摘要本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEIVPAGEI河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEI基于MC33035芯片的電機(jī)控制器電路分析摘要近年來，隨著人們生活水平和環(huán)保意識的提高，電動自行車得到了日益廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的直流電機(jī)一直在電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于其本身固有的特性，即有機(jī)械換向器和電刷從而導(dǎo)致電機(jī)容量有限和可靠性不高、噪音大，迫使人們探索低噪音、高效率并且大容量的驅(qū)動電機(jī)。隨著電力電子技術(shù)和微控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而成熟起來的永磁無刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點(diǎn)，從而使其極有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電機(jī)成為電動自行車用電機(jī)的主流。利用MC33035芯片進(jìn)行低成本、高智能無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場合的需要。通過對采用MC33035芯片的電動自行車電機(jī)控制器電路的分析，結(jié)果表明：本課題設(shè)計(jì)的基于MC33035芯片的電動自行車控制器不但具有運(yùn)行性能良好，可靠性高的特點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)啟動、巡航等功能，為后續(xù)的研究工作提供了一定的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：電動自行車，無刷直流電機(jī)，MC33035，位置傳感器

THEMOTORCONTROLLERCIRCUITANALYSISBASEDONMC33035CHIPABSTRACTInrecentyears,withtheimprovementofpeople'slivingstandardandconsciousnessofenvironmentalism,theelectricbikehasbeenincreasinglywidelyused.ThetraditionalDCmotordrivesystemforelectricbicyclehasbeendominate,butbecauseofitsinherentcharacteristics,namely,mechanicalcommutatorandbrushresultinginlimitedelectricalcapacityandreliabilityisnothigh,noisy,forcingpeopletoexplorethelownoise,highefficiencyandhighcapacitydrivemotor.Withthepowerelectronicsandmicro-controltechnologyandtherapiddevelopmentofmaturepermanentmagnetbrushlessDCmotorwithsmallsize,lightweight,highefficiency,lownoise,highcapacityandhighreliability,makingitverypromisinginsteadofthetraditionalDCmotorforelectricbicycleintothemainstream.MC33035chipbyusedtodesignlow-cost,highintelligentbrushlessDCmotorcontrolsystemthatsimplifiessystemconfigurationandtoreducesystemcost,enhancingsystemperformance,tomeettheneedsofmoreapplications.MC33035chipbyusinganelectricbicyclemotorcontrollercircuitanalysisshowsthat:thesubjectofdesign-basedelectricbikecontrollerMC33035chipnotonlyhasgoodoperatingperformance,highreliability,andtheadaptivestart,cruiseandotherfunctions,forthefollow-upstudyprovidesacertainfoundation.KEYWORDS:electric-bicycle,brushlessDCmotor,MC33035,positionsensor前言河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄8459前言 117477第1章電動自行車結(jié)構(gòu)和性能分析 614203§1.1電動自行車的結(jié)構(gòu)組成 6922§1.2電動自行車驅(qū)動電機(jī)分析 714502§1.2.1電動自行車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展 727964§1.2.2無刷直流電動機(jī)（BLDCM）構(gòu)成與工作原理 813436§1.2.3有位置傳感器BLDCM控制原理 1120264§1.2.4無位置傳感器BLDCM控制原理 123980§1.3電動自行車轉(zhuǎn)矩分析 1414355第2章電動自行車控制器單元電路分析 1528825§2.1有刷電機(jī)控制器單元電路 159001§2.1.1直流電機(jī)調(diào)速原理 1524512§2.1.2有刷速度調(diào)速器結(jié)構(gòu) 1613074§2.1.3調(diào)速把 1719468§2.1.4限速電路 2032192§2.1.5電瓶電量顯示電路 214711§2.1.6防飛車電路 2114361第3章無刷直流電機(jī)MC33035芯片及其工作原理 2414660§3.1MC33035芯片介紹 2418292§3.2MC33035芯片工作原理 2628284第4章基于MC33035芯片的電動自行車控制器電路 3112422§4.1基于MC33035芯片的無刷控制器電路 31309§4.2三相六步電機(jī)控制電路 3422067§4.3有刷電機(jī)控制電路 358133結(jié)論 3720569參考文獻(xiàn) 388691致謝 408599附錄 4110758外文資料譯文 45河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前言一．課題研究背景及發(fā)展?fàn)顩r能源與環(huán)境問題二十一世紀(jì)是“綠色環(huán)?！钡氖兰o(jì)，環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約問題己成為新世紀(jì)最為突出的兩大主題。隨著工業(yè)的發(fā)展，城市汽車數(shù)量急劇上升，石油資源嚴(yán)重匱乏。研究表明，目前世界石油蘊(yùn)藏量按照現(xiàn)在的消耗速度僅可供使用50到70年。自1993年開始，我國己變?yōu)槭蛢暨M(jìn)口國，2000年我國石油進(jìn)口量為7000萬噸，預(yù)計(jì)2008年后將超過2億萬噸。近年來，石油價(jià)格猛漲，2004年石油最高達(dá)到了每桶54.9美元。而石油與國家安全密切相關(guān)，其作為一種戰(zhàn)略物質(zhì)大量進(jìn)口則必然受制于人，該問題己引起各國的極大重視。從環(huán)境角度講，石油燃燒造成的大氣污染日益嚴(yán)重。在世界環(huán)境污染最為嚴(yán)重的十大城市中，我國就占了7個(gè)，形勢的嚴(yán)峻可見一斑。汽車排出的CO、H2S、NOX和微塵顆粒等，會對人類的身體健康造成危害另外汽車排出的二氧化碳雖然對人體健康無害，但它造成的溫室效應(yīng)破壞大自然的生態(tài)平衡，對大氣造成嚴(yán)重影響。所以研制出無污染、能耗小的交通工具來代替那些燃油車輛成為勢在必行的課題。能源與環(huán)境問題成為了“綠色交通工具”研究開發(fā)和推廣應(yīng)用的積極因素?！熬G色交通工具”的發(fā)展人們雖然在很早就開始對電動車進(jìn)行了研究，但由于電動機(jī)、電池等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展不理想，而且與燃油機(jī)車相比，電動車速度慢、價(jià)格高，導(dǎo)致了電動車發(fā)展緩慢。直到七、八十年代，隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們才把零污染零排放的電動車輛重新推到了前臺。國外的科研機(jī)構(gòu)早在二十世紀(jì)八十年代開始了新一輪的電動車研究與開發(fā)，到現(xiàn)在電動車大致經(jīng)歷了三個(gè)階段年代前，電動車的設(shè)計(jì)主流是單獨(dú)采用蓄電池供電，發(fā)展了高功率密度的新型蓄電池及其充電技術(shù)；90年代起人們開始注意到僅僅使用蓄電池，電動車在近期內(nèi)還難與傳統(tǒng)汽車匹敵，從而混合動力車的研究得到了很大的重視。蓄電池與燃油系統(tǒng)的相互配合使用，可以大大減小車輛在市區(qū)的廢氣排放和污染，在長途運(yùn)行時(shí)可使用燃油系統(tǒng)，但它只是電動車發(fā)展過程中的過渡產(chǎn)品；1994年DaimlerChrysle公司推出了采用燃料電池的電動車。它是通過氫氧化合反應(yīng)得到電能，而副產(chǎn)物僅為純凈水或水和少量的二氧化碳。盡管燃料電池汽車技術(shù)性能目前己經(jīng)能和內(nèi)燃機(jī)汽車相媲美，但近期內(nèi)由于價(jià)格太高，還難與內(nèi)燃機(jī)汽車競爭。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，一般家庭除了必備汽車之外，通常還希望配備多輛小型交通工具，供短途交通或休閑娛樂用，這對沒有駕駛執(zhí)照的老人和未成年人尤其具有吸引力。亞洲城市，一般人口眾多，交通擁擠，自行車一直是大多數(shù)居民的主要交通工具。但隨著城市規(guī)模與人們?nèi)粘；顒臃秶臄U(kuò)大，騎車就比較辛苦，特別是遇到惡劣的天氣或路況時(shí)，就更加費(fèi)勁。而目前普通居民的購買力有限，小轎車普遍進(jìn)入家庭還不太可能，況且燃油、環(huán)境和場地等多方因素都制約著汽車不可能成為大眾化的代步工具燃油摩托車曾一度成為許多城市比較普及的交通工具，但由于交通安全和環(huán)境保護(hù)等因素的影響，近年來在許多大中城市己經(jīng)采取了限制措施。