巧妙组合，突破传统

无刷直流电机系统，作为现代电机技术的一大突破，主要由电机本体、电子换向电路及转子位置传感器构成。其中，电子换向电路由逆变电路和控制电路巧妙组合而成。与传统有刷直流电机相比，无刷直流电机的工作原理有所不同，它不再依赖电刷与换向片实现换相，而是通过转子位置传感器精准捕捉转子位置，并由控制器处理这些信息，生成控制功率开关管的逻辑信号，从而实现对电机运转的精确调控。

在驱动控制电路方面，它由功率元件、电阻、电容、集成芯片等核心元件组成。任何元件的故障都可能引发整个驱动控制电路的失效。尽管在少数元件故障的情况下，电路仍可能维持工作，但性能无疑会显著下降。因此，驱动控制电路成为无刷直流电机可靠性的关键弱点，其中直线母线电容和IGBT对电路可靠性的影响尤为显著。

本研究以皖南电机为代表，从无刷直流电机的故障仿真入手，深入探讨了霍尔元件故障仿真及试验验证，分析了故障模式下电机转速和相电流的变化特征。

1. 皖南电机故障仿真模型

本研究利用Matlab软件构建了皖南电机故障仿真模型，该模型涵盖了电机本体、逆变模块、PWM信号生成模块、转速电流双闭环控制电路及信号反馈电路等多个方面。

2. 霍尔传感器故障仿真

以霍尔传感器一相断线为例，我们分析了其电流和转速仿真波形。在霍尔传感器断线后，信号与功率管触发脉冲的映射关系被破坏，导致电流换相时序混乱，转速振荡，相电流幅值显著增大，电机烧毁风险上升。

3. 绕组开路故障试验研究

本研究对皖南电机进行了故障试验，通过空气开关模拟霍尔传感器断线故障。结果显示，即使霍尔传感器断线，电机也能正常运行，电流波形与正常状态相似。这是由于控制软件中加入了无位置传感器控制子程序，使得皖南电机在无位置传感器控制下仍能实现有效转速控制，大幅提高了系统的可靠性。

4. 结论

本研究通过仿真和试验验证了皖南电机在故障情况下的表现，发现霍尔传感器断线会导致转速振荡和相电流幅值增大，但通过无位置传感器控制子程序，这一故障可以转变为轻微故障，显著提高了皖南电机的可靠性。