煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院 機電工程 系 機電一體化技術(shù) 專業(yè) 09 級畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目:電動自行車電機保護系統(tǒng)設(shè)計 姓名 李春澤 學號 2009060204 指導教師（簽名） 二一一年 十一月十日 機電工程系09級 高職學生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計題目 電動自行車電機保護系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名 李春澤 系別 機電工程系 專業(yè) 機電一體化技術(shù) 班級 機電09305 指導教師 張波 職稱 副教授 課題來源 實踐需要 任務(wù)書下達時間 2011-10 系主任簽字 教研室主任簽字 一、 畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容及技術(shù)指標 主要內(nèi)容為電動自行車電機保護系統(tǒng)設(shè)計 1、 畢業(yè)設(shè)計（論文)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：（1）完成電動自行車電機保護系統(tǒng)設(shè)計 （2）撰寫論文2、 畢業(yè)設(shè)計（論文）基本要求（1）使用先進的調(diào)速系統(tǒng)；（2）實現(xiàn)電動自行車電機換向的改良（3）實現(xiàn)保護器保護電機作用；（4） 要求有電路圖、系統(tǒng)電路圖、原理圖等。技術(shù)指標：(1)實現(xiàn)電機的安全啟動和停止（2）在運行過程中防止出現(xiàn)過載堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象（3)在電動車調(diào)速的過程中防止出現(xiàn)過流的現(xiàn)象(4)在電機運行中不能出顯換向器燒壞的事件2、 所需數(shù)據(jù)材料及參考文獻:電機及拖動基礎(chǔ)（第4版）顧繩谷 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)邢巖 王莉娜 電工學第六版(上冊)秦曾煌 交直流調(diào)速系統(tǒng)(第二版) 史國生 三、進度計劃序號階段性工作及成果時間安排1申報畢業(yè)設(shè)計（論文）課題2011年9月2011年10月2開題會，各指導教師下達任務(wù)書。2011年10月 3課題設(shè)計、撰寫論文、實物制作2011年10月11月4上交有關(guān)材料給指導老師2011年11月25日前5答辯時間2011年12月15日-20日 指導教師（簽名）：【摘要】本文主要介紹可電動自行車的控制系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)中的電機技術(shù)的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)中電機主要用于控制器，可對電動機動機在運行中，因某種故障或誤操作而導致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時，電路根據(jù)反饋信號采取的制動斷電、欠壓保護、過流保護、過載保護、欠速保護、限速保護等的保護措施及測速和調(diào)速功能；傳動系統(tǒng)中電機主要用于驅(qū)動裝置，傳動系統(tǒng)中常用的驅(qū)動方式有直流驅(qū)動系統(tǒng)和感應(yīng)電動機驅(qū)動系統(tǒng)。 【關(guān)鍵詞】無刷電機；制動斷電；欠壓保護；過流保護；過載保護；欠速保護；限速保護 。前 言隨著社會科技的發(fā)展電動車的作用也越來越重要他廣泛的進入到農(nóng)村成為農(nóng)村和城市重要的交通工具。目前的電動車一走進了千家萬戶替代了以前的自行車成為最為普遍的交通工具在人們的日常生活中發(fā)揮的作用越來越重要，電動自行車簡單方便價格便宜是中低層收入者的首選。但是，由于種種原因他也造成了很多的麻煩。電動車的電池造成資源的浪費及環(huán)境的污染低成本也有低技術(shù)的存在。低成本就意味著地保障率，實際上放任自流，無序發(fā)展，是不可取的。而應(yīng)像農(nóng)用車一樣規(guī)范發(fā)展。比如規(guī)定安全標準，規(guī)定電池必須回收，規(guī)定不上等級公路。煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文)誠 信 承 諾 書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計（論文） 電動自行車電機保護系統(tǒng)設(shè)計 是在老師的指導下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔相應(yīng)責任。畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究成果歸屬學校所有。 學生( 簽名 ) 年 月 日目錄摘要II一、概述1 (一)電動車的發(fā)展史1 (二)電動車知識介紹1 (三)電動車對電機的要求6 (四)輪轂電機的性能 6 (五)選用輪轂電機8二、總體設(shè)計9 (一) 電機換向設(shè)計9 (二) 調(diào)速方法改良設(shè)計12 （三）控制器的改良設(shè)計14 （四）驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計21三、電路設(shè)計24 (一)電源電路24 (二)控制電路24 (三)充電器電路及工作原理26（四）驅(qū)動電路27四、主要器件性能及原理28（一）轉(zhuǎn)把28（二）閘把28（三）助力傳感器29（四）MOS管29（五）運放29（六）穩(wěn)壓管30（七）PI調(diào)節(jié)器31結(jié)論32致謝32參考文獻33一、概 述（一）電動車的發(fā)展史電動車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀20年代初至60 代末，電動車的發(fā)展進入了一個沉寂期。進入70年代以來，由于中東石油危機的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點。近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動車的開發(fā)投入了大量的人力和財力，電動車的各項相關(guān) 技術(shù)也取得了重大的進展。盡管電動車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性 的進展，但是電動車的美好前景仍然激勵著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動車，改善其性能。 現(xiàn)代電動車的能源系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、智能化的能量管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)，電動車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及未來智能化的交通系統(tǒng)的發(fā)展。