而電動自行車具有摩托車與自行車的綜合優(yōu)勢輕便、無污染、低噪音且價(jià)格較為低廉，它無疑將最有希望首先替代傳統(tǒng)的交通工具，成為私人交通工具的重要組成部分。這是一個(gè)極其巨大的市場，尤其在人口居各大洲首位的亞洲。從70年代起，我國電動車輛的研究開發(fā)便一直在進(jìn)行，到1993年，己被確定為國家十大重點(diǎn)科技工程，并制定了電動汽車的發(fā)展目標(biāo)。而與汽車相比，靈活方便的中短途個(gè)人交通工具，如自行車、助動車和摩托車等，在全球依然占據(jù)絕大多數(shù)。全世界每天在役的自行車約為10億輛，每年有1億輛新自行車進(jìn)入市場。實(shí)際上，全球的電動車輛工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展最快的也是電動自行車、電動助動車和電動摩托車等一類小型電動車輛。電動自行車與燃油機(jī)車相比較，它具有突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）無污染：電動自行車是以蓄電池發(fā)出的電能作為驅(qū)動能源，以電動機(jī)作為動力，運(yùn)行過程中沒有廢氣排放因此和摩托車、燃油助動車相比，沒有污染。（2）低噪音、振動?。弘妱幼孕熊囀怯呻妱訖C(jī)驅(qū)動的，電動機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音比較小，運(yùn)行比較平穩(wěn)。而摩托車、燃油助動車是由燃油發(fā)動機(jī)驅(qū)動，其汽缸產(chǎn)生的噪音比較大，由于受到體積限制，其發(fā)電機(jī)的缸數(shù)較少，運(yùn)行時(shí)不夠平穩(wěn)，振動較大。（3）最高時(shí)速20公里，行駛安全：摩托車、燃油助動車的速度快，在機(jī)動車道上行駛，事故率較高而電動自行車，國家強(qiáng)制性規(guī)定（國標(biāo)GB17761－1999）其速度不能超過20km/h，并且電動自行車一般不能在機(jī)動車道上行駛，因此相比之下安全很多。（4）效率高：摩托車、燃油助動車的效率一般只有30％左右，而電動自行車的效率可以達(dá)到70％以上。（5）結(jié)構(gòu)簡單、輕便，易維護(hù)、維修：電動自行車一般是有蓄電池、控制板、電機(jī)和車身組成；蓄電池用的是免維護(hù)的，電機(jī)的故障率較低，基本上不要維護(hù)，控制板由于現(xiàn)代的電力電子技術(shù)比較成熟，損壞率也比較低，另外電動自行車沒有機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕，因此相比摩托車、燃油助動車來說，其日常的維護(hù)、維修量少得多。正是由于以上原因，電動自行車逐漸受到人們的歡迎。國內(nèi)外電動自行車發(fā)展概況八十年代至今，電動車的相關(guān)技術(shù)如電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、電機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展為其開發(fā)研制提供了良好的條件。以歐、美、日為代表的發(fā)達(dá)國家的科研機(jī)構(gòu)、車輛公司在政府的支持下紛紛投巨資開始研制，并成功推出了一批性能良好的概念車。預(yù)計(jì)未來3至4年內(nèi)，電動自行車將成為歐洲自行車商下一階段推出的主要產(chǎn)品，僅歐洲市場每年的銷量就可在300萬至400萬輛。歐盟委員會在歐洲10國贊助一項(xiàng)E－Tour計(jì)劃，推動電動車輛的發(fā)展，此計(jì)劃以電動自行車為主。通過將1300輛電動自行車發(fā)給大城市，藉此刺激歐洲大城市環(huán)保交通工具的使用。在美國，三大汽車集團(tuán)公司通用（GM）、福特（FORD）、戴姆克萊斯勒（CHRYSER）成為美國開發(fā)與推廣電動車的主力成員。在日本，商品化的電動自行車由日本雅馬哈公司率先于1994年推出，并隨著本田、三洋、松下等知名公司的參與，生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大。在國內(nèi)，電動自行車的生產(chǎn)與銷售也呈逐年上升趨勢。1998年我國電動自行車產(chǎn)量僅為5.45萬輛，1999年為12.6萬輛，2000年又翻一番多，達(dá)到27.6萬輛。據(jù)中國自行車協(xié)會預(yù)測，我國電動自行車高速增長期將一直持續(xù)到2010年，屆時(shí)我國電動自行車年產(chǎn)量將達(dá)100萬輛。目前，我國市場上國產(chǎn)電動自行車的品種規(guī)格較多，驅(qū)動多數(shù)用有刷或無刷的輪式直流電機(jī)，工作電壓為24V、36V或48V，功率在150W到400W之間；蓄電池一般用的是免維護(hù)鉛酸蓄電池，容量為12Ah，充電時(shí)間在3到8小時(shí)左右，充電一次行駛里程約80km左右；車速低于20km/h，爬坡能力在4度上下；車型有普通型和豪華型，車重約35kg，載重量約75kg，百公里耗電量1Kwh左右。無刷直流電動機(jī)控制器發(fā)展概述無刷直流電動機(jī)兼有直流電動機(jī)調(diào)整和起動性能好以及異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單無需維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，因而在高可靠性的電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方面，絕大多數(shù)場合數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已取代模擬調(diào)速系統(tǒng)。目前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案一種采用專用集成電路。這種方案可以降低設(shè)備投資，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。另一種是以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。這種方案可以編程控制，應(yīng)用范圍廣，且靈活方便。電機(jī)控制器是無刷直流電動機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能對各種輸入信號進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號；產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速對電機(jī)進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能；實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護(hù)功能?？刂破魇请妱幼孕熊嚨尿?qū)動系統(tǒng)，它是電動自行車的大腦。其主要作用是在保證電動自行車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護(hù)電機(jī)及蓄電池，以及降低電動自行車在受到破壞時(shí)的損傷程度。目前，市場上常用的電動自行車無刷直流電機(jī)控制器主要采用專用集成電路為主控芯片，像MOTOLORA、安森美公司研制的專用集成電路MC33035，其針對無刷電機(jī)的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內(nèi)，一般該類控制器稱為模擬式控制器，其工作原理是用電子裝置代替電刷控制電機(jī)線圈電流換向，根據(jù)電機(jī)內(nèi)的位置傳感器（霍爾傳感器）信號，決定換相的順序和時(shí)間，從而決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。附錄河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE16第1章電動自行車結(jié)構(gòu)和性能分析電動自行車是集蓄電池技術(shù)、電力電子技術(shù)、電動機(jī)技術(shù)和精密傳動技術(shù)于一體的新型特種自行車，因其無污染、低噪音、低能耗、占道少、方便快捷等特點(diǎn)而成為國際上流行和大力推廣的綠色私人交通工具。電動自行車有五大部件組成，即：電機(jī)、控制器、電池、充電器和車架?，F(xiàn)在市場上的電動自行車多種多樣，常見的樣式很多，如圖1-1所示。圖1-1常見的電動車外形§1.1電動自行車的結(jié)構(gòu)組成電動自行車一般由動力部分、傳動部分、行車部分、操縱制動部分、電氣儀表部分組成。（1）動力部分電動自行車的動力部分通常由蓄電池和電機(jī)構(gòu)成，是電動自行車的動力來源。其性能的好壞，直接影響電動自行車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。（2）傳動部分電動自行車傳動部分的作用是將動力部分輸出的功率傳遞給驅(qū)動輪，驅(qū)使電動自行車行駛。通過變速器或調(diào)速器，使電動自行車獲得行駛所需要的驅(qū)動力和速度，并保證電動自行車的平穩(wěn)起步和停車。它由變速器、后傳動裝置組成。（3）行車部分行車部分的作用是使電動自行車構(gòu)成一個(gè)整體，支撐全車的總重量，將傳動部分傳遞的扭矩轉(zhuǎn)換成驅(qū)使電動自行車行駛的牽引力，同時(shí)承受吸收和傳遞路面作用于車輪上的各種反力，確保電動自行車正常、安全行駛。它主要由車架、前減震器、前后輪、座墊等組成。（4）操縱制動部分操縱制動部分的作用是直接控制行車方向、行駛速度、制動等，以確保電動自行車行駛安全。它由車把、制動裝置、調(diào)速手把等組成。（5）電氣儀表部分電氣儀表裝置是保證車輛安全行駛并反映車輛運(yùn)動狀態(tài)的主要裝置，它使騎行者能正確、有效地對車輛行駛適時(shí)地進(jìn)行控制。它由數(shù)據(jù)顯示裝置、充電器等組成.§1.2電動自行車驅(qū)動電機(jī)分析§1.2.1電動自行車驅(qū)動電機(jī)的發(fā)展電機(jī)是電動自行車的關(guān)鍵部件，為使電動自行車有良好的使用性能，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有寬調(diào)速范圍、高轉(zhuǎn)速和足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。此外，由于電動自行車的驅(qū)動電機(jī)是車載形式運(yùn)行的，這要求電機(jī)體積小、重量輕、效率高、且具有較好的能量回饋性能。永磁有刷直流電動機(jī)是發(fā)展歷史最悠久的電機(jī)，它的制造水平早己達(dá)到了成熟階段，且具有較高的運(yùn)行可靠性、良好的調(diào)速性能、較大的過載能力和簡單的控制方法，因而在早期被廣泛采用。