电动执行机构（电动执行器）电机制动形式与原理

　　电动执行机构（电动执行器）动力来源是电机，电动执行器在定位过程中，在输出轴走到“指定”位置时，要求电动执行机构的电机能及时停下，但由于电机转动都有惯性，当电机断电后一般都要继续“滑”行一段“距离”，这样不利于精确定位，而且容易产生振荡，所以电动执行机构（电动执行器）在设计时通常需要对其电机加入制动措施。

　　电机的制动方式主要分为机械制动和电气制动两大类。

一、机械制动

　　就是通常所说的电磁抱闸式。通常由电磁铁、弹簧杠杆组件、制动闸瓦或摩擦盘组成，其原理是：通电时，电磁铁吸合压缩弹簧，由于制动闸瓦或摩擦盘失去了弹簧的推力而与电机转子的摩擦力减小，电机此时可以转动，当断电时，电磁铁失电弹开进而松开对弹簧的压缩力，弹簧通过杠杆机构推动制动闸瓦或摩擦盘致使其与电机转子间摩擦力增大，引时电机不能转动。

　　机械制动的主要缺点是：制动部件体积大，结构复杂，长时间工作容易造成磨损而使制动效能部分或全部失效。但机械制动也有一个优点，就是在失电状态下电机仍处于制动状态，这对于减速机构没有采用自锁结构的电动执行机构（电动执行器）来说有明显的优点。

　　采用机械制动的电动执行机构（电动执行器）有DKJ（SKJ/ZKJ）系列。

二、电气制动

　　电气制动又可分为以下几类：反接制动、能耗制动、电容制动、回馈制动等。

1、反接制动

　　原理是当电动执行机构运转到“指定”位置时，不是切断电机电源，而是控制电机反向运转，但反相接通时间很短，当电机停止后需要即时断开电机电源，这种方法通常需要单片机配合，所以常出现在智能型电动执行机构（电动执行器）上。

　　反接制动缺点冲击力较大，优点是制动迅速、制动力大、准确可靠。

2、能耗制动

单相电机的能耗制动：

　　使用单相电源的电动执行机构（电动执行器）采用电机是两相绕组交替互为控制相，并互为激磁相的单相交流伺服电机。其控制电机正、反转电路及能耗制动原理如下图所示。

图1　单相电机驱动及能耗制动原理图

　　执行器有偏差时，控制电压U0≠0，当U1>UR则U01为高电平，开关管V17饱和导通。固态继电器Q1导通，电机A相绕组为控制相，B相绕组通过分相电容C成为激磁相，电机正转。随着执行器运行到平衡位置，偏差减小，U1<UR，U01翻转为低电平，同时U03输出一个正脉冲，这个脉冲通过D3、R3及D4、R4使V17和V18同时导通，则固态继电器Q1和Q2也同时导通。两个固态继电器同时导通时间，由电路中C1和C2容量大小形成的脉冲宽度而定，一般几十毫秒。此时电机内部旋转磁立即变成不旋转的脉振磁场，转子惯性旋转时，转子导条切割磁力线产生感应电流，同时在转子上产生感应电流磁场，这两个磁场相互作用，使转子立即停转。反之，控制电机电压U2>UR时，B相为控制相，A相变为激磁相，电机反转。同理执行机构运转到平衡位置时，电机亦立即停转。整个制动过程是将转子动能转换成电能，再消耗在转子绕组（导条与短路环构成）上，故为能耗制动。

　　本制动电路的特点是：电机制动与控制电机正反转电路溶在一起，线路简单可靠、制动迅速、制动力强、适应频繁工作。

三相电机的能耗制动：

　　三相电机能耗制动的控制线路的设计思想是制动时在定子绕组中任意两相通入直流电流，形成固定磁场，它与旋转着的转子中的感应电流相互作用，从而产生制动转矩，制动时间由时间继电器来控制。

图2 三相电机能耗制动原理图

　　能耗制动与反接制动相比，由于制动是利用转子中的储能进行的，转速快时制动力大，慢时制动力小。因此能量损耗小，制动电流较小，制动准确，适用于要求平稳制动的场合，但需要整流电源，制动速度也较反接制动慢一些。