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電動(dòng)車用電機(jī)控制器原理

車用電機(jī)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(fù)雜化。比如,車速的控制已經(jīng)發(fā)展到“巡航鎖定”;驅(qū)動(dòng)方面,有的同時(shí)具有電動(dòng)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(cè)力器,或中軸扭力傳感器,只要用腳踏動(dòng)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(shí),讓您對(duì)控制器有一個(gè)更全面的了解。

一、控制器與保護(hù)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(jī))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(jī)或?qū)S眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件;單片機(jī)也稱微控制器,是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號(hào)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(dǎo)通或截止、通過方波控制功率管的的導(dǎo)通時(shí)間以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)電路、輸入輸出端口等集成在一起,而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)片。這就是電動(dòng)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(jì)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(yùn)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(shí)也會(huì)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(dòng)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(jī)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(dòng)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。
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(dòng)箱內(nèi),不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機(jī)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(gè)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(hù)功能
保護(hù)功能是對(duì)控制器中換相功率管、電源免過放電,以及電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中,因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時(shí),電路根據(jù)反饋信號(hào)采取的保護(hù)措施。電動(dòng)自行車基本的保護(hù)功能和擴(kuò)展功能如下:
1、制動(dòng)斷電 電動(dòng)自行車車把上兩個(gè)鉗形制動(dòng)手把均安裝有接點(diǎn)開關(guān)。當(dāng)制動(dòng)時(shí),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(gè)變化形成信號(hào)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(dòng)電流,使功率截止,停止供電。因而,既保護(hù)了功率管本身,又保護(hù)了電動(dòng)機(jī),也防止了電源的浪費(fèi)。
2、欠壓保護(hù) 這里指的是電源的電壓。當(dāng)放電最后階段,在負(fù)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(jì)劃自己的行程。當(dāng)電源電壓已經(jīng)達(dá)到放終時(shí),電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器,保護(hù)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(hù)電子器件和電源。
3、過流保護(hù) 電流超限對(duì)電機(jī)和電路一系列元器件都可能造成損傷,甚至燒毀,這是絕對(duì)應(yīng)當(dāng)避免的??刂齐娐分校仨毦邆溥@種過電流的保護(hù)功能,在過流時(shí)經(jīng)過一定的延時(shí)即切斷電流。
4、過載保護(hù) 過載保護(hù)和過電流保護(hù)是相同的,載重超限必然引起電流超限。電動(dòng)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(diǎn),或抱著試一下的心理故意超載。如果沒有這種保護(hù)功能,不一定在哪個(gè)環(huán)節(jié)上引起損傷,但首當(dāng)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(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)即變得無力,騎行者立即可以感覺到脈動(dòng)異常;若繼續(xù)騎行,接著就燒毀第2個(gè)、第3個(gè)功率管。有兩相功率管不工作,電動(dòng)機(jī)即停止運(yùn)行,有刷電機(jī)則失去控制功能。因此,由過載引起的過電流是很危險(xiǎn)的。但只要有過電流保護(hù),載重超限后電路自動(dòng)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(hù) 仍然屬于過流保護(hù)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(hù) 是助力型電動(dòng)自行車獨(dú)有的設(shè)計(jì)控制程序。車速超過某一預(yù)定值時(shí),電路停止供電不予助力。對(duì)電動(dòng)型電動(dòng)自行車而言,統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h,車用電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí),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(dòng)自行車只能在不超過這個(gè)速度狀態(tài)下運(yùn)行。
控制器的位置不會(huì)影響到性能,主要視設(shè)計(jì)者的意圖。但有幾項(xiàng)原則:(1)在運(yùn)行操作允許時(shí);(2)在整體布置允許時(shí);(3)在線路布設(shè)要求時(shí);(4)在配套設(shè)施要求時(shí)

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