但是直流機(jī)的體積和重量都較大，噪音也大，它采用電刷和換向器進(jìn)行電流換相，會產(chǎn)生電火花，而且碳刷容易磨損、損壞，增大維護(hù)、維修難度、增加使用成本。在工業(yè)中大量應(yīng)用的交流異步電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，卻有著調(diào)速精度不高的問題，交流同步電機(jī)也存在著控制復(fù)雜的缺點(diǎn)。稀土永磁無刷直流電機(jī)是近年發(fā)展起來的一類電機(jī)，由于電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，微機(jī)和稀土永磁材料的發(fā)展為無刷直流電機(jī)的研究奠定了基礎(chǔ)。目前無刷直流電機(jī)的發(fā)展已經(jīng)和大功率開關(guān)器件、專用集成電路、稀土永磁材料、微機(jī)、新型控制理論及電機(jī)理論的發(fā)展緊密結(jié)合，顯示出廣泛的應(yīng)用前景和強(qiáng)大的生命力。與其它電機(jī)相比它具有幾個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)：（1）永磁無刷直流電機(jī)沒有電刷、而是利用電子換相，故克服了任何由電刷引起的問題。（2）永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上、電樞繞組裝在定子上，故導(dǎo)熱性能好，產(chǎn)生的熱量更容易散發(fā)出去；結(jié)構(gòu)也變得簡單，并且節(jié)省了空間使其磁場損失也得到了減少。（3）它的效率與轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)保持同步關(guān)系，不會發(fā)生失步、震蕩等現(xiàn)象，在節(jié)約能量方面也有明顯優(yōu)勢。從電動自行車的性能要求看，無刷直流電機(jī)即具有直流電機(jī)動態(tài)特性好、調(diào)速性能優(yōu)良的特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，且電磁轉(zhuǎn)矩大、脈動小從結(jié)構(gòu)要求看，這類電機(jī)軸向尺寸短，鐵心外徑較大，結(jié)構(gòu)上為扁平式，可方便的安裝在自行車的后輪軸上，在其工作時(shí)力矩直接加到后輪上，不工作時(shí)可像普通自行車那樣人工騎行，因此近幾年無刷直流電機(jī)在電動自行車中的應(yīng)用處于上升趨勢[1]。§1.2.2無刷直流電動機(jī)（BLDCM）構(gòu)成與工作原理無刷直流電動機(jī)，英文名稱：BrushlessDirectCurrentMotor，簡稱BLDCM。一般的永磁式直流電動機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要作用是在電動機(jī)氣隙中建立磁場，其電樞繞組通電后產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁場，由電力電子逆變器供給電樞繞組的電流并不是正弦波，而是120°的方波，因而三相合成磁動勢不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是跳躍式的步進(jìn)磁動勢，它和恒速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁動勢產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩除了平均轉(zhuǎn)矩之外，還有脈動分量。由于電力電子逆變器的換向作用，使得這兩個(gè)磁場的方向在電動機(jī)運(yùn)動的過程中始終保持一定的角度，從而產(chǎn)生最大平均轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動電動機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，與直流有刷電動機(jī)不同，直流無刷電動機(jī)的電樞轉(zhuǎn)一圈，定子繞組只換相6次，每個(gè)極換相三次，相當(dāng)于只有三個(gè)換向片的直流電動機(jī)[2]。電子換向逆變器主電路如下頁圖1-2所示，AA′，BB′，CC′代表直流無刷電動機(jī)三相定子繞組，采用Y型連結(jié)，逆變器為兩兩通電方式，120°導(dǎo)電型。圖1-2逆變器主電路首先假設(shè)轉(zhuǎn)子處于圖1-3（a）的位置，若此時(shí)使V3，V4導(dǎo)通，則電流從B端流入，A端流出，定子磁動勢為。如圖1-3（a）示，在的作用下，轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)到圖1－3（b）的位置，若此時(shí)使V4，V5導(dǎo)通，則電流從C端流入，A端流出，定子磁動勢為，在的作用下，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，依次類推，如果每隔60°電角度順序使V5和V6，V1和V6，V1和V2，V3和V2兩兩導(dǎo)通。即可使定子磁動勢分別如下頁圖1-3（c）、圖1-3（d）、圖1-3（e）、圖1-3（f）所示，從而形成旋轉(zhuǎn)磁動勢，在這個(gè)磁動勢的作用下，轉(zhuǎn)子也會隨之旋轉(zhuǎn)，如果使開關(guān)管反復(fù)按上述規(guī)律導(dǎo)通，即可使轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，且定子磁動勢總是超前于轉(zhuǎn)子磁極軸線角度60°-120°之間。其各相繞組導(dǎo)通示意圖如下頁圖1-4所示。由上述的分析可見，要使直流無刷電動機(jī)正確的換相運(yùn)行，必須知道圖1-3所示的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置，六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置即對應(yīng)著直流無刷電動機(jī)的反電動勢的過零點(diǎn)后的30電角度處。B＇B＇圖1-3無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行原理圖如果是有位置傳感器直流無刷電動機(jī)，則可以通過傳感器來直接獲得轉(zhuǎn)子的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置的信息，如果是無位置傳感器無刷直流電動機(jī)，則需要通過其他方法，例如利用直流無刷電動機(jī)的三相定子繞組的反電勢，直接或間接的獲得轉(zhuǎn)子位置信息[3]。圖1-4各相繞組導(dǎo)通示意圖§1.2.3有位置傳感器BLDCM控制原理無位置傳感器的無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)，程序算法較復(fù)雜，且不適于應(yīng)用在低速及啟動狀態(tài)，目前絕大部分BLDCM控制系統(tǒng)仍然采用位置傳感器。在種類眾多的位置傳感器中，霍爾元件以價(jià)格低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn)被大量應(yīng)用。有位置傳感器的直流無刷電機(jī)主要由電動機(jī)的本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三個(gè)部分組成，其原理框圖如圖1-5所示。圖1-5有位置傳感器的直流無刷電機(jī)原理框圖在有位置傳感器的直流無刷電機(jī)中的電流換向主要是通過位置傳感器測得轉(zhuǎn)子位置，就可以確定功率開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)閉，其結(jié)構(gòu)原理圖如下頁圖1-6所示，位置傳感器是由六只光電器件P1，P1′，P2，P2′，P3，P3′組成，位置各相差60°，均勻分布在電機(jī)的一端，借助安裝在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板(或稱截光器)的作用，使得光線從光源依次照射在各個(gè)光電器上，并依照某光電器是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子的位置。當(dāng)某光電器被光照射到時(shí)，它所連接的功率開關(guān)器件就導(dǎo)通，當(dāng)某光電器沒有被光照射到時(shí)，它所連接的功率開關(guān)器件就關(guān)閉。下頁圖1-6中旋轉(zhuǎn)遮光板所在位置，光電器P2，Pl被光照射到，它所連接的V3，V4導(dǎo)通，其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置和繞組產(chǎn)生的磁動勢Fa如圖1-3(a)所示；當(dāng)電機(jī)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)，光電器依次是P1′，P3，P3，P2′，P2′，Pl，P1，P3′，P3′，P2被光照射到使得它。它們所對應(yīng)連接的功率開關(guān)器件V4，V5，V5，V6，V6，V1，V1，V2，V2，V3依次導(dǎo)通，其所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置和繞組產(chǎn)生的磁動勢Fa分別如圖1-3(b)，1-3(c)，1-3(d)，1-3(e)，1-3(f)所示，從而實(shí)現(xiàn)直流無刷電機(jī)的換向。圖1-6有位置傳感器無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖§1.2.4無位置傳感器BLDCM控制原理有位置傳感器的直流無刷電機(jī)的換向主要靠位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的位置，確定功率開關(guān)器件的導(dǎo)通順序來實(shí)現(xiàn)的，由于安裝位置傳感器增大了電機(jī)的體積，同時(shí)安裝位置傳感器的位置精度要求比較高，帶來安裝的難度；因此人們在研究過程中發(fā)現(xiàn)，可利用電子線路替代位置傳感器檢測電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的反電勢來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，實(shí)現(xiàn)換向。從而出現(xiàn)了無位置傳感器的直流無刷電機(jī)，其原理框圖如圖1-7所示。