根據(jù)各類子系統(tǒng)的不同特點.近年來，各種顯示高新技術(shù)的電動車層出不窮，日新月異。(二）電動車基礎(chǔ)知識介紹電動車是以電能為驅(qū)動能源，通過電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)動行駛的車輛。如電動滑板車、電動自行車、四輪電動代步車、電動沙灘車、電動卡丁車、電動摩托車、電動汽車等。其中：電動自行車是以蓄電池作為輔助能源，具有兩個車輪，能實現(xiàn)人力騎行、電動或電助動功能的特種自行車。1.主要結(jié)構(gòu):(1)、電機 ( 2)、電池 ( 3)、控制器 (4)、充電器 ( 5)、儀表(6)、前后輪 (7)、車架 (8)、塑件等。2.整車主要技術(shù)性能：(1)最高車 25公里/小時整車質(zhì)量 39公斤(2)續(xù)行里程： 50公里(3)百公里電耗： 1.5度(4)輪徑： 24吋(5)電池種類： 鉛酸免維護(6)電池組標稱電壓： 36伏(7)標稱容量: 12安時(8)電動機型式： 有刷直流永磁(9)電動機額定功率： 180瓦(10)額定轉(zhuǎn)速： 210轉(zhuǎn)/分(11)額定電壓： 36伏(12)額定輸出轉(zhuǎn)矩： 7.5牛.米3.電動車的基本配置電動自行車是由蓄電池、電動輪轂、控制器、充電器四大件和車體部分組成。 目前使用的鉛酸蓄電池型號規(guī)定有12V7AH、12V8AH、12V10AH、12V10AH （高容量）、12V20AH；電動輪轂型號有：有刷有齒高速電動輪轂（簡稱高速電機或有聲電機）、有刷無齒低速電動輪轂（簡稱低速電機或無聲電機）及無刷無齒程序電機（簡稱程序電機）；控制器按控制方式分類有全動型、智能型、雙控型和非零啟動型四種類型，控制系統(tǒng)由主控制器、儀表顯示器、調(diào)速轉(zhuǎn)把和剎車斷電把等組成，其主要功能具有無級調(diào)速、剎車斷電保護、欠壓保護和過流保護等功能；充電器按輸出插頭分類有蓮花插頭式、普通電腦插頭式、特制電腦插頭式。按充電性能分類為普通在線維護充電器、快充在線維護充電器。按充電電壓分類為36V、（1）電池組目前電動車用動力源普遍為化學電源蓄電池組，蓄電池是電動車的動力源泉。目前，制約電動車發(fā)展的關(guān)鍵因素是動力蓄電池不理想。蓄電池的主要作用就是儲能，電動車蓄電池的主要性能指標是比能量、比功率和使用壽命等。要使電動車能與內(nèi)燃機車相競爭，關(guān)鍵是開發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長、成本低的蓄電池?？捎糜陔妱榆嚨碾姵赜秀U酸免維護電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋅空電池、燃料電池等。鋰離子電池（國內(nèi)未來幾年該電池將會普遍用于電動車）鋰離子二次電池作為新型高電壓、高能量密度的可充電電池，其獨特的物理和電化學性能，具有廣泛的民用和國防應(yīng)用的前景。其突出的特點是：重量輕、儲能大、無污染、無記憶效應(yīng)、使用壽命長。在同體積重量情況下，鋰電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍，并且目前人類只開發(fā)利用了其理論電量的20%30%，開發(fā)前景非常光明。同時它是一種真正的綠色環(huán)保電池，不會對環(huán)境造成污染，許多專家認為該類電池時最理想的小型電動車電池。燃料電池系統(tǒng)是一種新的能源利用和轉(zhuǎn)換裝置，是國際上公認的未來最理想的電動車電源。燃料電池用作電動車電源有以下特點：a.電池本身是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，只決定電源系統(tǒng)的功率輸出大??；b.燃料儲存裝置決定電源系統(tǒng)的總能量，可保證有足夠的續(xù)駛里程；c.無需充電，添加燃料非?？旖?、方便；d.電池系統(tǒng)壽命更長、更安全、更可靠、更環(huán)保；e.燃料電池將來產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的成本下降潛力很大。燃料電池有許多種類型，就電池本身的性能而言，大多看好的電動車用燃料電池是質(zhì)子交換膜燃料電池。該電池具有較多的優(yōu)點。例如：運行溫度比較低；技術(shù)相對比較成熟；排放產(chǎn)物比較單一；功率密度較大； 啟動速度較快；抗震能力相對較好。由于對該類燃料電池在電動車應(yīng)用上的普遍重視，使得近幾年來不斷的產(chǎn)生該類電池的電動車、電動摩托車、電動自行車樣品。技術(shù)性能都相當不錯。這也推動了與質(zhì)子交換膜燃料電池相關(guān)的氫氣制取與存儲技術(shù)的進步，重整制氫與金屬儲氫技術(shù)已接近實用化水平。 圖1 電路圖（2）電動輪轂自行車輪轂電機是有輪轂、電機部件、后蓋和飛輪端蓋所組成，其特征在于：所述的輪轂的一端采用飛輪端蓋結(jié)構(gòu)，另一端采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置在其內(nèi)部的電機部件和減速裝置，使電機的動力經(jīng)二次減速輸出，帶動整個輪轂旋轉(zhuǎn)而達到設(shè)計目的，該種輪轂電機具有外形美觀、體積小、重量輕、壽命長等特點，是電動自行車更新?lián)Q代產(chǎn)品。 圖2 輪轂電機外形圖(3)控制器簡略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機）組成。周邊器件是一些功能器件，如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開關(guān)電路，以及輔助單片機或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件；單片機也稱微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開關(guān)電路功率管導通或截止、通過方波控制功率管的的導通時間以控制電機轉(zhuǎn)速的驅(qū)動電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計算機片。這就是電動自行車的智能控制器。它是以“傻瓜”面目出現(xiàn)的高技術(shù)產(chǎn)品?？刂破鞯脑O(shè)計品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率。不同品質(zhì)的控制器，用在同一輛車上，配用同一組相同充放電狀態(tài)的電池，有時也會在續(xù)駛能力上顯示出較大差別。 圖3 控制器結(jié)構(gòu)圖控制器類型目前，電動自行車所采用的控制器電路原理基本相同或接近。有刷和無刷直流電機大都采用脈寬調(diào)制的PWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動電路、集成電路、開關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不大相同。控制器從結(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。