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電動車用電機控制器原理

車用電機控制器近年來的發(fā)展速度之快,使人難以想象,操作上越來越“傻瓜”化,而顯示則越來越復雜化。比如,車速的控制已經(jīng)發(fā)展到“巡航鎖定”;驅(qū)動方面,有的同時具有電動性能和助力功能,如果轉(zhuǎn)換到助力狀態(tài),借助鏈條張力測力器,或中軸扭力傳感器,只要用腳踏動腳蹬,便可執(zhí)行助力或確定助力的大小。這期本刊開始給您講述控制器的知識,讓您對控制器有一個更全面的了解。

一、控制器與保護功能
(一)控制器簡介
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。
控制器的設(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。
(二)控制器的型式
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??刂破鲝慕Y(jié)構(gòu)上分兩種,我們把它稱為分離式和整體式。
1、分離式 所謂分離,是指控制器主體和顯示部分分離(圖4-22、圖4-23)。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。
2、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4~5mm,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
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(yù)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(yù)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(yù)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

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