圖1-7無位置傳感器的直流無刷電機(jī)原理框圖由圖1-3無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行原理圖可知，當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行過程中，總有一相繞組沒有導(dǎo)通，此時(shí)可以在該相繞組的端口檢測到該繞組產(chǎn)生的反電勢，該反電勢在60的電角度是連續(xù)的，由于電機(jī)的規(guī)格、制造工藝的差異，導(dǎo)致相同電角度的反電勢值是不同，若要通過測反電勢的數(shù)值來確定轉(zhuǎn)子的位置，難度極大，因此必須找到該反電勢與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系，就能確定轉(zhuǎn)子的位置。從圖1-8中可以看出，反電勢在60的電角度過程中總有一次經(jīng)過坐標(biāo)軸(過零點(diǎn))，而此點(diǎn)的電角度和下一次換向點(diǎn)的電角度正好相差30°，故可以通過檢測反電勢過零點(diǎn)，再延時(shí)30°換向。以圖1-3為例，假設(shè)轉(zhuǎn)子在圖1-3(a)所示的位置為0電角度，V3，V4導(dǎo)通，A-A′相、B-B′相有外加電壓，C-C′相的產(chǎn)生的反電勢如圖2-7；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，和磁動勢Fa相垂直，C-C′相產(chǎn)生的反電勢正好過零點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子再旋轉(zhuǎn)30°時(shí)（即檢測到反電勢過零點(diǎn)再延時(shí)30°），到圖1-3(b)所示的位置，此時(shí)使V4，V5導(dǎo)通，V3關(guān)閉，讓A-A′相、C-C′相有外加電壓，B-B’相沒有外加電壓，可以檢測B-B′相產(chǎn)生的反電勢，經(jīng)過零點(diǎn)再延時(shí)30°，讓V5、V6導(dǎo)通，V4關(guān)閉，依次類推，可以實(shí)現(xiàn)無位置傳感器直流無刷電機(jī)的換向。圖1-8各電機(jī)運(yùn)行時(shí)各相產(chǎn)生的反電勢示意圖當(dāng)然檢測無位置傳感器直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，不止通過反電動勢這一種方法，還有續(xù)流二極管法、電感法、定子三次諧波法、電流法等很多方法，這里將不再贅述。我們采用的是有傳感器的BLDCM控制器?！?.3電動自行車轉(zhuǎn)矩分析電動自行車作為交通工具，在行駛過程中經(jīng)常會遇到上坡或下坡，在衡量電動自行車性能時(shí)，其中有一項(xiàng)重要指標(biāo)就是爬坡性能，也就是電動自行車的轉(zhuǎn)矩性能。而電動自行車的驅(qū)動力主要來自于電機(jī)，因此電動自行車電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大小直接影響電動自行車爬坡性能的好壞。為了方便起見，假定（1）電動自行車自重35Kg，載重75Kg，前后車輪直徑為0.6lm；（2）電動自行車的效率為70%，電機(jī)功率為180w；（3）路面平坦、無風(fēng)時(shí)最大速度為20km/h。當(dāng)電動自行車在水平路面以最大速度行駛時(shí)，由公式P=F*V可得電動自行車的推動力F=P/V=18.9N，那么電動自行車的轉(zhuǎn)矩T=F*R=5.76NM，即電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)為5.76NM。當(dāng)電動自行車在上坡路(坡面角為a時(shí))面上行駛時(shí)，電動自行車的推動力=水平路面上行駛時(shí)的推動力+載重和車重沿坡面的分量，即：Fu=(M1＋M2)gsinα+F=1078*sinα+18.9而Vu=p/Fu=126/(1078*sinα+18.9)當(dāng)α=1時(shí)，Vu=3.34M/S=12.03Km/h；當(dāng)α=2時(shí)，Vu=8.03Km/h;因?yàn)槌鞘械缆返钠露纫话悴怀^4°，由上面的計(jì)算可見，隨著路面坡度的增加，電動自行車在輸出功率不變的情況下其最大速度在迅速減小，這給用戶的使用帶來了不便。為了解決這個(gè)問題，一方面，電動自行車在上坡時(shí)對其施加外力(如用腳踩電動自行車的腳蹬)來增大轉(zhuǎn)矩，提高速度；另一方面，在選用電動自行車的驅(qū)動電機(jī)時(shí)，不僅要考慮到電機(jī)的功率，而且要考慮到電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使用大功率或輸出轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)，也可以解決電動自行車上坡時(shí)遇到的問題[5]。REF_Ref168484390\r\h錯(cuò)誤！未找到引用源。REF_Ref168484424\h錯(cuò)誤！未找到引用源。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE6PAGE17第2章電動自行車控制器單元電路分析§2.1有刷電機(jī)控制器單元電路§2.1.1直流電機(jī)調(diào)速原理 電動自行車、電動摩托車一般都使用直流電機(jī)，對直流電機(jī)調(diào)速方法如圖2-1所示普遍采用的圖2-1（a）所示方法，學(xué)名叫脈寬調(diào)制，簡稱PWM。通過反復(fù)接通、斷開開關(guān)K進(jìn)行調(diào)速。K平均接通時(shí)間長，即開關(guān)導(dǎo)通比大，轉(zhuǎn)速高；K平均接通時(shí)間短，就是導(dǎo)通比小，轉(zhuǎn)速降低。導(dǎo)通比可用下述公式表示：K=Ton/(Ton+Toff)式中總周期T不變，K為占空比，Ton為導(dǎo)通時(shí)間，Toff為截止時(shí)間。K的最大值是“1”，最小值是“0”。在這里，占空比也可叫導(dǎo)通比。圖2-1（a）中的開關(guān)K，實(shí)際是大功率場效應(yīng)管VDMOS,參見圖2-1(b)所示，場效應(yīng)管的導(dǎo)通相當(dāng)于K閉合，截止相當(dāng)于K關(guān)斷，場效應(yīng)管VDMOS的導(dǎo)通比可以通過一系列電路實(shí)現(xiàn)。通過加到VDMOS柵極脈沖占空比控制轉(zhuǎn)速，這就是速度控制器原理，速度控制器簡稱控制器。等效功率場效應(yīng)管等效功率場效應(yīng)管(a)開關(guān)調(diào)速(b)電子開關(guān)調(diào)速PWM圖2-1直流電機(jī)調(diào)速方法反復(fù)周期T按動開關(guān)也能調(diào)速，開關(guān)閉合Kon，開關(guān)打開Koff，T=Kon+Koff，電機(jī)M得電時(shí)間率叫占空比，顯然占空比大，電機(jī)M得電多，轉(zhuǎn)速快，占空比小，電機(jī)M得電少，轉(zhuǎn)速低。占空比=Kon/(Kon+Koff)用功率場效應(yīng)管取代K，在柵極加上驅(qū)動，當(dāng)高電平時(shí)，效應(yīng)管導(dǎo)通，相當(dāng)于K閉合，當(dāng)驅(qū)動為低電平時(shí)，場效應(yīng)管截止，相當(dāng)于開關(guān)K打開截止。場效應(yīng)管的驅(qū)動信號由電子電路產(chǎn)生，是一串脈沖，脈沖寬度可調(diào)，場效應(yīng)管導(dǎo)通占空比受控可變，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速[6]。§2.1.2有刷速度調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖2-2(a)所示是有刷調(diào)速控制器的基本結(jié)構(gòu)，其核心是脈寬調(diào)制（PWM）,輸入端為兩個(gè)信號，一個(gè)是幅度不變的三角波，一個(gè)是代表速度轉(zhuǎn)變位置的浮動電壓，輸出端為代表速度的占空比不同的控制脈沖，這些脈沖經(jīng)驅(qū)動電路加到功率開關(guān)VDMOS柵極。（a）有刷控制器速度控制基本結(jié)構(gòu)（b）分立元件有刷控制器圖2-2有刷控制器結(jié)構(gòu)圖2-2（b）所示的是一個(gè)相對比較完善的控制器結(jié)構(gòu)圖，具備電瓶欠壓保護(hù)、電機(jī)過流保護(hù)、剎車斷電、速度限制等，還可以加上電量顯示等添花的功能。一些用于開關(guān)電源的脈寬調(diào)制專用芯片，例如TL494,它內(nèi)部集成了振蕩器、PWM產(chǎn)生、驅(qū)動電路等，因此，也被廣泛用于有刷控制器中?！?.1.3調(diào)速把電動車調(diào)速把主要有兩大類：光電類和霍爾類。光電類基本被淘汰了，但是有取材容易，造價(jià)低廉，可以自制等優(yōu)點(diǎn)。光電調(diào)速把光電速度把的內(nèi)部主要由發(fā)光二極管、NPN光電接收三極管、透明度逐漸變化的膠片等構(gòu)造。其工作原理是：發(fā)光二極管正對光電接收三極管，中間隔著透明度逐漸變化的膠片，改變膠片的位置，光電三極管接收到的是來自發(fā)光二極管的光強(qiáng)度逐漸變化。光電二極管的導(dǎo)通受光強(qiáng)控制，受光越強(qiáng)導(dǎo)通越好，反映在光電接收三極管的集電極負(fù)載電阻上的電壓降就會變化，速度輸出信號一般是（4V-1V）高變低型的。三友有刷控制器光電調(diào)速把構(gòu)造見圖2-3所示，速度把通過鋼絲繩牽動一個(gè)薄鋼片，上面有個(gè)“人”字形夾縫，靠它改變透光多少，速度輸出信號是（4V-1V）高變低型的，發(fā)光二極管和光電接收三極管分別用屏蔽線接到速度控制器。（a）外形(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(c)連線圖2-3三友有刷控制器光電調(diào)速把霍爾調(diào)速把霍爾轉(zhuǎn)把是利用霍爾效應(yīng)結(jié)合集成電路制成的，霍爾原理是如圖2-4導(dǎo)片在磁場中并且平行于磁力線，當(dāng)轉(zhuǎn)把不運(yùn)動時(shí)由霍爾原理可得a1、b1電位相等，此時(shí)輸出端電壓為0，但當(dāng)受到外力旋轉(zhuǎn)運(yùn)動就會切割磁力線，并應(yīng)霍爾效應(yīng)而使a1、b1兩點(diǎn)的電位發(fā)生變化，而產(chǎn)生輸出電壓（即ａ.ｂ兩端的電壓增大），且此電壓因轉(zhuǎn)把的位置變化度的大小而決定輸出電壓的大小變化，在控制電路中利用此電壓來控制調(diào)速。圖2-４霍爾調(diào)速把原理霍爾調(diào)速把，是利用霍爾效應(yīng)結(jié)合集成電路制作的，它有三條引線，一條接+5V，一條接信號線，一條電源（和信號的公共）地。常見的霍爾調(diào)速把有兩種：一種是輸出信號由低變高型，另一種是是輸出信號由高變低型。