(a)分離式 所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動箱內(nèi)，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機間連線距離縮短，車體外觀顯得簡潔。（b)一體式 控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開有數(shù)量不等的小孔，孔徑45mm，外敷透明防水膜?？變?nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量。（三）控制器的保護功能（4）充電器常用的開關(guān)電源式充電器又分半橋式和單激式兩大類，單激類又分為正激式和反激式兩類。半橋式成本高，性能好，常用于帶負脈沖的充電器；單激式成本低，市場占有率高。（三）電動車對電機的要求電動車的運行與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復雜。因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求是很高的。1.電動車用電動機應(yīng)具有瞬時功率大、過載能力強、過載系數(shù)應(yīng)為（34），加速性能好、使用壽命長等特點。2.電動車用電動機應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。3.電動車用電動機能夠在減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機得摩托車上是不能實現(xiàn)得。4.電動車用電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，應(yīng)具有高得效率，以提高1次充電得續(xù)駛里程。另外，還要求電動車用電動機可靠性好，能夠在較惡劣得環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單并適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運行時噪聲低，價格便宜等。 （四）輪轂電機的性能1.結(jié)構(gòu)將雙凸極永磁電機作為電動車的驅(qū)動電機。該電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固，維護方便，轉(zhuǎn)速范圍寬廣、效率高、控制特性優(yōu)良、成本低。采用永磁雙凸輪式電動輪轂后，取消了原來汽車的變速箱、傳動軸、后橋等部件，使得電動車體積重量減小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。采用電動機驅(qū)動替代原機械接觸式控制后，可以實現(xiàn)精確的電子控制，提高了能量傳輸效率，降低了成本；利用電機四相象運行的優(yōu)點，有效地實現(xiàn)制動能量的回饋利用，提高了電動車的整體性能與性價比。 作為電動車驅(qū)動用的輪轂電機，其結(jié)構(gòu)和尺寸要受到汽車相關(guān)標準件的嚴格制約?？紤]到汽車運行的可靠性穩(wěn)定性以及維護方便等要求，輪轂電機在結(jié)構(gòu)上要保證定轉(zhuǎn)子同心且氣隙均勻，要保證轉(zhuǎn)子的機械強度和合理的帶載方式，要保證電機固定軸合理的承載工作面和整個電機適宜的外型結(jié)構(gòu)，還要求電機易于拆裝、維護和更換等。 綜合上述考慮，實際測量了一臺桑塔那2000型GSI后輪驅(qū)動輪部分的相關(guān)尺寸，由于該輪轂電機具有以下特點：(1)外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)且轉(zhuǎn)子端面為帶載端；(2)電樞繞組和永磁體都在定子上；(3)軸向允許長度小，電機為圓盤式扁平結(jié)構(gòu)。 圖4 輪轂電機的結(jié)構(gòu)所示電機結(jié)構(gòu)型式有以下優(yōu)點：(1)適合與汽車驅(qū)動輪部分的其他元件配合，且合理利用了有效空間，便于電機的固定與安裝；(2)電機固定軸受力合理，轉(zhuǎn)子帶載端運行可靠穩(wěn)定；(3)便于汽車及輪轂電機本身各部件的拆裝與維護。在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，又針對5 kW雙凸輪式永磁輪轂電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行了各種相應(yīng)材料的選擇與機械特性的核算和調(diào)整。 考慮到電機固定軸主要承受的是彎矩而不是扭矩，選用40Cr的調(diào)質(zhì)鋼階梯軸。充分考慮安全裕量(進行了疲勞強度安全系數(shù)校核和靜強度安全系數(shù)校核)后確定定子周主工作面軸徑為50 mm。 計算并選用了一對單列深溝球軸承，根據(jù)GBT2761994，選用了60000型大6310、小6210的成對軸承。 定子支架的選擇首先根據(jù)實際情況求的支架的計算載荷，然后根據(jù)圓柱型殼體(厚壁圓桶)的受壓彎作用時的l臨界應(yīng)力值驗算得出。支架選用7A04(LC4)GBT 31901996以鋅為主的鋁合金，壁厚5 mm，內(nèi)徑60 mm，完全能夠承擔定子重量且該材料磁導率很低，而且裕量很大，不會產(chǎn)生應(yīng)力彎曲等現(xiàn)象，足以保證電機氣隙均勻。 根據(jù)支架的設(shè)計方法及尺寸，輪轂的尺寸也可以確定，硅鋼片采用冷軋無取向DW54050，永磁鐵采用燒結(jié)釹鐵硼280135。2.電磁 圖5 雙凸輪式永磁輪轂電機的截面示意圖電機采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，外轉(zhuǎn)子尺寸和結(jié)構(gòu)形狀參照相同功率傳統(tǒng)電機(外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))的定子尺寸和結(jié)構(gòu)形狀，外轉(zhuǎn)子電機定子尺寸和結(jié)構(gòu)形狀參照相同功率傳統(tǒng)電機轉(zhuǎn)子的尺寸和結(jié)構(gòu)形狀。結(jié)合電機的技術(shù)指標(如表2)得出一臺3相定轉(zhuǎn)子128極5 kW雙凸輪式永磁輪轂電機的結(jié)構(gòu)尺寸 (五)選用輪轂電機我們這次設(shè)計所選用的電機為輪轂電機因為輪轂電機在電動車上應(yīng)用不僅可實現(xiàn)小馬拉大車、提高電機驅(qū)動效率的效果，還大大簡化了機械傳動機構(gòu)，減輕整車自重，減小其傳動和附加損耗，即降低成本，也節(jié)能減噪，并且如同高檔轎車采用四輪驅(qū)動，可進一步提高車輪控制的動態(tài)響應(yīng)性，通過微機控制更易實現(xiàn)在傳統(tǒng)轎車上較難實施的各種性能優(yōu)化措施，從而改善操控性和安全性。以此即可全面提高節(jié)能環(huán)保型電動微轎車的各項性能指標和性價比，使其達到普及型商品化要求，對推廣電動汽車和節(jié)能減排起到極好效果。 二、總體設(shè)計(一)直流電動機的換向電動自行車的驅(qū)動方式大多是輪轂式的，有直接驅(qū)動的，也有齒輪減速驅(qū)動的。其中，直接驅(qū)動方式采用低速直流電動機（每分鐘轉(zhuǎn)幾百轉(zhuǎn)），而齒輪減速驅(qū)動方式則采用轉(zhuǎn)速較高的直流電動機（一般2000r/min以上），通過齒輪減速來滿足電動自行車所需要的行駛速度。