为什么无刷电机具有kv额定值？

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我想知道为什么无刷电动机（例如用于四旋翼的电动机）具有kv额定值，据说这意味着电动机两端的每电压RPM。因此，如果对其施加“ 1伏特”，则2300 kv电动机将以2300 rpm的转速旋转。

括号中的部分对我来说没有意义。ESC产生三相交流电流。从我的理解中，交流波形的频率完全决定了电动机的速度，并且波形的振幅（峰值电压减去谷值电压）或多或少是恒定的。在我看来，电压实际上与确定无刷电机的速度无关。

brushless-dc-motor motor-controller

— 托马斯·基文
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电动机的扭矩输出与电动机电流（不是电压！）成正比，并且电流（I）大致等于

I = \frac{V - ε}{R}

$I=\dfrac{V-\varepsilon}{R}$

其中V是电动机电源电压，R是绕组电阻，而ε是反电动势（反电动势）。

KV和反电动势

反电动势是当电动机旋转而未连接任何东西时在电动机端子上将出现的电压。如果需要，此电压是由充当交流发电机的电动机产生的，并且与转速成正比。KV额定值不过是陈述转速和反电动势（KV≈RPM /ε）之间关系的另一种方法。它限制了在任何给定电池电压下的最大电动机速度，因为在某些与KV相关的速度下，反电动势将“抵消”电池电压。这样可以防止更多的电流流向电动机，从而将转矩减小到零。

首次打开电动机电源时，速度为零。这意味着反电动势也为零，因此限制电动机电流的唯一因素是绕组电阻和电源电压。如果电动机控制器（ESC）在低速时将完整的电池电压输出到电动机，则电动机和/或ESC会熔化。

电压，频率，油门和速度

在闭环无刷电机控制方案中，不直接控制电机速度（输出频率是其函数）。节流阀代替控制输出电压和ESC汽车无调整输出频率响应于转子的角度和驱动波形之间的相移。反电动势的相位直接告诉无传感器的ESC转子当前的角度，而有传感器的ESC使用霍尔效应传感器实现相同目的。

用相反的方式做事（直接设置频率并响应于测得的相移来控制电压）将成为一种很好的平衡动作：

将电压设置得太低将使电流过少，从而限制了扭矩。如果转矩下降但负载保持恒定，则电动机必须减速，导致立即失去同步。
电压过高会导致过多的电流流过，从而浪费功率并不必要地加热电动机和ESC。

因此，最佳效率点在“频率优先”控制下不稳定。控制回路可以使其保持闭合状态，但是如果ESC不能对负载做出足够快的反应，则会出现同步瞬态丢失。对于“电压优先”控制而言，情况并非如此，在这种情况下，负载瞬变只会造成速度的瞬时降低而不会产生不良影响。

集体俯仰RC直升机中使用的ESC通常具有“总督”功能，该功能可保持与油门设置成比例的固定电动机速度。即使是这些ESC也不实际直接控制频率，而是实施PID控制器，该PID控制器根据所需频率与实际频率之间的差异来设置电压。

ESC“定时”

ESC的电动机正时设置可调整此机械电气相移的设定值：高正时意味着ESC输出领先于检测到的转子位置25度，而在低正时下，此相移保持非常接近零。较高的时序设置会降低效率，从而产生更多的功率。

扭力

普通的RC ESC不能进行恒定的转矩控制或转矩限制，因为它们缺少电流检测电路来节省成本和减轻重量。扭矩输出不受任何控制；在给定速度下，电动机仅产生与负载所需的扭矩一样大的扭矩（并成比例地汲取电流）。为了防止快速油门打孔使ESC，电池和/或电动机过载（由于克服惯性可能产生无限转矩），ESC通常在给定频率下具有加速度和电压限制。

煞车

如果在降低电压的同时通过外部手段使电动机保持旋转状态，最终反电动势将变得大于电调试图驱动的水平。这将导致负电流并使电动机制动。如此产生的电能取决于所使用的PWM 衰减模式，要么消散在电动机线圈中，要么反馈回电源/电池中。

— 简讯
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感谢您提供@jms的详细说明。因此，如果我理解正确，则可以通过增加油门来增加3条电机线上的AC信号幅度，这会立即产生相移，而esc会检测到该相移（带有反电动势），然后相应地更改其频率输出？