所謂信號有低變高型是指，慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號線對地電壓由起始1V逐漸上升到4V左右。而輸出信號有高變低型的相反，慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號線對地電壓由起始4V左右逐漸下降到1V左右。這兩種可以互相改變，方法是打開轉(zhuǎn)把，將每塊磁鐵極性顛倒后，用膠重新固定。需要注意，采用兩塊磁鐵是同極性相對，不能裝錯(cuò)?；魻査俣劝岩娤马搱D2-5所示。地速度地速度信號（a）霍爾調(diào)速把實(shí)物（b）霍爾調(diào)速把電路圖符號圖2-5霍爾調(diào)速把霍爾調(diào)速把常見的故障是磁鐵脫落或退磁，還有的是復(fù)位彈簧折斷?；魻柶骷容^嬌氣，使用中力戒供電電源過高（嚴(yán)格在6V以內(nèi)）和防止高溫工作?；魻栒{(diào)速把內(nèi)部常使用三端線性UGN3501T霍爾器件，在用5V供電是，靜態(tài)電流小于8mA，電壓稍高于5V，電流就會大于10mA。如果供電超過6V，霍爾器件的電流、溫度都會快速上升，此時(shí)霍爾器件容易損壞?；魻栒{(diào)速把有三條引線，廠家不同，顏色也不同。常見的引線分布有如下四種，見表2-1所示。表2-1霍爾調(diào)速把常見的引線分布常見引線：+5V紅紅紅紅速度信號綠藍(lán)黑綠地黑黑黃黃光電速度把和霍爾速度把可以互換。早期光電型的速度把，也是無觸點(diǎn)型的，D是發(fā)光二極管，R1是它的限流電阻。T是光電三極管，R2是T的負(fù)載電阻。加電后D始終發(fā)光，如果光照到光電三極管T，T就導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光的強(qiáng)度有關(guān)。光越強(qiáng)，T導(dǎo)通越好，負(fù)載電阻R2上的壓降越大，速度信號電壓越低。在D和T之間有個(gè)遮光片，早期是由逐漸透明的膠片制成的，現(xiàn)在是一個(gè)不透明的金屬片制成，金屬片上面開有一個(gè)“人”字形的夾縫。改變遮光片的位置，就改變了光電三極管受光強(qiáng)度，也就改變了速度信號電壓的高低?；魻査俣劝烟鎿Q光電速度把的方法，需要一個(gè)+5V穩(wěn)壓電源，本控制器需要的霍爾速度把是高變低的那種[11]。§2.1.4限速電路國家對電動車速度限制為20Km/h。廠家在制造有刷控制器時(shí)，設(shè)計(jì)了限速電路，圖2-6所示就是常使用的一種?；魻栒{(diào)速轉(zhuǎn)把的速度信號電壓V1由電阻R1和R2、R3分壓后，變?yōu)閂2才送到PWM。送到PWM的最高電壓對應(yīng)車子的最高速度，該電路限速功能由短路線L控制：L接上，R3和R2并聯(lián)，再和R1串聯(lián)，使送到PWM的最高電壓較低；不接這條線，僅R1、R2起作用，送到PWM的最高電壓較高。拔掉短路線L，車速增加，但安全系數(shù)下降，續(xù)行里程變小，電瓶壽命短[12]。圖2-6典型速度限制電路之一拔掉速度短接線，R3不起作用，到達(dá)PWM轉(zhuǎn)速信號為：V2=（R2*V1）/（R1+R2）裝上速度短接線，R3和R2并聯(lián)，使到達(dá)PWM轉(zhuǎn)速信號減小為：V2=（R2*V1）/[R1+R2+（R1*R2）/R3]§2.1.5電瓶電量顯示電路圖2-7電平電量顯示電路圖2-7中所示的電瓶電量顯示電路，由A，B，C，D四個(gè)電壓比較器組成。R3-R7五組電阻串聯(lián)對12V分壓，產(chǎn)生V4，V6，V8，V10四個(gè)基準(zhǔn)比較電位，每個(gè)值不同，V4>V6>V8>V10。電瓶電壓經(jīng)R8、W、R9分壓，產(chǎn)生的V9同時(shí)加到四個(gè)電壓比較器的同相端，V9是個(gè)變量，保持和電瓶電壓成固定比例，當(dāng)電瓶電量充足時(shí)，V9>V4>V6>V8>V10，發(fā)光管全亮，當(dāng)電瓶下降是，電瓶端電壓會下降，電量下降越多，電瓶電壓下降越多，V9反映電瓶電壓，也隨之下降。當(dāng)V4>V9>V6>V8>V10時(shí)，比較器A會翻轉(zhuǎn)，對應(yīng)發(fā)光管LED5熄滅；電瓶端電壓繼續(xù)下降，相應(yīng)電壓比較器會依次翻轉(zhuǎn)，對應(yīng)發(fā)光管依次熄滅。提醒騎車人注意：電壓反映電量的方法雖不精密，但是電路結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用?！?.1.6防飛車電路通電，電機(jī)就飛轉(zhuǎn)，習(xí)慣叫飛車，通常是功率管VDMOS擊穿（DS短路）。為了防止這種現(xiàn)象，可以加上防飛車電路。這里，介紹采用繼電器的防飛車電路。判斷是否飛車的依據(jù)：在霍爾調(diào)速把輸出很小，即轉(zhuǎn)把沒加速的時(shí)候，功率VDMOS管漏極D應(yīng)該是高電位；如果是低電位，那就是功率管（DS短路），加電就會飛車。在電源通向電機(jī)處串聯(lián)繼電器（接觸器）一組觸點(diǎn)，判斷是否飛車，可通過繼電器這組觸點(diǎn)，切斷給電機(jī)供電的通路，使電機(jī)不轉(zhuǎn)。如果不飛車，則接通繼電器這組觸點(diǎn)，轉(zhuǎn)動霍爾調(diào)速把正常加速，電機(jī)就會受控旋轉(zhuǎn)。全面利用檢測功率管VDMOS漏極電位和霍爾調(diào)速把輸出信號電位的方法，制作的防飛車電路較理想，繼電器動作不頻繁，壽命長。圖2-8防飛車電路圖帶防飛車功能的有刷控制器電路框圖，它是利用繼電器常閉觸點(diǎn)控制電機(jī)能否得電。圖中1為開關(guān)漏極D電位檢測，2為霍兒轉(zhuǎn)把電位檢測。保護(hù)動作過程：1、2全低電位時(shí)，判為飛車，繼電器吸合線圈得電，常閉觸點(diǎn)斷開，電機(jī)失電。常見的防飛車控制器比較簡單，僅僅使用了霍爾調(diào)速把轉(zhuǎn)速輸出信號電位控制，信號電位低時(shí)，繼電器這組觸點(diǎn)斷開，信號電位升高到一定值時(shí)，繼電器這組觸點(diǎn)才開始接通。貨運(yùn)三輪的更簡單，電源串聯(lián)一只手動開關(guān)，出現(xiàn)飛車就將其斷開防止事故?！?.1.7速度顯示電路目前，速度顯示有三類：第一類比較準(zhǔn)確，速度取樣一般用霍爾速度傳感器。在車輻條適當(dāng)位置裝一塊磁鐵，在對應(yīng)車叉子部位裝一只開關(guān)器件，車輪轉(zhuǎn)動一圈，霍爾開關(guān)送出一個(gè)脈沖，單片機(jī)根據(jù)車輪直徑和單位時(shí)間脈沖數(shù)計(jì)算出速度，由LCD顯示。第二類誤差大，常見的是根據(jù)電機(jī)兩端電壓顯示速度；也有的根據(jù)速度轉(zhuǎn)把輸出的信號電壓顯示速度。第三類顯示比較精確，不需要電路，采用燃油摩托車機(jī)械式速度里程表，在前輪裝了一套齒輪，通過軟軸將轉(zhuǎn)動傳遞到速度表，帶動速度表內(nèi)一塊磁鐵旋轉(zhuǎn)，速度指針和一塊帶游絲的鋁盤連為一體，鋁盤在磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)因切割磁力線，鋁盤自身產(chǎn)生電流，該電流產(chǎn)生的磁力又和旋轉(zhuǎn)磁鐵相互作用帶動指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示速度。同時(shí)，軟軸還帶動間歇齒輪計(jì)數(shù)裝置顯示里程?！?.1.8巡航電路電動車在行駛過程中，必須始終保持手握調(diào)速手柄，一旦離開，調(diào)速轉(zhuǎn)把內(nèi)部的彈簧就會使轉(zhuǎn)把歸位到零速位置，采用巡航電路可以減小勞動強(qiáng)度。巡航電路就是記住當(dāng)時(shí)行駛速度對應(yīng)的調(diào)速轉(zhuǎn)把速度輸出信號的電壓值，用電路產(chǎn)生該值，并取代調(diào)速轉(zhuǎn)把對速度控制器進(jìn)行控制。采用單片機(jī)的控制器，通過程序就可以方便地實(shí)現(xiàn)巡航功能，無需改動電路。第3章標(biāo)題PAGE8PAGE27第3章無刷直流電機(jī)MC33035芯片及其工作原理MC33035無刷直流電機(jī)控制器采用雙極性模擬工藝制造，可在任何惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下保證高品質(zhì)和高穩(wěn)定性。該控制器內(nèi)含可用于正確整流時(shí)序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器，以及可對傳感器的溫度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娖?，同時(shí)它還具有一個(gè)頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個(gè)誤差信號放大器、一個(gè)脈沖調(diào)制器比較器、三個(gè)集電極開路頂端驅(qū)動輸出和三個(gè)非常適用于驅(qū)動功率場效應(yīng)管（MOSFET）的大電流圖騰柱式底部輸出器。此外，MC33035還有欠鎖定功能，同時(shí)帶有可選時(shí)間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流特性以及內(nèi)部熱關(guān)斷等特性。其典型的電機(jī)控制功能包括開環(huán)速度、正向或反向、以及運(yùn)行使能等[13]?！?.1MC33035芯片介紹MC33035有多種封裝,圖3.1介紹的是24腳雙向直列(DIP)封裝的管腳排列及功能定義:圖3-1MC33035的管腳排列圖MC33035的管腳排列如圖3-1所示，各引腳功能定義見表3-1。表3-1MC33035芯片管腳定義管腳編號符

