无刷电机的负载与调节特性

在上一节的文章中，我们了解了无刷电机的机械特性，明白了无刷电机的工作状态和机械特性相关，并可以用电压平衡方...



在上一节的文章中，我们了解了无刷电机的机械特性，明白了无刷电机的工作状态和机械特性相关，并可以用电压平衡方程式来描述。一般的无刷电机都是在固定的电压下工作的，如计算机和汽车中的散热风扇等。

但是在许多场合，如电动汽车、电动自行车、家用风扇等，在无刷电机和螺旋桨的组合动力系统中，我们往往需要根据飞行工况来获得不同的升力目的，而升力是由转动的螺旋桨产生的，因此要获得不同升力的本质也是需要获得不同的转速。在这些场合下的无刷电机都需要调速，要调速，就要研究无刷电机的调速特性。

目前电机的调速方法主要分为三类，包括电压调速、电阻调速和脉宽调制调速方法。现在无人机动力电机的调速基本上不是靠直接调节无刷电机电源电压或在无刷电机的定子线圈中串联电阻来实现的。无刷电机的电源是直流电源，许多场合是蓄电池电源，调节直流电压是一件比较困难的事情，因此用脉宽调制（PWM）技术实现无刷电机的有效电压的调制，实现所谓的调压目的。

因此，脉宽调制（PWM）技术仍然是一种调节电压的调速方法，脉宽调制就是通过控制器电路把直流电流细分为多个相同或不同宽度的脉冲电流，他们之间有一定的间隔，各脉冲电流的电流峰值仍是相等的电源电压幅值，但其有效值比纯直流电流的有效值低，效果上相当于把电源电压降低了。

上节课我们学习过，在一定电压下，电机的转速越大，电流越小，扭矩越小，而我们的电机+螺旋桨系统在不断的加速过程中，电流和扭矩在逐渐增大，实际上就是在转速不断增大的过程中，电机的电压也在改变。所以，我们所说的电流、扭矩和转速成反比，是建立在电压不变的基础上的。在控制器调节不同油门时，不同油门时的电机特性曲线是一簇相互平行的曲线，

如下图所示。从图中可以看出来，当油门越大时，实际上的电压越大，带一固定的螺旋桨时，桨的特性曲线和电机各个油门的特性曲线的交点为工作点，可以看出来，随着油门点的增大，交点的转速、扭矩也跟着增大。当增大所带的螺旋桨时，由于桨本身的特性曲线会上移，与电机的匹配表现出来的工况便是转速低，电流大、扭矩大。



而一个电机绕组上所能承载的电流是有限制的，当电机带一固定的螺旋桨时，如果电压一直增大，最终会造成电机绕组承受的电流达到峰值，当电机使用固定电压，来驱动不同的螺旋桨时，如果螺旋桨一直增大，也最终会导致电流绕组上的电流过大，这两种情况是电机过载烧毁的两个最常见的情况。

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