1、 目錄摘要 .II一、概述1（一）電動車的定義1 （二）電動車發(fā)展所面臨問題1 (三)電動車的基本構(gòu)造和功能2（四）電動車常用的電動機(jī)及要求3 （五）無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較4 （六）永磁無刷直流電機(jī)的性能及應(yīng)用5二、電動車電機(jī)的調(diào)速及電路設(shè)計6 （一）永磁無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)及基本工作原理6 （二）永磁無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計9 （三）驅(qū)動設(shè)計的改良 12 （四）無刷直流電機(jī)接線圖13 （五）穩(wěn)壓電路14 （六）保護(hù)電路14三、電動自行車的故障檢修 15（一）電機(jī)空載電流大 17（二）電機(jī)發(fā)熱18（三）電機(jī)的空載/負(fù)載轉(zhuǎn)速比大于1.5 19（四）電池保養(yǎng)及維護(hù)19（五）無刷電

2、機(jī)缺相20四、主要器件性能及原理20 （一）控制器20 （二）蓄電池21 （三）集成轉(zhuǎn)速傳感器22 （四）ADC0809芯片23 （五）三極管23 結(jié)論24 致謝 25 參考文獻(xiàn)2535- -電動車電機(jī)調(diào)速及維護(hù)方案設(shè)計 樸美英摘要電動車是一種安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的綠色交通工具，不僅在能源、環(huán)境方面有其獨特的優(yōu)越性和競爭力，而且能夠更方便地采用現(xiàn)代控制技術(shù)實現(xiàn)其機(jī)電一體化的目標(biāo)，因而具有廣闊的發(fā)展前景。 隨著永磁材料和功率電子元器件的不斷進(jìn)步,永磁無刷直流電動機(jī)得到了快速的發(fā)展,它們被廣泛地用于變速驅(qū)動、伺服驅(qū)動、兵器、航空、航天和工業(yè)自動化等各個領(lǐng)域。因此,合理正確地設(shè)計永磁無刷直流電動機(jī)是一個

3、越來越重要的課題。從本期起分期介紹無刷直流電動機(jī)的設(shè)計,主要有:無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,以及連接方式;分?jǐn)?shù)槽繞組;磁路計算;電路系統(tǒng)的計算等內(nèi)容。關(guān)鍵詞 電動車、無刷直流電機(jī)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、 控制器系統(tǒng)。前 言隨著社會科技的發(fā)展電動車的作用也越來越重要，目前的電動車一走進(jìn)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。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(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定電池必須回收，規(guī)定不上等級公路。一、概 述（一）電

4、動車的定義它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。（二）電動車發(fā)展所面臨問題第一個趨勢是，輕量化的發(fā)展趨勢。一方面，消費者特別是城市消費者偏好正在向更輕巧、更便捷、更安全、更舒適方面轉(zhuǎn)變，另一方面，隨著政府管理力度的加大，電動摩托車的管理模式將逐漸明確，可能只有符合國家標(biāo)準(zhǔn)的電動自行車才能繼續(xù)享受非機(jī)動車的待遇，這在客觀上要求電動自行車向輕量化的方向發(fā)展（輕量化我認(rèn)為無論如何講都應(yīng)該是電動自行車未來發(fā)展的首要趨勢或者是主流趨勢）。第二個趨勢是，鋰電池等新能源的應(yīng)用將不斷拓展提速。就在國慶前夕，工信部消費品司剛剛組織電池行業(yè)和電動自行車行業(yè)的部分企業(yè)

5、召開了鋰電池技術(shù)交流銜接座談會，與會企業(yè)紛紛看好鋰電池的發(fā)展前景，鋰電時代越來越近了。今年，鋰電池電動自行車又得到了進(jìn)一步的發(fā)展。好孩子、力霸皇、耀馬、捷安特、永久、富士達(dá)等一大批企業(yè)推出了鋰電車，作為中高端產(chǎn)品投放市場。從目前鋰電車在北京、上海、南京、濟(jì)南、鄭州等一大批大中城市的銷售情況來看，應(yīng)該講形勢還是良好的，發(fā)展鋰電車已經(jīng)成為多數(shù)企業(yè)的共識。第三個趨勢是，市場的細(xì)分將更加深入發(fā)展。現(xiàn)在電動自行車市場格局已經(jīng)開始分化，銷售市場正在試圖分化，新的市場格局正在加快形成。隨著電動自行車的城市的普及，農(nóng)村市場將是上一階段電動自行車發(fā)展的重點。目前，電動自行車產(chǎn)品的細(xì)分主要建立在城市經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，