號功能定義1，2，24BT，AT，CT三個(gè)集電極開路頂端驅(qū)動輸出，用于驅(qū)動外部上端功率開關(guān)晶體管3Fwd/Rev正向/反向輸入，用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向4，5，6SA,SB,SC三個(gè)傳感器輸入，用于控制整流序列7OutputEnable輸出使能，高電平有效。該腳為高電平時(shí)，可使電機(jī)轉(zhuǎn)動8ReferenceOutput此輸出為振蕩器定時(shí)電容CT提供充電電流，并為誤差放大器提供參考電壓，也可以向傳感器提供電源9CurrentSenseNoninvertingInput電流檢測同向輸入。在一個(gè)給定的振蕩器周期中，一個(gè)相對于管腳15為100mV的信號可中止輸出開關(guān)導(dǎo)通。通常此管腳連接到電流檢測的上端10Oscillator振蕩器引腳，振蕩頻率由定時(shí)元件RT和CT所選擇的參數(shù)值決定11ErrorAmpNoninvertingInput誤差信號放大器同向輸入。通常連接到速度設(shè)置電位器上12ErrorAmpInvertingInput誤差信號放大器反向輸入。在開環(huán)應(yīng)用情況下，此輸入通常連接到誤差放大器輸出端13ErrorAmpOut/PWMInput誤差放大器輸出/PWM輸入。在閉環(huán)應(yīng)用情況下，此管腳用作補(bǔ)償14FaultOutput故障輸出端。當(dāng)下列的任一或多個(gè)條件滿足時(shí)，集電極開路輸出端被觸發(fā)而變?yōu)榈?；無效的傳感器輸入碼，電流檢測超過100mV，低電壓鎖定或熱關(guān)斷15CurrentSenseInvertingInput電流檢測反向輸入端。用于給內(nèi)部100mV門限電壓提供參考地，該管腳通常連接到電流檢測電阻的底端16Gnd該管腳用于為控制電路提供一個(gè)分離的接地點(diǎn)，并可以作為參考返回到電源地17Vcc正電源。Vcc在10V～30V的范圍內(nèi)，控制器均可正常工作18Vc底部驅(qū)動輸出的高端電壓是由該管腳提供的，它的工作范圍從10V～30V19，20，21CB,BB,AB這三個(gè)圖騰柱式底部驅(qū)動輸出被設(shè)計(jì)用于直接驅(qū)動外部底部功率開關(guān)晶體管2260°/120°Select此管腳的電氣狀態(tài)可決定控制電路是工作在60°（高電平狀態(tài)）還是120°（低電平狀態(tài)）的傳感器電氣相位輸入狀態(tài)下23Brake輸出使能。該管腳為低時(shí)允許馬達(dá)運(yùn)行，為高時(shí)馬達(dá)運(yùn)行停止§3.2MC33035芯片工作原理無刷直流電機(jī)中的位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組的位置，并輸出霍爾信號到MC33035，使主控芯片MC33035在確定的相對位置上輸出六路控制信號，控制信號通過IR2103緩存，控制功率管在轉(zhuǎn)子的適當(dāng)位置導(dǎo)通或截止，從而控制各電樞繞組的電流，隨著轉(zhuǎn)子的位置改變按一定的順序進(jìn)行換流，從而保證每個(gè)磁極下電流方向不變，實(shí)現(xiàn)了沒有電刷的無接觸式換向。芯片MC33035內(nèi)部的轉(zhuǎn)子位置譯碼器主要用于監(jiān)控三個(gè)傳感器輸入，以便系統(tǒng)能夠正確提供高端和低端驅(qū)動輸入的正確時(shí)序。傳感器輸入可直接與集電極開路型霍爾效應(yīng)開關(guān)或者光電耦合器相連接。此外，該電路還內(nèi)含上拉電阻，其輸入與門限典型值為2.2V的TTL電平兼容。用MC33035系列產(chǎn)品控制的三相電機(jī)可在最常見的四種傳感器相位下工作。MC33035所提供的60度/120度選擇可使MC33035很方便地控制具有60度、120度、240度或300度的傳感器相位電機(jī)。其三個(gè)傳感器輸入有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置，另外兩種編碼組合無效。通過六個(gè)有效輸入編碼可使譯碼器在使用60度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。MC33035芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下頁圖所示。圖3-2MC33035芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖MC33035直流無刷電機(jī)控制器的正向/反向輸出可通過翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。當(dāng)輸入狀態(tài)改變時(shí)，指定的傳感器輸入編碼將從高電平變?yōu)榈碗娖?，從而改變整流時(shí)序，以使電機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)通/斷控制可由輸出使能來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)該管腳開路時(shí)，連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻將會啟動頂部和底部驅(qū)動輸出時(shí)序。而當(dāng)該腳接地時(shí)，頂端驅(qū)動輸出將關(guān)閉，并將底部驅(qū)動強(qiáng)制為低，從而使電動機(jī)停轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路：該電路將電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置傳感器信號轉(zhuǎn)換成六路驅(qū)動輸出信號，三路上側(cè)驅(qū)動輸出和三路下側(cè)驅(qū)動輸出。表3-2給出三個(gè)傳感器信號(相差120度)與上三路和下三路驅(qū)動輸出信號的邏輯關(guān)系。表3-2邏輯關(guān)系表SaSbScAtBtCtAbBbCb正轉(zhuǎn)100011001110101001010101100011110100001110010101011010反轉(zhuǎn)1001101001101100100100110100110110010011010011011011003腳轉(zhuǎn)向控制：當(dāng)3腳邏輯狀態(tài)改變時(shí)，傳感器信號在譯碼器內(nèi)將原來的邏輯狀態(tài)改變成非,再經(jīng)譯碼后，得到反相序的換向輸出，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。7腳起?？刂疲寒?dāng)7腳懸空時(shí)，內(nèi)部有40μA電源電流使驅(qū)動輸出電路正常工作；當(dāng)7腳接地，三個(gè)上側(cè)驅(qū)動輸出開路(1狀態(tài))，三個(gè)下側(cè)驅(qū)動輸出為低電平(0狀態(tài))，使電機(jī)失去激勵(lì)而停車，同時(shí)故障信號輸出為零。23腳制動控制：23腳懸空時(shí)為高電平(內(nèi)部電路保證)，電機(jī)進(jìn)行制動操作，它使三個(gè)上側(cè)驅(qū)動輸出開路，三個(gè)下側(cè)驅(qū)動輸出為高電平，外接逆變橋下側(cè)三個(gè)功率管開關(guān)導(dǎo)通，使電機(jī)三個(gè)繞組端對地短接，實(shí)現(xiàn)能耗制動。芯片內(nèi)部電路確保避免逆變橋上下開關(guān)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的危險(xiǎn)。23腳接地時(shí)，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。誤差放大器：該芯片內(nèi)部設(shè)有高性能、全補(bǔ)償?shù)恼`差放大器。在閉環(huán)速度控制時(shí)，該放大器的直流電壓增益為80dB，增益帶寬為0.6MHz，輸入共摸電壓范圍從地到VREF(典型值為6.25V)，可得到良好性能。鋸齒波振蕩器：內(nèi)部振蕩器震蕩頻率由外接定時(shí)組件Ct和Rt決定。每個(gè)周期由基準(zhǔn)電壓VREF(8腳)經(jīng)Rt向Ct充電，然后Ct上電荷通過內(nèi)部一晶體管迅速放電而形成鋸齒波振蕩信號，其波蜂和波谷分別是4.1V和1.5V。在本電路中，噪聲干擾并不是太嚴(yán)重，而過高頻率使場效應(yīng)管損耗嚴(yán)重，故采用的頻率比較低(6kHz)。脈寬調(diào)制器：除非由于過電流或故障狀態(tài)使六個(gè)驅(qū)動輸出閉鎖，在正常情況下，誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號比較后，產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號，控制三個(gè)下側(cè)驅(qū)動輸出，改變輸出脈沖寬度，相當(dāng)于改變供給電機(jī)繞組的平均電壓，從而速和轉(zhuǎn)矩控制其轉(zhuǎn)。脈寬調(diào)制時(shí)序如圖3-3所示。圖3-3脈寬調(diào)制時(shí)序圖電流限制控制：外接逆變橋經(jīng)電阻接地，作電流采樣。采樣電壓有9和15腳輸入至電流檢測比較器。比較器反相輸入端設(shè)置有100mV基準(zhǔn)電壓，作為電流限流基準(zhǔn)。欠電壓保護(hù)：內(nèi)設(shè)欠電壓保護(hù)電路，在下列情況下關(guān)閉驅(qū)動輸出:本芯片17腳電壓不足、18腳電壓不足(典型值低于9.1V)及內(nèi)部基準(zhǔn)電壓不足(典型值低于4.5V)，以保證芯片內(nèi)部全部工作正常和向下側(cè)驅(qū)動輸出提供足夠的驅(qū)動電壓。故障信號輸出：14腳是故障信號輸出端，表示下列情況之一：不正常的位置傳感器輸入狀態(tài)；電流檢測端輸入電壓大于100mV；三種欠電壓之一；內(nèi)部芯片過熱，典型值超過170°；使能端(7腳)為邏輯0狀態(tài)。驅(qū)動輸出：三個(gè)上側(cè)驅(qū)動輸出(1、2、24腳)是集電極開路NPN晶體管，吸入電流能力為50mA，耐壓為40V。三個(gè)下側(cè)驅(qū)動輸出(19、20、21腳)是推挽輸出，電流能力為100mA。MC33035中的誤差放大器、振蕩器、脈沖寬度調(diào)制、電流限制電路、片內(nèi)電壓參考、欠壓鎖定電路、驅(qū)動輸出電路以及熱關(guān)斷等電路的工作原理及操作方法涉及面寬廣[17]。結(jié)論畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4章基于MC33035芯片的電動自行車控制器電路§4.1基于MC33035芯片的無刷控制器電路圖4-1MC33035控制器框圖圖4-1是一個(gè)24V電動自行車用無刷控制器框圖。通過該圖可以大致了解無刷電機(jī)的工作流程。圖4-2是該控制器電路原理圖。原理圖中三只接在驅(qū)動專用芯片IR2103VCC（1腳）和VB（8腳）之間的二極管為隔離二極管，接在VB（8腳）和VS（6腳）之間的電容為自舉電容。Rs為電流取樣電阻，電機(jī)電流取樣經(jīng)R1，C1濾波后送IC1的9腳，在一個(gè)給定的振蕩器周期中，一個(gè)相對于管腳15為100mV的信號可中止輸出開關(guān)導(dǎo)通，Rs為0.1歐姆，因此限流為10A。無刷控制器電路中，自舉電容要使用優(yōu)質(zhì)損耗小的電容。濾波電容接線要靠近集成電路，這樣可以減小干擾。如果采用一點(diǎn)接地，可靠性會更高。圖4-2是美國安森美公司給出的無刷控制器典型應(yīng)用圖。圖中在無刷電機(jī)和MC33035之間，有個(gè)驅(qū)動電路，一般是典型的三相橋式輸出電路，上、下管均為VDMOS場效應(yīng)管。也有人認(rèn)為上管為P溝道場效應(yīng)管。由于大功率P溝道場效應(yīng)管價(jià)格昂貴，限制了應(yīng)用。