— Thomas Kirven '16

@ThomasKirven没错，这是一种很好的表达方式。

— jms

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应当明确指出，“ kv额定值”与扭矩无关

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75 '16

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@ TonyStewart.EEsince'75虽然它们是完全不同的参数，但两者之间要权衡：当您购买两台尺寸，质量和设计相同的电动机，但其中一台的KV高于另一台时，KV较高在相同的功率输入下，电动机将旋转得更快，并产生更少的转矩。

— jms

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是的，当然，就像自行车上的齿轮，扭矩与速度一样，但与HP或实际功率无关

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75'October

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ESC产生三相交流电流。从我的理解中，交流波形的频率完全决定了电机的速度，并且波形的振幅（峰值电压减去谷值电压）或多或少是恒定的。在我看来，电压似乎与确定无刷电机的速度无关。

抱歉，这全都错了。四旋翼飞行器中使用的电动机是无刷直流电动机（BLDC），与无刷直流电动机等效，但具有电子换向。

电动机速度由电动机旋转时产生的电压（“反电动势”）决定，而不是由换向频率决定的（换向频率必须与电动机的旋转保持同步，否则电动机将不会旋转）。BLDC电机具有永磁体，因此反电动势与rpm成正比。反电动势等于施加的电压减去绕组电阻和电感两端的电压降，电动机将吸收负载产生的转矩所需的电流，从而使电动机加速或减速-与有刷直流电动机完全相同。

ESC通过改变施加在其上的电压来控制电动机速度。通常，这是通过PWM完成的，因此峰值电压始终等于电池电压，但是平均电压（电动机响应）根据PWM的开/关比而变化。ESC产生电动机需要的任何换向频率，类似于有刷电动机的电枢如何使换向器以所需的频率切换。

因此，所施加的电压有一切做与电机的转速。这就是为什么这些电动机具有Kv额定值的原因-它是确定在特定电压下可以达到什么rpm的基本参数。由于螺旋桨吸收的功率与rpm的3次方和螺旋桨直径的4次方成正比，因此，在与四旋翼飞机的组件匹配时，Kv是一个关键参数。

当电动机未汲取任何电流时，指定的Kv值应为1V时的理论转速。但是，通常通过简单地将测得的空载转速除以施加的电压来计算，这会得出较低的值（不正确）。正如可以通过提前电刷来提高有刷电机的速度一样，无刷电调可以通过提前换向定时来提高BLDC电机的有效Kv。增加了制造公差和不良的质量控制，并且电动机的实际Kv通常比其规格高或低20％。

设计用于其他用途的电机通常没有Kv额定值，因为它并不那么重要。但是，通常会提供标称电压下的空载rpm，从中可以得出Kv。也可以指定电动机的转矩常数（Kt）。Kv是Kt的倒数。

— 布鲁斯·雅培
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谈论施加到电动机的电压似乎是一种误导，因为信号是交流电且始终在变化。如果我在连接到实际电动机的同时测量ESC的波形输出，我真的会看到在较高的油门值下该波形的振幅会增加吗？

— Thomas Kirven '16

必须将电压从RMS转换为DC，以获得等效的换向电刷型DC电动机或施加到产生PWM调制DC的ESC的实际平均DC。忽略ESC换相和3个阶段即可理解它。它不是变频控制驱动器。

— 托尼·斯图尔特Sunnyskyguy EE75

“如果我在连接到实际电动机时测量ESC的波形输出，我真的会看到在较高的油门值下该波形的振幅会增加吗？”-有点。您会看到一个PWM方波，占空比越高，占空比越高。PWM波形在一个换向步骤中是平顶的，然后线性下降/上升两个步骤，以达到相反的极性（平均电压描绘出梯形波形）。在换向频率下为“ AC”，在PWM频率下为“平均DC”。

— Bruce Abbott

@Tony Stewart，这变得很复杂。使用低频PWM时，电流会完全打开和关闭，因此电机会响应PWM波的均方根电压，并且油门曲线是非线性的（功率比低油门时要高，但发热量更大，效率更低）。当PWM频率增加时，电动机的电感使电流更平稳地流动，因此电压响应从rms变为平均值，并且油门曲线变为线性。