6、產(chǎn)品的細(xì)分還主要停留在外觀款式和速度、爬坡能力等基本性能方面。要想開拓農(nóng)村市場，就必須根據(jù)農(nóng)村的使用環(huán)境和農(nóng)民的使用習(xí)慣對現(xiàn)有的產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。同時，城市市場對產(chǎn)品細(xì)分的需求也將進(jìn)一步提升，產(chǎn)品的品牌內(nèi)涵，功能特點，技術(shù)特征，將成為產(chǎn)品細(xì)分的關(guān)鍵點。如何做好產(chǎn)品細(xì)分將是企業(yè)鞏固和擴(kuò)大市場份額，培育差異化的核心競爭力，實習(xí)企業(yè)發(fā)展由量向質(zhì)提升的關(guān)鍵，我認(rèn)為這是我們行業(yè)的第三個趨勢。 第四個趨勢是，產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新將加速發(fā)展。新產(chǎn)品提升企業(yè)已成為趨勢，時尚的產(chǎn)品，多功能的產(chǎn)品，將占領(lǐng)銷售市場。最重要的是，新產(chǎn)品將在技術(shù)創(chuàng)新方面日益成熟，包括永磁高速無刷電機(jī)、微電腦控制技術(shù)、輕合金材料技術(shù)、自動

7、焊接技術(shù)等一批先進(jìn)技術(shù)將在電動自行車中得到更加廣泛的應(yīng)用。電動自行車生產(chǎn)過程和產(chǎn)品本身，也將更加節(jié)能、高效、低碳排放和可循環(huán)，節(jié)能、環(huán)保、高效將是電動自行車技術(shù)創(chuàng)新的核心，將成為激發(fā)更大市場需求的內(nèi)在動力。(三)電動車的基本構(gòu)造和功能1.充電器，它是給電池補(bǔ)充電能的裝置,一般分二階段和三階段充電模式兩種.2.電池，主要采用鉛酸電池組合,另外鎳氫電池與鋰離子電池也在一些輕便折疊電動車上開始使用了.3.控制器，它是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的部件,也是電動車電氣系統(tǒng)的核心,具有欠壓、限流、過流保護(hù)功能.4.轉(zhuǎn)把、閘把、助力傳感器，這些部件都是控制器的信號輸入部件，轉(zhuǎn)把信號是電動車速度的控制信號，閘把信號是電動車

8、剎車時，閘把內(nèi)部電子電路輸出給控制器的一個電信號，控制器接收到這個信號，就會切斷對電機(jī)的供電，從而實現(xiàn)剎車斷電功能，助力傳感器是當(dāng)電動車處于助力狀態(tài)時，檢測騎行腳蹬力矩式腳蹬速度信號的裝置?？刂破鞲鶕?jù)助力傳感器信號的大小，分配給電機(jī)不同的電驅(qū)動功率，以達(dá)到人力與電力自動匹配，共同驅(qū)動電動車的旋轉(zhuǎn)。5.電機(jī)，電機(jī)是將電池電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動電動車輪旋轉(zhuǎn)的部件。電動車上使用的常見的有：有刷有齒、有刷無齒、無刷無齒、無刷有齒、側(cè)掛電機(jī)。6.燈具、儀表，燈具、儀表部分的提供照明并指示電動車狀態(tài)的部件組合。儀表一般提供電池電壓顯示，智能型儀表還能顯示整車個電器部件的故障情況。 （四）電動車常用電動機(jī)及

9、要求電動車用電機(jī)一般是直流電機(jī)，用有、無永久磁鐵分類，有永磁電機(jī)和串激電機(jī)兩類。電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分叫轉(zhuǎn)子，不轉(zhuǎn)動叫定子。永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子有一個是永久磁鐵，另一個則是漆包線繞的線包；串激電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子都是漆包線繞制的線包。同樣功率的電機(jī)，永磁電機(jī)比串激電機(jī)省電。目前電動車電機(jī)普遍采用永磁直流電機(jī)。所謂永磁電機(jī)，是指電機(jī)線圈采用永磁體激磁，不采用線圈激磁的方式。這樣就省去了激磁線圈工作時消耗的電能，提高了電機(jī)機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，這對使用車載有限能源的電動車來講，可以降低行駛電流，延長續(xù)行里程。電動車電機(jī)按照電機(jī)的通電形式來分，可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩大類；按照電機(jī)總成的機(jī)械結(jié)構(gòu)來分，一般分為“有齒”（