國內(nèi)無刷控制器廠商在三相橋式輸出電路中，上管、下管全部采用了VDMOS場效應(yīng)管，驅(qū)動有的采用IR2103，有的IR2130，有的采用分立元件，由此派生出了多種版本無刷控制器。關(guān)鍵問題是，在上管導(dǎo)通時(shí)，漏極和源極電位近似等于電源正極電位，要保持上管導(dǎo)通，必須使上管柵極電位高于電源正極電位12V左右。IR2103和IR2130比較簡單，通過外接一只隔離二極管和一只自舉電容就解決了。當(dāng)下管導(dǎo)通上管截止時(shí)，隔離二極管導(dǎo)通，自舉電容充電，兩端電壓接近電源電壓；當(dāng)下管截止上管導(dǎo)通時(shí)，隔離二極管截止，自舉電容儲存的電荷給上管柵極供電，電位大大高于電源正極電位，使上管保持導(dǎo)通。圖4-224v無刷控制器（無刷專用芯片MC33035控制器線路圖）§4.2三相六步電機(jī)控制電路圖4-3三相六步電機(jī)控制電路圖4-3所示的三相應(yīng)用電路是具有全波六步驅(qū)動的一個(gè)開環(huán)電機(jī)控制器的電路連接圖。其中的功率開關(guān)三極管為達(dá)林頓PNP型，下部的功率開關(guān)三極管為N溝道功率MOSFET。由于每個(gè)器件均含有一個(gè)寄生箝位二極管，因而可以將定子電感能量返回的電源。其輸出能驅(qū)動三角型連接或星型連接的定子，如果使用分離電源，也能驅(qū)動中線接地的Y型連接。在任意給定的轉(zhuǎn)子位置，圖4-3所示的電路中都僅有一個(gè)頂部和底部功率開關(guān)（屬于不同的圖騰柱）有效。因此，通過合理配置可使定子繞組的兩端從電源切換到地，并可使電流為雙向或全波。由于前沿尖峰通常在電流波形中出現(xiàn)，并會導(dǎo)致限流錯(cuò)誤。因此，可通過在電流檢測輸入處串聯(lián)一個(gè)RC濾波器來抑制尖峰。同時(shí),Rs采用低感型電阻也有助于減小尖峰。§4.3有刷電機(jī)控制電路近三十年來針對異步電動機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無刷直流電動機(jī)必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。無刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性，同時(shí)也是頻率變化的裝置，所以又名直流變頻。國際通用名詞為BLDC。無刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。低速轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好，所以值得業(yè)界關(guān)注.該產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)超過55kW，可設(shè)計(jì)到400kW，可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動的需求。于M33035的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)具有電路簡單,價(jià)格經(jīng)濟(jì)，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)建議在電機(jī)控制精度要求不太高，功率要求不太大的情況下廣泛應(yīng)用。雖然MC33035是專為控制無刷直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的，但它也可以用來控制直流有刷型電機(jī)。MC33035通過驅(qū)動一個(gè)H型電四橋可用最少的器件來控制一個(gè)有刷電機(jī)。該控制的關(guān)鍵在于：要將輸入傳感器編碼為100，同時(shí)，在控制器正向/反向管腳為邏輯電平1時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)頂部到左Q1和底部到右Q3的驅(qū)動信號，而當(dāng)正向/反向管腳的邏輯電平為0時(shí)，則應(yīng)產(chǎn)生頂部到右Q4和底部到左Q2的驅(qū)動。該編碼可以保證H型驅(qū)動同時(shí)滿足方向和速度控制的要求。該控制器可在大約25kHz的脈寬調(diào)制頻率下正常工作。電機(jī)速度的控制可通過調(diào)節(jié)誤差放大器同相輸入端的電壓來輸入。而電機(jī)電流的逐周限流則可由檢測H型電橋電機(jī)電流并通過電阻Rs到地之間所產(chǎn)生的電壓（100mV門限）來實(shí)現(xiàn)。由于利用過流檢測電路可改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，因此，在工作時(shí)，使用正常的正向/反向切換不需要在變向前完全停止。在布線時(shí)，不要在繞接或插入式樣機(jī)板上構(gòu)建任何電機(jī)控制電路，采用高頻印制電路布線對防止脈沖抖動極為重要。通常由于在電流檢測傳感器或誤差信號放大器輸入端有過量噪聲。因此，印制電路布局應(yīng)該具有一個(gè)小電流信號和高驅(qū)動輸出緩沖地的接地面，并應(yīng)通過分開的通路返回到電源輸入濾波器電容上。在VCC、Vref和誤差放大器同向輸入端，是否需要在靠近集成電路的地方接一個(gè)瓷介電容（0.01μF），可視電路布局而定。但所有的大電流回路都應(yīng)盡可能短，并應(yīng)盡量使用粗銅線走線以降低EMI輻射。結(jié)論無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制問題是無刷直流電機(jī)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。我們通過查閱大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)，在理解無刷直流電動機(jī)的工作原理以及無刷直流電機(jī)的有傳感器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)了基于BLDCM的電動車用控制器。它以MC33035為控制核心，采用霍爾傳感器檢測作為電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的檢測方案。通過對本課題的研究，可得到如下結(jié)論：(1)本文提出的基于MC33035芯片控制的電動自行車控制器的設(shè)計(jì)方案是可行的，能實(shí)現(xiàn)快速、精確的調(diào)速，且系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，調(diào)試方便。(2)采用PWM斬波調(diào)壓控制能很好的控制電機(jī)的電流，可使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，且穩(wěn)態(tài)精度很高，誤差很小，電機(jī)起動，加速、減速和制動過程較快;實(shí)現(xiàn)了控制器既定的平穩(wěn)啟動、定速巡航等功能。進(jìn)一步研究的建議：隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用無傳感器控制技術(shù)的直流無刷電動機(jī)開始興起?？梢栽谝院蟮难芯恐衼矸治鲇懻撝绷鳠o刷電動機(jī)的無傳感器控制技術(shù)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式。致謝河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16PAGE45參考文獻(xiàn)于維順.無刷直流電動機(jī)驅(qū)動電路分析[J].江蘇機(jī)械制造與自動化，1998，6：33-35王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000王宏華.新型交流電動機(jī)及控制技術(shù)系列講座(3)永磁無刷電動機(jī)[J].機(jī)械制造與自動化，2004，33(3)：1-4王季秩.無刷電機(jī)的現(xiàn)在與將來[J].微特電機(jī)，1999，2：35-36何平.采用Si9979的無刷直流電動機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)[J].微特電機(jī)，2003，3：32-34何希才，姜余祥.電動機(jī)控制電路應(yīng)用實(shí)例[M].北京：中國電力出版社，2005李為民.采用專用集成電路的無刷電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2005，4：12-14肖本賢.小功率低成本的無刷直流電動機(jī)控制器研制[J].機(jī)電工程，2000，17：55-59張?zhí)?直流無刷電動機(jī)原理及應(yīng)用第2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：30-45張曼若.無刷直流電動機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用[J].西安：微電機(jī)，1995，28(1)：23-25陳隆昌，閻治安，劉新正.控制電機(jī)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.5郭宗文，伊烈，陳陽.霍爾直流電動機(jī)驅(qū)動控制電路[J].信息技術(shù)，2000，8：16-23譚建成.無刷直流電動機(jī)無傳感器控制集成電路[J].電機(jī)電器技術(shù)，2003，2：6-9TomonobuSenjyuNaomitsuUrasakiKatsumiUezato.VectorControlofBrushlessDCMotorUsingNeuralNetwork.IEEE,1997：1-3J.Katbab.BrushlessDCMotorCotrollerDesignBasedOnIR2130.In:IEEE1995.443～449ToshibaElectric,ToshibaICTA7245CPTC9142P,1999潘建,無刷直流電機(jī)控制器MC33035的原理及應(yīng)用.<<國外電子元器件>>2003年第08期期刊ISSN:1006-6977(2003)08-0038-04，中國電子電器網(wǎng)，中國ic網(wǎng)，中國電動車網(wǎng)致謝本次課題是在指導(dǎo)老師王宇炎老師的指導(dǎo)下完成的。在課題研究的過程中，王宇炎老師給予了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹笇?dǎo)，并提供了很多與該研究相關(guān)的重要信息，培養(yǎng)了我們對科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和創(chuàng)新精神。這將非常有利于我們今后的學(xué)習(xí)和工作。在此表示衷心的感謝！