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无刷直流电机制动在电锭式倍捻机中的应用 2012/7/12 16:02:00 张英菊 摘要：本文介绍了电锭式倍捻机根据产品特性对无刷直流电机快速制动的工艺要求， 简单介绍了直流电机几种制动方式及特点，并阐述了无刷直流电机制动在电锭式倍捻机工艺 要求和技术指标等方面的具体应用。 关键字：电锭式倍捻机 无刷直流电机 电机制动 工艺要求 稳定性 Abstract The article describes the electric spindle Twister fast brushless DC motor based on product characteristics braking process requirements. Brief introductions to several braking method and characteristics of brushless DC motor braking in electric spindle Twister process requirements, and technical indicators application. Key Words Electrical spindle Two-for-one Twister, Brushless DC motor, motor brake, technology require, stability. 1、 纺织行业对电锭式倍捻机电机快速制动的要求 传统倍捻机都采用龙带传动或锭带传动的方式驱动锭子，具有诸多弊端，比如耗 电量大、噪声大、纱线质量低等，已经不符合节能环保型生产的时代潮流。电锭式短纤倍捻 机颠覆了传统的龙带传动形式而以单锭驱动的模式替代，该型号倍捻机的机电一体化程度是 目前国内同类产品最先进的，在高效节能降耗方面的优势更有着突出的表现，实现更高的加 捻速度和生产效率，降低能耗和噪声，满足高质量的捻度和成型指标，引领了该行业的发展 方向，同时也带动了我国相关行业的技术进步。 倍捻机作为后纺最后一道工序，捻度的CV 值最终决定了纱线的出厂质量和价值， 工艺要求的不断增加使得很多纺织厂对电气控制的精准性和稳定性、成本，以及工艺的适用 性也提出了更高的要求。当倍捻机出现断纱或锭子长时间速度偏低等故障现象以及纺织工人 发现故障按下停机按钮时，为了减少损失和降低接头处捻度的不匀率，要求电机迅速制动， 该电锭式倍捻机工艺要求在4S 以内。 2、直流电机快速制动的方式对比 该型无刷直流电机将绕组（线圈元件）安装在定子上，9 根引出线分别接到9 组半 桥电路的中点，转子位于任意位置时，都只开通某个半桥电路的上桥臂功率管和另一个半桥 电路的下桥臂功率管，关闭剩余桥臂的功率管；当转子转过一定角度时，功率管的开通或关 断作出相应的调整，从而实现了电子换向。 一般无刷直流电动机有3 种制动方式：反接制动、绕组短接制动和能量回馈制动。 2.1 反接制动 与绕组短接制动和能量回馈制动相比，反接制动的效果最好，尤其是电机中低速 运行时，可以达到迅速制动的目的。但是，在中高速时绕组电流过大，需要选择适当的过流 检测和保护措施。 图1 反接制动时电流流向图 电机CW 方向运行时，在第一区域需要开通2 号和 号功率管以产生正转矩。如图 1 所示，如果此时只开通3 号和 号功率管，则a、b 支路的电流迅速减小并反向流通，最终 会产生制动转矩（图1 中以产生制动转矩的电流方向为参考方向）。 由式(2-1)可知，反接制动时，流过功率管的电流会迅速增大，直到过流保护动作， 关断PWM。极端情况下，过流一直出现，等效于PWM 占空比D=0， 号功率管的反并联 二极管续流，经a、b 支路后，再流过 号功率管，产生“环流”现象。此时的电动机工作在发 电状态，由于中高速时电动势较大，环流出现后，电流可能会继续增大，甚至损坏功率管。 为了保护功率管的正常工作，需要过流关断PWM 的同时，关断 号功率管，这时进入能量 回馈制动状态，可以抑制电流继续增大。 然而这种方案在换向过程中会失效，如图2 所示，直流母线负端的采样电阻上流 过的电流为(I -I )，而流过3 号功率管的电流为(I +I )。所以，常用的直流母线负端串检测电