10、電機(jī)轉(zhuǎn)速高，需要經(jīng)過齒輪減速）和“無齒”（電機(jī)扭矩輸出不經(jīng)過任何減速）兩大類。電動車對 電動機(jī)的性能有四大要求：即加速性能、穩(wěn)速性能、長時工作性能和爬坡性 能。 車用 電動機(jī)在設(shè)計和制造時應(yīng)考慮的要求是，耐用性。首先要能夠耐受沖擊和碰撞、顛簸等外力的反復(fù)作用，保證正常運轉(zhuǎn)。 防水防銹蝕。在 電動機(jī)的壽命期內(nèi)，不能因為運行中受到雨天和偶然淋水而銹跡 斑斑或危及 內(nèi)部電路和絕緣。電動機(jī)應(yīng)當(dāng)是防銹的，密封應(yīng)當(dāng)可靠，不能侵入水分。耐氣候性。車用 電動機(jī)的使用環(huán)境不比礦 山設(shè)備作業(yè)條件更好，甚至更復(fù)雜。用戶可以是天南地北，沙漠、沿海、化學(xué)腐蝕地帶。他們有時行進(jìn)在酷熱溫濕、或寒冷干燥的地區(qū)，條件相差懸殊。

11、所有這些不同的環(huán)境，車用 電動機(jī)都應(yīng)當(dāng)能夠適應(yīng)。（5） 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較磁無刷直流電動機(jī)是由一塊或多塊永磁體建立磁場的直流電動機(jī)，其性能與恒定勵磁電流的他勵直流電動機(jī)相似，可以由改變電樞電壓來方便地調(diào)速。與他勵式直流電動機(jī)相比，具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、用銅量少等優(yōu)點，是小功率直流電動機(jī)的主要類型。由于永磁無刷直流電機(jī)的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機(jī)高10%左右，一般來說，永磁直流電機(jī)的力能指針（cos）比同容量三相異步電動機(jī)高12%-20%。 圖1 永磁無刷

12、直流電機(jī)永磁有刷直流電機(jī)的工作原理 有刷電機(jī)的定子上安裝有固定的主磁極和電刷，轉(zhuǎn)子上安裝有電樞繞組和換向器。直流電源的電能通過電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組，產(chǎn)生電樞電流，電樞電流產(chǎn)生的磁場與主磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動負(fù)載。由于電刷和換向器的存在，有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，故障多，維護(hù)工作量大，壽命短，換向火花易產(chǎn)生電磁干擾。 圖2 有刷直流電機(jī)由換當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外接通向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。 （6） 永磁無刷

13、直流電機(jī)的性能及應(yīng)用永磁無刷直流電動機(jī)是一種高性能的電動機(jī)。它的最大特點就是具有直流電動機(jī)的外特性而沒有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗，發(fā)熱的電樞組又裝在外面的定子上，散熱容易。因此，永磁無刷直流電動機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)的情況下運行。無刷直流電動機(jī)因其無電刷和機(jī)械換向器，不需要減速裝置，噪聲低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電動自行車中。1.壽命長、免維護(hù)、可靠性高。在有刷直流電動機(jī)中，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，電刷和換向器磨損較快，一般工作1000小時左右就

14、需更換電刷。另外其減速齒輪箱的技術(shù)難度較大，特別是傳動齒輪的潤滑問題，是目前有刷方案中比較大的難題。所以有刷電機(jī)就存在噪聲大、效率低、易產(chǎn)生故障等問題。因此無刷直流電動機(jī)的優(yōu)勢很明顯。2.效率高、節(jié)能。一般而言，因無刷直流電動機(jī)沒有機(jī)械換向的磨擦損耗及齒輪箱的消耗，以及調(diào)速電路損耗，效率通?？筛哂?5%，但考慮到實際設(shè)計中的最高性價比，為減少材料消耗，一般設(shè)計為76%。而有刷直流電動機(jī)的效率由于齒輪箱和超越離合器的消耗，通常在70%左右。 二、電動車電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)及制動設(shè)計（一）無刷直流電機(jī)硬件設(shè)計我們先了解一下直流電動機(jī)的調(diào)速，想了解直流電機(jī)的調(diào)速先了解一下直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.無刷直流電動

15、機(jī)的結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機(jī)(brushless DC motor)是由電動機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。其原理框圖如下圖所示。圖中，直流電源通過開關(guān)電路向電動機(jī)定子繞組供電，位置傳感器隨時檢測到轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，從而自動地控制哪些繞組通電，哪些繞組斷電，實現(xiàn)了電子換向。 圖3 無刷直流電動機(jī)的原理框圖無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的，是具有一定磁極對數(shù)的永磁體。 圖4 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 普通直流電動機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，而定子產(chǎn)生固定不動的磁場。為了使直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，需要通過換向器和電刷

