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2.2 控制器採用恆電流起動 3.2 無刷電機機械特性

與有刷直流電動機一樣，無刷電機也必須採用降壓起動。無刷電機專用控制晶片內置了起動 應用 ZC-200KB 型磁滯測功系統，對無刷電機系統進行
電路，但其占空比 D 上升時間太快，只適合小功率無刷電機的起動。如直接用於高壓無刷電機 開環和閉環機械特性測試，根據試驗結果繪出 1.5 kW 高壓
的起動，電壓上升大大高於繞線組反電動勢的上升速度，使得電機起動電流太大，過流保護電 無刷電機機械特性曲線，如圖 7 所示。可見，系統開環時，無
路動作，電機無法起動。為此，在專用控制晶片週邊上增設了起動電路，很好地解決了高壓無 刷電機機械特性比較軟，轉速變化率接近 20%；系統閉環後，

刷電機的起動問題。 無刷電機機械特性基本為一條水準線，電機輕載和空載時，
機械特性有些上翹，空載時轉速變化率為 1%。
該起動電路的主要優點在於：一是能夠通過調節起
轉矩（N.m）
動電路參數，方便地改變其占空比的上升快慢，以適
圖 7 無刷電機機械特性。
應不同轉動慣量電機的起動；二是占空比（斬波電壓 3.3 正、反向運行性能比較
Ud）與反電動勢 ea 均按指數規律上升，見圖 4，且當 表 2 給出了系統閉環 表 2 系統閉環無刷直流電動機

起動電路的時間常數 Ts 與電機的機電時間常數 Tm相 時無刷電機的正、反向 空載點 額定點
等，即 Ts=Tm 時，可以實現電機的恒流 Id（如額定電流） 運行性能測試資料。結 電機轉向 電機空載 控制器 控制器 功率因數 系統效率
起動；三是可以設置電機起動後的穩定轉速，以滿足不 果表明，無論電機空載 最高轉速 輸入電流 輸入電流

同工況的要求。 還是滿載，控制器的輸 順時針 2150 r/min 1.50A 9.05A 0.82(滯後) 90.40%
入電流變化都很小，電
圖 4 無刷電機的恆電流起動。 機正、反向運行基本對 逆時針 2160 r/min 1.55A 9.16A 0.82(滯後) 90.10%
試驗結果及分析 稱。

在系統調試的基礎上，對 1.5 kW 高壓無刷電機及其控制器的一些性能進行了測試，主要結
果如下： 需要指出的是，高壓無刷電機正、反轉的電流對稱性不

3.1 控制器的輸出電流波形 僅與電機正、反轉電動勢波形的對稱性有關，還與霍爾元
件的位置以及霍爾與反電動勢的邏輯關係有關。當霍爾
組件位置不准，或霍爾與反電動勢的邏輯關係不正確時，

將導致電機一方向電流很大，甚至電機發生不能旋轉的現
象。

轉矩（N.m）
圖 8 無刷電機的負載特性曲線。
3.4 電機的負載特性
應用 ZC-200KB 型磁滯測功系統對 1.5 kW 高壓無刷電機控制器進行負載特性測試。根據試

驗結果繪出了 1.5 kW 高壓無刷電機控制器的輸入功率 P1、輸入電流 I1、功率因數 PF、電機輸
圖 5 無刷電機一相電流波形。 圖 6 控制器直流側電流波形。 圖 5 無刷電機一相電流波形。 圖 6 控制器直流側電流波形。

出功率 P2 以及系統效率 EFF 與電機負載轉矩的關係曲線，見圖 8。
控制器加額定電壓，PWM 斬波頻率為 16 kHz，占空比為 100%，電機帶 3.8 N.m 負載，測得
無刷電機一相及控制器直流側電流波形，見圖 5、圖 6。在圖 5 中，由於高壓無刷電機反電動勢
稀土永磁無刷電機系統的效率特性與永磁同步電動機的相類似 [5]。一是當電機輕載時系統
波形平頂部分寬度難以達到 120 電角度，換相前相電流出現鋸齒狀尖頂波；從圖 7 可以看出，
就維持很高的效率，如電機負載轉矩等於或大於2.0 N.m（本文無刷電機額定轉矩為8.0 N.m）時，
MOSFET 開通後，電流便按指數規律上升，這是由於無刷電機相繞線組電感較大，時間常數
系統效率高於 80 %；二是系統最高效率與額定效率很接近，1.5 kW 高壓無刷電機系統的最高效
=L/R 也較大，故電流上升較慢，大約需 150 S 左右 [4]。
率為 92 %，額定效率為 90 %，兩者相差不太。