前者的優(yōu)點是不需要齒輪減速，因而簡化了結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，降低了噪聲；后者的優(yōu)點是體積小、重量輕。因為電機內(nèi)有換向器和電刷（又稱碳刷）的存在，便產(chǎn)生換向問題，它是有刷直流電動機易出故障的根源之一。1.影響換向的原因（1） 電磁原因在換向時，換向元件中會產(chǎn)生電抗電勢和換向電勢，這些電勢之和一般大于零，稱延遲換向。當換向時，后刷邊離開一個換向片轉(zhuǎn)向另一個相鄰換向片時，換向電流不為零，有電磁能量儲存在換向元件內(nèi)，在前個換向片離開電刷時，換向回路被突然切斷，換向元件中的電磁能量就只有擊穿空氣而釋放，從而產(chǎn)生火花。（2） 機械原因?qū)ιa(chǎn)而言，由于機械原因而導致?lián)Q向不良是一個重要方面。機械方面的原因很多，例如：平面換向器表面的平整度、粗糙度及裝配時換向器表面與電機軸線的垂直度；換向器片間絕緣突出或換向片突出；電刷接觸面研磨不好，電刷與換向器表面只有局部接觸；電刷上彈簧壓力大小不合適；電刷在刷盒里太松或太緊；各個刷桿之間距離不相等，致使有些電刷所短路的換向元件不在幾何中心線上；換向器表面不潔等。（3）電化學原因正常運行的電機，換向器表面會產(chǎn)生很薄的一層褐色氧化亞銅薄膜。實踐表明，氧化亞銅薄膜的存在，是電機良好換向的必要條件。這是因為氧化亞銅薄膜本身不僅具有較高的電阻，且其表面還常吸附著薄層水份、氧氣和石墨粉末，具有良好的潤滑作用，有利于減少電刷和換向器的磨損。2.改善換向的方法和措施為改善換向應(yīng)該針對影響換向的原因在生產(chǎn)中采取一些必要的方法和措施。下面介紹一些生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題。（1）調(diào)節(jié)電刷位置根據(jù)產(chǎn)生火花的電磁原因，為了減小換向元件中的電勢，應(yīng)將電刷位置調(diào)節(jié)到物理中心線，但因為物理中心線是隨著負載大小而移動的，所以，一般要求將電刷位置調(diào)節(jié)到幾何中心線處。確定幾何中心線的方法是：對繞組端部連接到換向器對稱的電機，電刷位置應(yīng)對準磁極中心線；而對繞組端部不對稱的電機，視不對稱程度而定?？偟脑瓌t是：被電刷短路的繞組元件的兩條邊應(yīng)位于幾何中心線或很接近幾何中心線處。理論和生產(chǎn)實踐都證明，電刷位置調(diào)節(jié)的好壞，對電機的空載電流和性能影響很大，應(yīng)引起足夠的重視。（2）重視換向器的質(zhì)量換向器的質(zhì)量應(yīng)包括材質(zhì)和加工質(zhì)量兩方面。換向器的材料是銅合金，如鎘銅、銀銅等，材質(zhì)不同，它的硬度、耐磨度，與電刷的接觸電阻及導電性能等都會有差別，當然還要考慮價格因素。從加工質(zhì)量方面，應(yīng)檢測換向器的尺寸、形位公差和表面粗糙度。換向片分布應(yīng)均勻，換向片間絕緣應(yīng)下刻，對平面換向器表面平面度要好，與電刷接觸的表面其粗糙度應(yīng)不低于0.80。允許用玻璃砂紙研磨換向器表面（不要用金鋼砂紙）。對平面換向器，安裝時要注意其與電機軸線的垂直度。（3）電刷的選擇電刷是與換向器的滑動接觸件，電刷的成份和接觸特性好壞，直接影響到電機運行時換向的好壞和它的磨損程度。電刷的接觸特性主要指一對電刷接觸壓降（因正、負級電刷下接觸壓降不相等，故用一對電刷接觸壓降來評價）和摩擦系數(shù)，這些因素影響到電機運轉(zhuǎn)時電刷與換身器之間的接觸損耗（包括電損耗和磨擦損耗）和磨損度。影響電刷接觸特性的主要因素有圓周速度、電流密度和施于電刷的單位壓力等。對電動自行車用直流電機，圓周速度不大，一般都能滿足要求。對這種直流電機的電刷一般提出以下要求：因為電動自行車采用低壓電源，因此一對電刷接觸壓降不能大，一般應(yīng)在1v以下，這樣功率損耗較小。若按照用戶使用2年不用更換電刷，按每天騎行2h計算，電刷壽命應(yīng)在1500h左右。電刷壽命是由它允許磨損的高度決定的，而允許磨損高度則由允許彈簧的最小壓力和電刷磨短后在刷盒中運行的穩(wěn)定性決定。電刷截面積的大小應(yīng)符合電刷允許電流密度。電流密度過大，引起發(fā)熱過高，摩擦系數(shù)增大，極易引起火花，電機甚至不能正常運行。換向器的磨損應(yīng)在允許范圍內(nèi)，運行噪聲小等。電刷分石墨電刷、電化石墨電刷和金屬石墨電刷3大類。對低壓直流電機宜采用金屬石墨電刷，因為它的一對電刷接觸壓降?。ㄒ话阍?.5v以下），耐磨性較好，使用壽命長，并適合于圓周速度低的電機。我們曾經(jīng)用兩種不同成份的電刷對電動自行車用直流電機分別做額定負載下的壽命試驗。一種是用金屬石墨電刷，運行700h，電刷磨損量為允許磨損量的45%。照此推算，這種電機可以運行1500h才需要更換電刷，可以滿足用戶使用2年不換電刷的要求。另一種是用石墨電刷，運行600h，電刷已經(jīng)磨損到不能再用而需要更換了，也就是說用戶最多使用1年就要送維修站了。刷盒尺寸和彈簧壓力刷盒的作用是將電刷固定在應(yīng)有位置，但又要保證電刷在刷盒中能自由活動，配合間隙既不能太大，又不能太小。太大了電機運轉(zhuǎn)時電刷可能在換向器表面產(chǎn)生傾斜和跳動，從而影響換向。太小了，當電刷在負載下發(fā)熱膨脹時可能卡死。而彈簧的作用是施于電刷一定的壓力，以保證電刷與換向器在電機運轉(zhuǎn)時始終有良好的接觸。施于電刷的單位壓力增大，電刷與換向器的接觸電阻就減小，則電損耗減小，但摩擦系數(shù)增加，使摩擦損耗增加?？倱p耗呈馬鞍形變化，而在總損耗最小時的單位壓力下，電刷的磨損率也最小。所以，選擇施于電刷的壓力時，應(yīng)考慮電機運行中總損耗和電刷磨損最小時相應(yīng)的單位壓力。對金屬石墨電刷這個壓力一般在1.5-2.5n/cm2之間。在確定初始壓力時，應(yīng)考慮在電刷磨損過程中縮短時彈簧因伸長其壓力會減小的因素。施于電刷的單位壓力減小到低于某一極限時，電刷與換向器之間的接觸就開始不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)機械性火花，這時就應(yīng)該更換電刷了。電刷的磨合電刷與換向器表面接觸的好壞、接觸面積的大小，直接影響直流電機換向的好壞、火花的大小和電刷磨損的速度。所以，電機裝配完成后應(yīng)對其進行空載磨合。磨合的目的是增大電刷與換向器的接觸面積，一般應(yīng)使接觸面積達到80%以上，這樣在負載時才能保證良好換向。為了縮短磨合時間，可以用提高電壓的方法使電機轉(zhuǎn)速提高，但要考慮電機的機械強度，不能高出額定轉(zhuǎn)速過多。未經(jīng)磨合的電刷與換向器的接觸面不夠，即為局部接觸，使接觸處電流密度增大，造成換向不良，電機出廠后造成返修率增加。（二）電動車調(diào)速器霍爾傳感器可以將電機的轉(zhuǎn)速信號反饋出來。 直流無刷電機本質(zhì)上是調(diào)節(jié)直流電壓來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。但是大多數(shù)情況是，出廠的時候廠家一般也會固化這類控制器在電機上，對外只留有控制端接口?？刂破鏖_發(fā)人員不需要了解其內(nèi)部升降壓的機制，只需要對電機控制輸入端輸入控制信號即可輕松實現(xiàn)電機調(diào)速。 圖6 調(diào)速器電路圖調(diào)速器是通過改變輸出方波的占空比使負載上的平均電流功率從0-100%變化、從而改變負載、燈光亮度/電機速度。利用脈寬調(diào)制(PWM)方式、實現(xiàn)調(diào)光/調(diào)速、它的優(yōu)點是電源的能量功率、能得到充分利用、電路的效率高。