16、不斷改變電樞繞組中電流的方向，使兩個磁場的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電動機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。 無刷直流電動機(jī)為了去掉電刷，將電樞放到定子上去，而轉(zhuǎn)子制成永磁體，這樣的結(jié)構(gòu)正好和普通直流電動機(jī)相反；然而，即使這樣改變還不夠，因為定子上的電樞通過直流電后，只能產(chǎn)生不變的磁場，電動機(jī)依然轉(zhuǎn)不起來。為了使電動機(jī)轉(zhuǎn)起來，必須使定子電樞各相繞組不斷地?fù)Q相通電，這樣才能使定子磁場隨著轉(zhuǎn)子的位置在不斷地變化，使定子磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場始終保持左右的空間角，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動機(jī)由一臺同步電機(jī)、一組轉(zhuǎn)子位置檢測器和一套受位置檢測器控制的自控式逆變器組成。中小型電機(jī)的逆變器一般由晶體管組成；

17、大型電機(jī)的逆變器通常采用晶閘管構(gòu)成,稱為晶閘管電動機(jī)。 圖5 無刷直流電機(jī) 圖6 無刷直流電機(jī)接線圖所示為一臺用霍耳元件作為轉(zhuǎn)子位置檢測元件的小型晶體管無刷直流電動機(jī)。圖中兩個霍耳磁敏檢測元件HG1和HG2安放在電動機(jī)定子的X相和Y相繞組的軸線上。它們的輸出端子x1、x2，y1、y2分別用于控制晶體管BG4、BG2、BG1和BG3的通斷。 圖7 無刷直流電動機(jī)接線圖當(dāng)磁極N的軸線對著霍耳元件HG1時,在HG1中產(chǎn)生x1方向上的信號。此信號使晶體管BG4導(dǎo)通,于是在相繞組WX1中有電流流通，在x軸線上產(chǎn)生一個S極磁場，它將吸引轉(zhuǎn)子上的N極旋轉(zhuǎn)90°。當(dāng)轉(zhuǎn)子N極轉(zhuǎn)到X相軸線上時，HG1的

18、輸出將變?yōu)榱?，BG4關(guān)斷，而在霍耳元件HG2中將產(chǎn)生y2方向上的信號,使晶體管BG3導(dǎo)通,相繞組Wy2中通入電流。又在 y2軸線上產(chǎn)生S極，它再次吸引轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°。依此類推，定子繞組將按照Wx1Wy2Wx2Wy1Wx1的順序輪流通電，形成一個步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁場，吸引著轉(zhuǎn)子不斷地轉(zhuǎn)動。在小型無刷直流電動機(jī)中逆變器常用半波中零式電路。這種線路結(jié)構(gòu)比較簡單,但采用半波逆變,電機(jī)電視繞組中的電流只沿一個方向流通半個周期，所以電機(jī)的材料利用率較低。在容量較大的無刷直流電機(jī)中通常采用橋式電路，電樞繞組能在正負(fù)兩個半周中均通過電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。無刷直流電機(jī)硬件設(shè)計方案一逆變電路按其直流電源性質(zhì)不

19、同分為兩種：電壓型逆變電路或電壓源型逆變電路，電流型逆變電路或電流源型逆變電路。電壓逆變電路電壓型逆變電路的特點(1)直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(2)輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同(3)阻感負(fù)載時需提供無功。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管電流型逆變電路直流電源為電流源的逆變電路電流型逆變電路。一般在直流側(cè)串聯(lián)大電感，電流脈動很小，可近似看成直流電流源。 電流逆變電路電流型逆變電路主要特點：(1)直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源。(2)交流輸出電流為矩形波，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。(3)直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用

20、，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應(yīng)用較多。換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流 功率開關(guān)電源電路域逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機(jī)供電。與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨立調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號，是一個“自控式逆變器”。由于采用自控式逆變器，無刷直流電動機(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電動機(jī)的重要優(yōu)點之一（2） 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計霍耳轉(zhuǎn)把輸出電壓的大小，取決于霍耳元件周圍的磁場強(qiáng)度。轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場強(qiáng)度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。然后把這個電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個信

21、號的大小進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制。從而控制功率管的導(dǎo)通關(guān)閉的比例以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小2.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足較高的性能指標(biāo)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(fù)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(jìn)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(fù)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9 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

22、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(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)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(biāo)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(dá)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(dāng)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。