不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向電氣工程及其自動化系的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們?nèi)陙淼男燎谠耘?。在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的411室友們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我自己居然能夠承受得住漫長枯燥的論文生涯，使我對自己以后做事更有了信心。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!附錄本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE16附錄電動自行車主要技術(shù)參數(shù)電動自行車的幾個(gè)主要技術(shù)參數(shù)簡單介紹一下。車速：按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，電動自行車的速度不得大于20km/h。然而，目前大街上行駛的大部分電動自行車的速度都大于20km/h這個(gè)數(shù)值。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)有兩個(gè)方面的原因：一方面，消費(fèi)者普遍希望電動自行車的速度能夠快一些；另一方面，為了迎合消費(fèi)者的這種消費(fèi)心理，部分生產(chǎn)廠家給電動自行車安裝了限速器。限速器未拔下時(shí)，電動自行車的速度符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；限速器拔下后，電動自行車的速度就會變快，大于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。續(xù)行里程：在環(huán)境溫度25℃、無風(fēng)的情況下，使用充滿電的新電池，騎行者的體重在75kg左右，在二級公路上以最高車速連續(xù)均勻電動騎行至控制器的電量顯示為“欠壓”為止所行駛的距離。這是關(guān)于“續(xù)行里程”比較準(zhǔn)確的解釋。電動自行車?yán)m(xù)行里程的大小，主要是由蓄電池的額定容量的大小決定的。蓄電池的額定容量小，就會導(dǎo)致電動自行車的續(xù)行里程縮短。一般配用36伏12安·時(shí)優(yōu)質(zhì)電池的各名牌電動自行車的續(xù)行里程大約都標(biāo)稱為45-60公里，而有個(gè)別廠家的標(biāo)稱會上升至70-80公里，這有虛假宣傳的嫌疑。因?yàn)檫_(dá)到這種標(biāo)稱值表示其電機(jī)的效率要比名牌廠采用電機(jī)的效率提高了近40%。若某名牌廠生產(chǎn)的電機(jī)在上面描述的工作狀態(tài)時(shí)的效率為75%，則標(biāo)稱70-80公里的廠家的電機(jī)效率已達(dá)到了100%以上，這顯然是不可能的，這一點(diǎn)特別提醒廣大消費(fèi)者注意。在實(shí)際使用過程中，充足電到底能行駛多少公里？這與許多因素有關(guān)，與廠家有關(guān)的因素主要是電機(jī)的效率特性、蓄電池的容量和壽命特性，與其它客觀情況有關(guān)的因素為：騎行者的體重、經(jīng)常騎行的路面情況、是否需要經(jīng)常使用剎車、騎車人的騎行習(xí)慣如何等等。需要提醒消費(fèi)者注意的另一個(gè)問題是：電池容量是會隨著使用時(shí)間的增長逐步變小的，充足電可以行駛的距離也會隨之減少，當(dāng)舊電池的最大行駛距離不能滿足一天的交通需要時(shí)，就可以考慮將蓄電池送去維護(hù)或更換新電池。整車質(zhì)量相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電動自行車的整車質(zhì)量(重量)應(yīng)不大于40kg。通常情況下，所用蓄電池為三節(jié)電池的電動自行車的整車質(zhì)量在40kg左右；所用蓄電池為四節(jié)電池的電動自行車的整車質(zhì)量則超過了40kg這個(gè)數(shù)值，甚至達(dá)到了50kg以上。所用蓄電池為四節(jié)電池的電動自行車相對于電動自行車相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)而言，是一種較新的電動自行車產(chǎn)品，其最大的特點(diǎn)是：整車質(zhì)量大，續(xù)行里程長。電機(jī)最大輸出功率和最大輸出扭矩：電機(jī)最大輸出功率是衡量電動車輸出扭矩能力的關(guān)鍵指標(biāo)，一般各個(gè)電動車廠都會根據(jù)自身的技術(shù)水平設(shè)置一個(gè)最大工作電流，當(dāng)外在負(fù)載較大時(shí)，電動車的工作電流達(dá)到最大值，輸入功率也就達(dá)到最大值，例如，某電動車最大工作電流設(shè)置為12A，工作電壓為36V，則其最大的輸入功率就達(dá)到432W。再例如，某電動車的最大電流限制為15A，電壓也為36V，則最大輸入功率達(dá)到540W；顯然，有些電機(jī)在大電流狀態(tài)下可以保持高效率，而有些電機(jī)在大電流狀態(tài)下效率嚴(yán)重下降。例如綠源--綠色奔馳125電機(jī)在540W輸入功率的情況下效率仍可高達(dá)75%?？梢暂敵?40×0.75=405W，最大輸出扭矩達(dá)到25N.m，而大多數(shù)電動車電機(jī)在430W輸入時(shí)效率已降至55%左右，最大輸出功率為430×0.55=236W，最大輸出扭矩僅為14N.m，顯而易見，一輛最大扭矩為25N.m的電動車與一輛最大扭矩為14N.m的電動車在爬坡能力，允許載重能力以及抵抗風(fēng)阻的能力等諸多方面都會有很大的差別，騎行的感覺是完全不同的。消費(fèi)者在購車時(shí)若需對車輛的最大輸出扭矩進(jìn)行試驗(yàn)，最簡單的方法是“負(fù)重爬坡”，綠源公司生產(chǎn)的綠色奔馳125電動車在這方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。電機(jī)額定輸出功率和輸出功率范圍：電機(jī)額定功率是一個(gè)電機(jī)進(jìn)行行駛試驗(yàn)時(shí)的重要參數(shù)，它表示當(dāng)電機(jī)工作在這個(gè)功率點(diǎn)時(shí)，該電機(jī)可以連續(xù)地可靠地運(yùn)行，表征了電機(jī)設(shè)計(jì)的熱平衡點(diǎn)。一般電動車電機(jī)的額定功率點(diǎn)可以是150W，180W或200W以上，額定點(diǎn)越高表示電機(jī)的熱性能越好，成本也越高。由于電動車是不可能工作在空載狀態(tài)下的，一個(gè)正常的騎車人重量一般會達(dá)到30公斤以上，再考慮正常風(fēng)阻等因素，電動車的最小工作點(diǎn)（輸出功率）大約為80W，最大輸出功率則取決于電機(jī)的設(shè)計(jì)方案。目前市售較好的電動車的最大輸出功率一般可以達(dá)到200W以上,個(gè)別較差的電機(jī)不足200W，綠源電動車“綠色奔馳125”系列的輸出功率范圍為80-400W，綠色奔馳100系列的輸出功率范圍為80-320W。顯然，輸出功率范圍越大，騎行性能則越好。電動車效率和效率區(qū)間：電動車效率是電動輪轂效率、控制系統(tǒng)效率和機(jī)械轉(zhuǎn)動損耗的綜合體現(xiàn)，但主要是取決于電動輪轂（電機(jī)）的效率，它可以反映在相同的電池，相同的騎行負(fù)載條件下騎行里程的長短，效率高則騎行里程長，效率低則反之，對于使用者而言，選購較高效率的電動車無疑是正確的。但是，電動車的效率也需要有一個(gè)區(qū)間，因?yàn)殡姍C(jī)效率在不同的扭矩下是不同的，表示為一種馬鞍型曲線形式，有些電動車電機(jī)在小功率時(shí)效率較高，一旦輸出扭矩增加，效率值則急劇下降，這種車住住表現(xiàn)為平坦路面速度很快，一旦上坡速度就急劇下降，耗電水平也會隨之大幅度增加。用效率區(qū)間的概念來代替單純的額定效率的概念是電動自行車的一個(gè)重要特色，因?yàn)檐囕v負(fù)載是一個(gè)變化很大的負(fù)載，其工作點(diǎn)會隨著車輛負(fù)重狀態(tài)、路面坡度、行駛風(fēng)阻的不同而發(fā)生很大的變化，追求某一個(gè)工作點(diǎn)的高效率而忽略整個(gè)工作區(qū)域的效率特性是毫無意義的。蓄電池容量和壽命：容量和壽命是衡量蓄電池的主要指標(biāo)，容量一般用安·時(shí)來表示，表征是蓄電池儲備能量的能力。例如一個(gè)標(biāo)稱為12安·時(shí)的新的電動車專用蓄電池組按最近制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則必須達(dá)到以6安培放電，放至終止電壓31.5V的時(shí)間應(yīng)不低于2小時(shí)的水平。將這種電池用于電動自行車，載重75公斤，在平坦路面騎行，工作電流約為4安培，放電時(shí)間應(yīng)大于3個(gè)小時(shí)，時(shí)速為20公里，那么它的理論續(xù)行里程將達(dá)到60公里，若考慮途中剎車、起動等費(fèi)電的因素，采用這種電池的電動車標(biāo)稱續(xù)行里程45-60里程是合適的。壽命則是表示蓄電池容量衰退速度的一項(xiàng)指標(biāo)，隨著使用的深入，蓄電池容量衰退是不可避免的，是絕對的，當(dāng)容量衰退到一個(gè)規(guī)定值時(shí)，可以判定壽命終結(jié)，按照新制定的電動車專用電池標(biāo)準(zhǔn)，以定容量70%充放電循環(huán)次數(shù)來表示蓄電池的壽命，合格底線為350次。因此，對于日常交通距離小于30公里的用戶而言，若電機(jī)、控制器、充電器等因素都是良好的，使用方法也無不當(dāng)，一組較好的電池的最少服役時(shí)間達(dá)到1年以上應(yīng)該是可以保證的，一般可以用到1年半，若再加上可維護(hù)的技術(shù)方案，通過專業(yè)的維護(hù)也可以延長一些服役時(shí)間，消費(fèi)者可以不必?fù)?dān)心蓄電池使用費(fèi)用過高的問題，每天壹元，瀟灑消費(fèi)。影響蓄電池壽命的因素：影響蓄電池壽命的因素可分成三個(gè)方面。首先是蓄電池本身的性能和質(zhì)量，其次是電動車中與之配合的因素，第三是使用者的使用情況我們將重點(diǎn)對第二個(gè)因素展開討論。在電動車系統(tǒng)中影響蓄電池使用壽命的最主要因素有兩個(gè)，一個(gè)是電機(jī)的效率狀態(tài)，其次是充電器的設(shè)計(jì)。如果電機(jī)效率范圍較窄，一方面耗電水平增加，另一方面，經(jīng)常工作在低效率區(qū)，電機(jī)內(nèi)部容易發(fā)熱，當(dāng)溫度過高時(shí)，磁性材料就會出現(xiàn)不可逆的退磁，久而久之，效率進(jìn)一步下降，從而進(jìn)入惡性循環(huán)，這輛電動車就會變成某種意義上的