为什么我的BLDC电机高速改变行为？

背景

我已经记录了一个50克以下的小型BLDC小型电动机KDE 2304XF-2350的转矩与速度性能。

我以不同的固定电压为ESC（电子换向器）和ESC的不同油门设置为电动机供电。ESC的节流阀实际上会降低固定电压。我使用三相功率计测量进入电动机的“准多相”交流电。我说准多相是因为在任何时间点只有单相电流流过2个电机绕组。

我使用涡流制动器加载电动机：铝盘连接到转子，电动机/盘悬挂在两个电磁体上方。电磁体功率的增加会导致更大的涡流进入纺丝盘，从而产生更大的扭矩。我使用在线扭矩传感器和霍尔传感器测量不同负载电流下的稳态扭矩和速度。

这是我在8V，50-100％油门时的数据。每个点状的实验集都有一个基于简单直流电动机模型和KDE规格的相应固体预测。

V = d V_{d C}

$V = dV_{DC}$

V = 一世 [R + Ë

$V = IR + E$

V = \frac{Ť}{ķ_{Ť}} [R + ķ_{Ť} ω

$V = \frac{T}{k_t}R + k_t\omega$

Ť = \frac{V ķ_{Ť} - {ķ_{Ť}}^{2} ω}{[R}

$T = \frac{Vk_t - {k_t}^{2}\omega}{R}$

哪里

$d$ 是油门设定的占空比
$V_{DC}$ 是进入电调的固定电压
$R$ （182mΩ）是电动机的绕组电阻（KDE提供的每绕组电阻为91mΩ），因为这是瞬时施加到电动机端子上的电压所看到的总电阻
$k_t$ （0.0041 Nm / A）在线提供

问题

我简直不明白为什么实验数据会在高速（特别是在低油门速度）下与我的模型产生差异。

我最初虽然是某种“偶然的”弱化领域。差异源自斜率的变化，直流电动机曲线的斜率仅是和的函数。在高速/低电流的情况下，不会改变（低电流=低温度），但是可能会因电感的增加而改变。 $k_t$ $R$ $R$ $k_t$

好像已经降低以实现更高的速度，实验斜率变得越来越小，但与保持不变相比，电动机仍然保持了更高的转矩。 $k_t$ $k_t$

例如，在节流阀为70％，转速为10 kRPM的情况下，我的模型预测的扭矩约为20 mN-m，但是“弱磁”电机产生的扭矩为25 mN-m。是什么赋予了？？

这是BLDC的弱化领域吗？如果是这样，为什么扭矩不受影响？
如果不是弱磁场，还有什么会导致转矩-速度曲线斜率随速度变化？

附录

令我困惑的是这种高速发散性是随着FW的提高，实验电机效率得到了提高。

据我了解PMSM的FW，一些定子电流（Id？）用于“对抗”电枢磁场，而不是产生转矩（Iq），因此实际上会损失一些效率。

但是，由于电动机在相同的扭矩下产生的转速更高（相对于模型），因此电动机的实验效率不会像模型那样急剧下降。

正如Neil_UK提到的那样，电调可能在电枢的相角处发挥某种作用。如何测量电枢的相角？

我已经通过我的功率计测量了电动机端子上的总相角（Φ= acos（∑P / ∑S）跨越所有三相），但是该相角包括了因速度增加的电感引起的电流滞后和有噪声的开关引起的谐波失真。。

假设

扭矩不会在意外的FW区域受到影响，因为BLDC电动机继续在FW 上消耗更多的功率，这与PMSM在FW期间会拉“恒定”功率（忽略低效率）不同。我现在将检查数据！

motor brushless-dc-motor

— 技术苏丹
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“节气门”是什么意思。我并不是说“它控制着电动机的速度”，而是它对ESC的电气意义是什么，以及它如何进入模型。我认为我看到的是“随着转速的增加，我希望扭矩会降低，但在较低的油门设置下，扭矩的下降不会像我期望的那样大”。如果我用不同的电池电压运行有刷电动机，那将使我大为惊讶。但是，随着时间的推移，使用无刷电调有很多机会“做一些聪明的事情”。这样做吗？您如何知道“油门”指令执行该操作？

— Neil_UK

您是如何得出模型的？它内置哪些假设？似乎最明显的解释是速度控制器未遵循模型中内置的假设。速度控制器响应不同的油门设置实际做什么？可能不是您认为的那样。

— mkeith '18

基本上，发生的情况是电动机在轻载条件下的运行速度比您预期的要快。我认为控制器可以告诉电机没有负载，并且正在使用相位超前或类似方法在这些条件下实现磁场减弱。当电动机负载很重（转矩很高）时，实验数据将与您的模型收敛。

— mkeith '18

我建议您的ESC是非正弦驱动，因此无论使用哪种算法，任何使用正弦驱动的模型都将有所不同，它们似乎在中间范围内显着提高了扭矩

— Jack Creasey，

@DmitryGrigoryev我正在使用额定值为700 mN-m（100 oz-in）的扭矩传感器。同样的现象也发生在陆军使用商业测功机（报告）测试的甚至更小的BLDC上。我用悬挂在已知距离的已知砝码进行校准。我的理论和实验斜率在低速时匹配，因此我认为没有测量误差。

— techSultan

您遇到的问题与您使用的控件形式有关。几乎每个面向爱好/直升机的BLDC控制器（通常称为“ ESC”）都使用无传感器梯形控制。这种控制形式从根本上不同于您在问题中引用的控制形式，即称为面向字段的控制或FOC。

描述这些控制技术的细节差异将需要一个冗长的答案，我鼓励您自己研究它们。然而，目前存在的测试不能将电动机的速度/转矩特性与驾驶员的速度/转矩特性正确地分离。缺少高分辨率编码器也会影响低速时的电机性能。如果要获得良好的低速性能，则无论采用何种控制技术，都需要某种形式的编码器。

如果要在全速范围内正确表征这些电动机，则实际上需要一个带传感器的 FOC驱动器。

— 奥卡纳特
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我现在了解带传感器的FOC和无传感器6步换向的区别。我认为，梯形换向机构中的FW是“偶然”发生的。我想这个问题在没有确切知道控制算法是什么的情况下

— 无法回答

我认为一个简单的解释可能是，将油门设置为50％并不意味着降低了50％的电压，因为如果负载较小，则在两个pwm脉冲之间电流会回到0，因此输出电压会高于50 ％。查找具有不连续电流的降压转换器中的电压。

— Jesse_a_b
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我了解在不连续电流模式（DCM）下电压输出会如何增加，但我不了解这会如何影响转矩-速度曲线的斜率。理论上，电压仅影响曲线的y截距。

— techSultan