例如：當輸出為50%的方波時，脈寬調(diào)制(PWM)電路輸出能量功率也為50%，即幾乎所有的能量都轉(zhuǎn)換給負載。而采用常見的電阻降壓調(diào)速時，要使負載獲得電源最大50%的功率，電源必須提供71%以上的輸出功率，這其中21%消耗在電阻的壓降及熱耗上。大布部分能量在電阻上被消耗掉了、剩下才是輸出的能量、轉(zhuǎn)換效率非常低。此外HW-A-1020型調(diào)速因其采用開關(guān)方式熱耗幾乎不存在、HW-A-1020型調(diào)速在低速時扭矩非常大、因為調(diào)速器帶有自動跟蹤PWM、另外采用脈寬調(diào)制(PWM)方式、可以使負載在工作時得到幾乎滿電源電壓、這樣有利于克服電機內(nèi)在的線圈電阻而使電機產(chǎn)生更大的力矩率1.直流脈寬調(diào)速工作原理:是通過改變輸出方波的占空比使負載上的平均電流功率從0-100變化、從而改變負載、燈光亮度/電機速度PWM的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓.PWM不是調(diào)節(jié)電流的.也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時間比,占空比越大,高電平時間越長,則輸出的脈沖幅度越高,即電壓越高.如果占空比為0%,那么高電平時間為0,則沒有電壓輸出.如果占空比為100%,那么輸出全部電壓.所以通過調(diào)節(jié)占空比,可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,而且輸出電壓可以無級連續(xù)調(diào)節(jié) 圖7 直流脈寬調(diào)速 圖8 直流脈寬調(diào)速注意：當電機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因為電流也是交變的。這個電流的平均值也是零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機的損耗這是缺點。（三）控制器1.控制器作用電動車控制器是用來控制電動車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及電動車的其它電子器件的核心控制器件，它就象是電動車的大腦，是電動車上重要的部件。2.電動車控制器主要功能特點如下：超靜音設(shè)計技術(shù)：獨特的電流控制算法，能適用于任何一款無刷電動車電機，并且具有相當?shù)目刂菩Ч岣吡穗妱榆嚳刂破鞯钠毡檫m應(yīng)性，使電動車電機和控制器不再需要匹配。恒流控制技術(shù)：電動車控制器堵轉(zhuǎn)電流和動態(tài)運行電流完全一致，保證了電池的壽命，并且提高了電動車電機的啟動轉(zhuǎn)矩。自動識別電機模式系統(tǒng)：自動識別電動車電機的換相角度、霍爾相位和電機輸出相位，只要控制器的電源線、轉(zhuǎn)把線和剎車線不接錯，就能自動識別電機的輸入及輸出模式，可以省去無刷電動車電機接線的麻煩，大大降低了電動車控制器的使用要求。 隨動abs系統(tǒng)：具有反充電/汽車EABS剎車功能，引入了汽車級的EABS防抱死技術(shù)，達到了EABS剎車靜音、柔和的效果，不管在任何車速下保證剎車的舒適性和穩(wěn)定性，不會出現(xiàn)原來的abs在低速情況下剎車剎不住的現(xiàn)象，完全不損傷電機，減少機械制動力和機械剎車的壓力，降低剎車噪音，大大增加了整車制動的安全性；并且剎車、減速或下坡滑行時將EABS產(chǎn)生的能量反饋給電池，起到反充電的效果，從而對電池進行維護，延長電池壽命，增加續(xù)行里程，用戶可根據(jù)自己的騎行習慣自行調(diào)整EABS剎車深度。 電機鎖系統(tǒng)：在警戒狀態(tài)下，報警時控制器將電機自動鎖死，控制器幾乎沒有電力消耗，對電機沒有特殊要求，在電池欠壓或其他異常情況下對電動車正常推行無任何影響。 自檢功能：分動態(tài)自檢和靜態(tài)自檢，控制器只要在上電狀態(tài)，就會自動檢測與之相關(guān)的接口狀態(tài)，如轉(zhuǎn)把，剎把或其它外部開關(guān)等等，一旦出現(xiàn)故障，控制器自動實施保護，充分保證騎行的安全，當故障排除后控制器的保護狀態(tài)會自動恢復。 反充電功能：剎車、減速或下坡滑行時將EABS產(chǎn)生的能量反饋給電池，起到反充電的效果，從而對電池進行維護，延長電池壽命，增加續(xù)行里程。 堵轉(zhuǎn)保護功能：自動判斷電機在過流時是處于完全堵轉(zhuǎn)狀態(tài)還是在運行狀態(tài)或電機短路狀態(tài)，如果過流時是處于運行狀態(tài)，控制器將限流值設(shè)定在固定值，以保持整車的驅(qū)動能力；如電機處于純堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，則控制器2秒后將限流值控制在10A以下，起到保護電機和電池，節(jié)省電能；如電機處于短路狀態(tài)，控制器則使輸出電流控制在2A以下，以確保控制器及電池的安全。 動靜態(tài)缺相保護：指在電機運行狀態(tài)時，電動車電機任意一相發(fā)生斷相故障時，控制器實行保護，避免造成電機燒毀，同時保護電動車電池、延長電池壽命。 功率管動態(tài)保護功能：控制器在動態(tài)運行時，實時監(jiān)測功率管的工作情況，一旦出現(xiàn)功率管損壞的情況，控制器馬上實施保護，以防止由于連鎖反應(yīng)損壞其他的功率管后，出現(xiàn)推車比較費力的現(xiàn)象。 防飛車功能：解決了無刷電動車控制器由于轉(zhuǎn)把或線路故障引起的飛車現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的安全性。 1+1助力功能：用戶可自行調(diào)整采用自向助力或反向助力，實現(xiàn)了在騎行中輔以動力，讓騎行者感覺更輕松。 巡航功能：自動/手動巡航功能一體化，用戶可根據(jù)需要自行選擇，8秒進入巡航，穩(wěn)定行駛速度，無須手柄控制。 模式切換功能：用戶可切換電動模式或助力模式。 防盜報警功能：超靜音設(shè)計，引入汽車級的遙控防盜理念，防盜的穩(wěn)定性更高，在報警狀態(tài)下可鎖死電機，報警喇叭音效高達125dB以上，具有極強的威懾力。并具有自學習功能，遙控距離長達150米不會有誤碼產(chǎn)生。 倒車功能：控制器增加了倒車功能，當用戶在正常騎行時，倒車功能失效；當用戶停車時，按下倒車功能鍵，可進行輔助倒車，并且倒車速度最高不超過10km/h。 遙控功能：采用先進的遙控技術(shù)，長達256的加密算法，靈敏度多級可調(diào)，加密性能更好，并且絕無重碼現(xiàn)象發(fā)生，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具有自學習功能，遙控距離長達150米不會有誤碼產(chǎn)生。 高速控制：采用最新的為馬達控制設(shè)計專用的單片機，加入全新的BLDC控制算法，適用于低于6000rpm高速、中速或低速電機控制。 電機相位：60度120度電機自動兼容，不管是60度電機還是120度電機，都可以兼容，不需要修改任何設(shè)置。 