控制伺服电机速度快慢？

伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机jingque定位与定速的目的。

五、观察电机运转时碳刷与换向器之间是否产生火花及火花的程度进行修复

1、只是有2～4个极小火花．这时若换向器表面是平整的．大多数情况可不必修理；

2、是无任何火花．无需修理；

3、有4个以上的极小火花，而且有1～3个大火花，则不必拆卸电枢，只需用砂纸磨碳刷换向器；

4、如果出现4个以上的大火花，则需要用砂纸磨换向器，而且必须把碳刷与电枢拆卸下来．换碳刷磨碳刷。

六、换向器的修复

1、换向器表面明显地不平整（用手能触觉）或电机运转时火花如第四种情况。此时需拆卸电枢，用精密机床加工转换器；

2、基本平整，只是有极小的伤痕或火花，如第二种情况l口1以用水砂纸手工研磨在不拆卸电枢的情况下研磨。研磨的顺序是：先按换向器的外圆弧度，加工一个木制的工具，将几种不同粗细的水砂纸剪成如换向器一样宽的长条，取下碳刷（请注意在取下的碳刷的柄上与碳刷槽上做记号，确保安装时不致左右换错）用裹好砂纸的木制工具贴实换向器，用另一只手按电机旋转方向，轻轻转动轴换向器研磨。伺服电机维修使用砂纸粗细的顺序先粗后细当一张砂纸砂得不能用后，再换另较细的砂纸，直到用完最细的水砂纸（或金相砂纸）。