一款吹风机用直流无刷电机，在两个档位下，电机转速发生了改变，但是为什么相电压没有变化呢？

wangzhilong0305

设计优化一款用于吹风机的三相直流无刷电机，内转自结构，3槽2极的，绕线采用星接，转子没有铁芯为径向充磁两极磁环，高转速电机80,000~100,000rpm。
电机采用FOC无传感器，反电动势过零点法检测转子位置，控制算法负责人告诉我的是采用电流速度双闭环进行控制。吹风机整机直接接220V50Hz电源供电。
现在有几点疑问希望知乎上的大神和广大知友中的能人义士帮忙解答。废话不多说，先上图再补充下电机信息，然后提疑问。

图1

   

图2

图1是吹风机整机开到最大档时，不开热风功能，即电热丝不通电。 示波器一端接的PCB电路板上的GND, 另一端接的PCB上的U相(一开始我以为这样接会是测试相电压，但是控制同事说这样相当于测试线电压)。电压峰值308V，接近220*Sqrt(2)=310V。此时电机上接的风叶转速实测为大概105,000rpm左右。图2是此时电源分析仪显示的值。

图3

图3是吹风机整机不插电源，用另一台吹风机直接吹动风叶，转速稳定后测试反电动势(PCB板与电机不分离，整机状态)，此时电机风叶转速实测为40,375rpm。示波器一端接PCB上的GND，一端接的PCB板上的U相(相当于测试的是线反电动势)。

图4

图4是从吹风机整机里把电机完全拿出来，和PCB控制板完全分离，不接电源(不供电)，只是纯电机本体带上原负载风叶，然后用一个吹风机吹动风叶，转速稳定后测试的反电动势。此时转速实测为13,585rpm。示波器一端接的三相的中性点，一端接的U相(相当于测试相反电动势)。个人分析从这个相反电动势波形来看，图3的线反电动势波形是大概正确的。 这里有一点疑问，图3中的梯形波里面，梯形的上边向里凹的地方是因为回路中电感的影响吗？还是因为别的原因？

图5

  

图6

   

图7

  
从吹风机整机中把电机和PCB电路板拿出来(相互不分离，去掉吹风机外壳，相当于没有风道了)，然后给PCB供电(220V50Hz)，此时控制算法的同事把PCB上的芯片(不知道叫法对不对)连接电脑，把算法代码输入了进去，告诉我说给电机设定了一个转速值(吹风机最大档的转速105,000rpm给了电机)。我个人理解是此时因为吹风机外壳拆掉了，没有风道后，负载发生了变化，给了最大档时的转速相当于和整机的实际运转环境相同(不知道想法对不对，如有问题，请指正)。此时测试了电机的相电压为图5和图6，示波器一端中性点，一端U相。然后图7是此时的电流波形(用钳流表夹的U相)。

图8

  

图9

  

图10

  
接着连接电脑后，重新写入了代码，把吹风机低档时的转速(大概87,000rpm左右)输入了芯片，再次测量了U相电压(图8, 图9)和U相电流(图10)。
在这里有几点疑问 ㅠㅠ 第一，电机要想带动负载的话，需要电磁转矩=负载转矩， 那么在低档和高档下，相同的负载叶片，转矩应该不发生变化，电磁转矩公式简写为T=kФI，即电流不该发生变化才对。 为什么图7和图10中的电流峰值变化不大，但rms值发生了改变？是我测量问题还是因为什么？ 第二，相的反电动势的公式可以简写为E=kФω，相电压公式可以写为V=IR+E； 电吹风低档和高档模式下，电机实测转速低档小于高档，理论上高档模式下反电动势E应比低档模式下的大; 线圈的电阻是不变的(本电机常温下实测相电阻为8.75Ω)，电流根据图7和图8实测可以看出低档下电流rms值小于高档模式，则根据公式V=IR+E来看，低档下的相电压应该比高档的小才对。但是为什么图5和图8中的相电压波形只有周期发生了变化外(个人想法是因为转速变化，所以f变化)，不管是max值还是rms值都基本一样呢？ 这里很不理解，还是说和电机控制方面有关呢(上面说到过控制算法同事说控制采用的电流转速双闭环方式)? 另一个做电机的朋友告诉我说示波器上波形谐波太多，所以导致一样，设置为显示基本波(即去掉谐波成分)就会变化了，这种说法对不对呢？ 还是我的测量有问题或者另外别的原因？


对上面的几个问题非常的困惑，想不明白，跪求知友中的大神们帮忙解答。。非常感谢。