圖9 控制器電路圖3、控制器改良設(shè)計控制器的調(diào)速方法可以是開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)下面我們來比較一下各個調(diào)速系統(tǒng)在控制器中的優(yōu)缺點（1）開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 圖10 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方框圖 圖11 開環(huán)系統(tǒng)的原理圖用直流電動機D來驅(qū)動一個需要以恒速轉(zhuǎn)動的負載。當電位器R的滑動端確定在某一個位置時，電位器就給出一個確定的電壓Ur，Ur經(jīng)運算放大器、觸發(fā)器和可控制硅功率放大器（稱控制器）輸出電壓為Ua，Ua加在直流電動機兩端。電動使以一個相應(yīng)的轉(zhuǎn)速n驅(qū)動負載轉(zhuǎn)動。若改變滑動端的位置，Ur就改變，Ua、n都發(fā)生改變。故可知，對應(yīng)電位器滑動端的某一個位置，電動機就運行在某一個對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n上。從而達到了控制電動機的轉(zhuǎn)速n的目的。如果負載發(fā)生變化，電動機轉(zhuǎn)速偏離給定值，如果要求電機轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變，這個系統(tǒng)不能實現(xiàn)。要實現(xiàn)就必須有人參與。由操作人員測出電機的實際轉(zhuǎn)速，與給定的轉(zhuǎn)速進行比較，判斷出偏離的值，再由操作人員調(diào)整滑動端的位置使電動機轉(zhuǎn)速恢復到給定值。從上面的分析可以看，給定值（Ur）直接控制電機轉(zhuǎn)速，而電機轉(zhuǎn)速n不能反過來影響Ur，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。缺點由于開環(huán)控制不能自動修正被控制量的偏離，因此系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外界未知擾動對控制精度的影響較大。 圖12 開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖可以表示開環(huán)控制系統(tǒng)輸入量與輸出量之間的關(guān)系，由圖可以看出，輸入量直接經(jīng)過控制器作用于被控對象，所以輸入量影響輸出。當出現(xiàn)擾動時，沒有人干預的情況下輸出量不能按照輸入量所期望的狀態(tài)去工作，輸出量不能反過來影響輸入量。2、閉環(huán)調(diào)速環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足較高的性能指標要求。根據(jù)自動控制原理，為了克服開環(huán)系統(tǒng)的缺點，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，把系統(tǒng)的輸出量通過檢測裝置（傳感器）引向系統(tǒng)的輸入端，與系統(tǒng)的輸入量進行比較，從而得到反饋量與輸入量之間的偏差信號。利用此偏差信號通過控制器（調(diào)節(jié)器）產(chǎn)生控制作用，自動糾正偏差。因此，帶輸出量負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)具有提高系統(tǒng)抗擾性，改善控制精度的性能，廣泛用于各類自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中(1)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 圖13 閉環(huán)系統(tǒng)方框圖(2) 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾分析 通過這一環(huán)節(jié)可以抑制轉(zhuǎn)速的下降，雖然不能做到完全阻止轉(zhuǎn)速下降，但比開環(huán) 轉(zhuǎn)速的程度會大大降低，從而保證轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性 (3)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 靜特性方程 電機轉(zhuǎn)速與負載電流之間的關(guān)系稱之為閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性對于有靜差調(diào)速系統(tǒng)，如果根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標要求計算出系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，動態(tài)性能可能較差，或根本達不到穩(wěn)態(tài)，也就談不上是否滿足穩(wěn)態(tài)要求。采用比例積分調(diào)節(jié)器代替比例放大器后，可以使系統(tǒng)穩(wěn)定且有足夠的穩(wěn)定裕量。但是采用PI調(diào)節(jié)器之后的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能是否滿足當時并未提及。通過下面的討論我們將看到，將比例調(diào)節(jié)器換成比例積分調(diào)節(jié)器之后，不僅改善了動態(tài)性能，而且還能從根本上消除靜差，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。 3、 開閉環(huán)調(diào)速比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機械特性的硬度大大提高。在相同負載下兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 它們的關(guān)系 顯然，當開環(huán)放大系數(shù)K很大時，要比小得多，即閉環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。當理想空載轉(zhuǎn)速相同，即時，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率為開環(huán)系統(tǒng)的靜差率為由于，而相同負載下，所以Scl和Sop之間的關(guān)系為 當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。假如電動機的最高轉(zhuǎn) 速相同，對靜差率的要求也相同，那么，當開環(huán)時 閉環(huán)時 （4）當給定電壓相同時，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速為 開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速為 兩者的關(guān)系為 閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，在保證一定靜差率的要求下，大大提高調(diào)速范圍。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)降速的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化相應(yīng)的改變電樞電壓，以補償電樞回路的電阻降。4、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 圖14 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖15 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（1）兩個調(diào)節(jié)器，一環(huán)嵌套一環(huán)；速度環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)是內(nèi)環(huán)（2）兩個PI調(diào)節(jié)器均設(shè)置有限幅 ；一旦PI調(diào)節(jié)器限幅（即飽和），其輸出量為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反極性的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；即飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的關(guān)系，相當于使該調(diào)節(jié)器處于斷開。而輸出未達限幅時，調(diào)節(jié)器才起調(diào)節(jié)作用，使輸入偏差電壓在調(diào)節(jié)過程中趨于零，而在穩(wěn)態(tài)時為零（3）電流檢測采用三相交流電流互感器（4）電流、轉(zhuǎn)速均實現(xiàn)無靜差。由于轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，所以系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時， 控制器采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于電流環(huán)存在，可以實現(xiàn)對電流的限幅，即可以保護電動車在處于各種正常運行情況下最大電流輸出值不會超出設(shè)定的電流限幅值，實現(xiàn)自動限流，另外由于雙閉環(huán)的配合作用，可以使電機實現(xiàn)最理想的啟動過程和加速過程，使蓄電池的電流得到有效的利用，從而可以增加電動自行車的行駛里程(四）驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 1、驅(qū)動電路及原理電動自行車使用24V直流電機，對于這種小功率直流電機的調(diào)速方法一般有兩種。一種是線性型：使用功率三級管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)矩運行時，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。 圖16 驅(qū)動電路另一種脈寬調(diào)制型:脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATIONPWM）較常用的 一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用PWM方式控制直流電機。永磁式直流電機脈寬調(diào)速原理：永磁式直流電動機電機轉(zhuǎn)速由電樞電壓UD決定，電樞電壓UD越高電機轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓UD降為0V，電機就就停轉(zhuǎn)。直流電機的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動一段時間，然后切斷電源，電動機因慣性而降速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時使電動機再次接通，電動機因此而再次加速，不斷的給電樞兩端送入脈動電壓源（即脈動信號）就可以使電動機的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖所示： 圖17 脈沖信號圖Vmax為電動機的最大轉(zhuǎn)速值，Vmin為電動機的最小轉(zhuǎn)速值，VD為二者的平均值。VD=D*max式中D=t/Tc稱為占空比，D越大VD就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比D之間關(guān)系如圖3.6所示：由圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。因此，電動機的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。 圖18 驅(qū)動關(guān)系PWM調(diào)速分為雙向式和單向式兩種：雙向式：在一個脈沖周期內(nèi)（T=Ta+Tb）,T1和T3導通時間為Ta,T2和T4導通時間為Tb，這樣在Ta這段時間內(nèi)，電機通過的是正向電流，在Tb這段時間內(nèi)為反相電流。當Ta=Tb時電機停轉(zhuǎn)，Ta>Tb電機正轉(zhuǎn)，Ta<Tb電機反轉(zhuǎn)。單向式：單向式的電路和雙向式相同，同的是在電機正轉(zhuǎn)時，Tb這段時間內(nèi)不通過反相電流；電機反轉(zhuǎn)時，Ta內(nèi)不通過正向電流。其調(diào)速原理基本與雙向相同，單向式與雙向式相比，三極管的開關(guān)頻率少一半，比較不容易發(fā)生上下三極管導通而造成電源短路的情況，故可靠性有所提高，但控制性能比雙向式稍差;外特性、低速性也不如雙向式好。此電路只用一個三極管控制電路的通斷，用四個繼電器控制電流流向，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。這樣無論如何，都不會出現(xiàn)因編程原因而造成電源短路的情況?？紤]到電動自行車對電機轉(zhuǎn)速距離控制要求不高，為了簡化程序和外接電路，所以沒有考慮采用閉環(huán)PWM控制，用開環(huán)PWM控制和就可以實現(xiàn)自行車的功能。 圖19脈沖信號波形圖工作時Ta為高電平，通過光耦驅(qū)動復合管T導通，此時Tb為高電平通過光耦使三極管導通，繼電器各線圈被短路。K1、K2為常閉觸點，所以電動機加正向電壓。當Tb為低電平電壓時所有繼電器得電，常開觸點閉合常閉觸點斷開，K1、K3斷開K2、K4導通。電動機加反向電壓。如果保證Ta>Tb則電動機正轉(zhuǎn)。通過改變Ta、Tb的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。3、 電路設(shè)計 （一）電動車電源電路電源直接使用24V蓄電池電源則通過三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換到5V。 圖20電源電路圖24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器78L05輸出為單片機所要求的+5V電源。電路中接入C1、C2是用來實現(xiàn)頻率補償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。大容量的C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器C3一個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be解結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。來控制單片機使電動車更好的運轉(zhuǎn)。（二）控制電路 圖21 控制電路1、控制電路的保護功能 保護功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機在運行中，因某種故障或誤操作而導致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時，電路根據(jù)反饋信號采取的保護措施。電動自行車基本的保護功能和擴展功能如下： （1)制動斷電：電動自行車車把上兩個鉗形制動手把均安裝有接點開關(guān)。當制動時，開關(guān)被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關(guān)狀態(tài)。這個變化形成信號傳送到控制電路中，電路根據(jù)預設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護了功率管本身，又保護了電動機，也防止了電源的浪費。 (2) 欠壓保護：這里指的是電源的電壓。當放電最后階段，在負載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計劃自己的行程。當電源電壓已經(jīng)達到放終時，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護電路即按預先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護電子器件和電源。 (3) 過流保護：電流超限對電機和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應(yīng)當避免的。控制電路中，必須具備這種過電流的保護功能，在過流時經(jīng)過一定的延時即切斷電流。 (4) 過載保護：過載保護和過電流保護是相同的，載重超限必然引起電流超限。電動自行車說明書上都特別注明載重能力，但有的騎行者或未注意這一點，或抱著試一下的心理故意超載。如果沒有這種保護功能，不一定在哪個環(huán)節(jié)上引起損傷，但首當其沖的就是開關(guān)功率管，只要無刷控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動機運轉(zhuǎn)即變得無力，騎行者立即可以感覺到脈動異常；若繼續(xù)騎行，接著就燒毀第2個、第3個功率管。有兩相功率管不工作，電動機即停止運行，有刷電機則失去控制功能。因此，由過載引起的過電流是很危險的。但只要有過電流保護，載重超限后電路自動切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。 (5) 欠速保護：仍然屬于過流保護范疇，是為不具備0速起步功能的無刷控制系統(tǒng)而設(shè)置， (6) 限速保護：是助力型電動自行車獨有的設(shè)計控制程序。車速超過某一預定值時，電路停止供電不予助力。對電動型電動自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h，車用電動機在設(shè)計時，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動自行車只能在不超過這個速度狀態(tài)下運行。 控制器的位置不會影響到性能，主要視設(shè)計者的意圖。但有幾項原則：（1）在運行操作允許時、（2）在整體布置允許時、（3）在線路布設(shè)要求時、（4）在配套設(shè)施要求時。(三）充電器電路圖及工作原理 圖22 充電器電路圖通電開始時，C11上有300v左右電壓。此電壓一路經(jīng)T1加載到Q1。第二路經(jīng)R5,C8,C3, 達到U1的第7腳。強迫U1啟動。U1的6腳輸出方波脈沖，Q1工作，電流經(jīng)R25到地。同時T1副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng)D3,R12給U1提供可靠電源。T1輸出線圈的電壓經(jīng)D4,C10整流濾波得到穩(wěn)定的電壓。此電壓一路經(jīng)D7（D7起到防止電池的電流倒灌給充電器的作用）給電池充電。第二路經(jīng)R14,D5,C9, 為LM358(雙運算放大器，1腳為電源地，8腳為電源正)及其外圍電路提供12V工作電源。D9為LM358提供基準電壓，經(jīng)R26,R4分壓達到LM358的第二腳和第5腳。正常充電時，R27上端有0.150.18V左右電壓，此電壓經(jīng)R17加到LM358第三腳，從1腳送出高電壓。此電壓一路經(jīng)R18,強迫Q2導通，D6（紅燈）點亮，第二路注入LM358的6腳，7腳輸出低電壓，迫使Q3關(guān)斷，D10(綠燈)熄滅，充電器進入恒流充電階段。當電池電壓上升到44.2V左右時,充電器進入恒壓充電階段，輸出電壓維持在44.2V左右，充電器進入恒壓充電階段，電流逐漸減小。當充電電流減小到200mA300mA時，R27上端的電壓下降，LM358的3腳電壓低于2腳，1腳輸出低電壓，Q2關(guān)斷，D6熄滅。同時7腳輸出高電壓，此電壓一路使Q3導通，D10點亮。另一路經(jīng)D8，W1到達反饋電路，使電壓降低。充電器進入涓流充電階段。12小時后充電結(jié)束。開關(guān)電源式充電器的正確操作是：充電時，先插電池，后加市電；充足后，先切斷市電，后拔電池插頭。如果在充電時先拔電池插頭，特別是充電電流大（紅燈）時，非常容易損壞充電器。 常用的開關(guān)電源式充電器又分半橋式和單激式兩大類，單激類又分為正激式和反激式兩類。半橋式成本高，性能好，常用于帶負脈沖的充電器；單激式成本低，市場占有率高。充電器的分類： 用有、無工頻（50赫茲）變壓器區(qū)分，可分為兩大類。貨運三輪充電器一般使用帶工頻變壓器的充電機，體積大、重量大，費電，但是可靠，便宜；電動自行車和電摩則使用所謂開關(guān)電源式充電器，省電，效率高，但是易壞。用電動車充電器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可大致分為兩種。第一種是以uc3842驅(qū)動場效應(yīng)管的單管開關(guān)電源，配合LM358雙運放來實現(xiàn)三階段充電方式。220v交流電經(jīng)T0雙向濾波抑制干擾，D1整流為脈動直流，再經(jīng)C11濾波形成穩(wěn)定的300V左右的直流電。U1 為TL3842脈寬調(diào)制集成電路。其5腳為電源負極，7腳為電源正極，6腳為脈沖輸出直接驅(qū)動場效應(yīng)管Q1(K1358) 3腳為最大電流限制，調(diào)整R25(2.5歐姆)的阻值可以調(diào)整充電器的最大電流。2腳為電壓反饋，可以調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓。4腳外接振蕩電阻R1，和振蕩電容C1。T1為高頻脈沖變壓器，其作用有三個。第一是把高壓脈沖將壓為低壓脈沖。第二是起到隔離高壓的作用，以防觸電。第三是為uc3842提供工作電源。D4為高頻整流管（16A60V），C10為低壓濾波電容，D5為12V穩(wěn)壓二極管，U3(TL431)為精密基準電壓源，配合U2(光耦合器4N35) 起到自動調(diào)節(jié)充電器電壓的作用。調(diào)整w2(微調(diào)電阻)可以細調(diào)充電器的電壓。D10是電源指示燈。D6為充電指示燈。 R27是電流取樣電阻（0.1歐姆，5w）改變W1的阻值可以調(diào)整充電器轉(zhuǎn)浮充的拐點電流（200300 m