23、3.雙閉環(huán)直流調(diào)速(1)雙閉換調(diào)速系統(tǒng)原理圖  圖10 雙閉換調(diào)速系統(tǒng)原理圖(2)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖11 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖兩個調(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)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(dāng)于使該調(diào)節(jié)器處于斷開。而輸出未達(dá)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)時為零電流檢測采用三相交流電流互感器 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， 轉(zhuǎn)速和電流均為

24、無靜差。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入無偏差，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差(3)雙閉調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾性 圖12動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(4)抗負(fù)載擾動作用由雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抗負(fù)載擾動作用的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之外，轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在抗負(fù)載擾動方面和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能依靠轉(zhuǎn)速環(huán)來進(jìn)行抗擾調(diào)節(jié)。（5）抗電網(wǎng)電壓擾動 圖13 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖知：電網(wǎng)電壓擾動在電流環(huán)之內(nèi)，電壓擾動尚未影響到轉(zhuǎn)速前就已經(jīng)為電流環(huán)所抑制。因而雙閉環(huán)系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓擾動引起的動態(tài)速降（升）比單閉環(huán)小得多。4.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點： 具有良好的靜特性(接近理想的“挖土機(jī)特性”)。 具有較好的動態(tài)特性，起動時間短(動態(tài)響應(yīng)快)，超

25、調(diào)量也較小。 系統(tǒng)抗擾動能力強(qiáng)，電流環(huán)能較好地克服電網(wǎng)電壓波動的影響，而速度環(huán)能抑制被它包圍的各個環(huán)節(jié)擾動的影響，并最后消除轉(zhuǎn)速偏差 由兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速。這樣，可以分別進(jìn)行設(shè)計，分別調(diào)整(先調(diào)好電流環(huán)，再調(diào)速度環(huán))，調(diào)整方便。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的硬度大大提高。在相同負(fù)載下兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 它們的關(guān)系是 顯然，當(dāng)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(dāng)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(fù)載下，所以Scl和Sop之間的關(guān)系為 （3）當(dāng)要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以

26、大大提高。假如電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速相同，對靜差率的要求也相同，那么，根據(jù)式（8.8），當(dāng)開環(huán)時 閉環(huán)時 再考慮到式，得 （4）當(dāng)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)的理想空載轉(zhuǎn)速大大降低。如果要維持系統(tǒng)的運行速度不變，使，閉環(huán)系統(tǒng)所需要的要為開環(huán)系統(tǒng)的（1+K）倍。因此，如果開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)使用同樣水平的的給定電壓，又要使運行速度基本相同，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。因為在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于引入了轉(zhuǎn)速反饋電壓Un，偏差電壓必須經(jīng)放大器放大后才能產(chǎn)生足夠的控制電壓Ucl。開環(huán)系統(tǒng)中，和Ucl屬于同一數(shù)量級的電壓，可以不必設(shè)置放大器。而且，上面提到閉環(huán)調(diào)速

27、系統(tǒng)的三項優(yōu)點，都是K越大越好，也必須設(shè)置放大器。（三)驅(qū)動系統(tǒng)及電路的設(shè)計電動自行車使用24V直流電機(jī)，對于這種小功率直流電機(jī)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(jī)。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(qiáng)，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。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(fù)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(jī)。

28、永磁式直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理：永磁式直流電動機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓UD決定，電樞電壓UD越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓UD降為0V，電機(jī)就就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)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(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時使電動機(jī)再次接通，電動機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。 圖脈沖信號圖Vmax為電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值，Vmin為電動機(jī)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)

29、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(jī)的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。 圖3.6 VD/D關(guān)系圖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(dǎo)通時間為Ta,T2和T4導(dǎo)通時間為Tb，這樣在Ta這段時間內(nèi)，電機(jī)通過的是正向電流，在Tb這段時間內(nèi)為反相電流。當(dāng)Ta=Tb時電機(jī)停轉(zhuǎn)，Ta>Tb電機(jī)正轉(zhuǎn)，Ta<Tb電機(jī)反轉(zhuǎn)。單向式：單向式的電路和雙向式相同，同的是在電機(jī)正轉(zhuǎn)時，Tb這段時間內(nèi)不通過反相電流；電機(jī)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

30、，比較不容易發(fā)生上下三極管導(dǎo)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。綜合以上兩種方式的優(yōu)缺點，并考慮到電動自行車對調(diào)速精度要求不太高，以及省電、器件損耗等方面因素，決定采用單向式PWM；考慮到編程時可能會產(chǎn)生使T1、T2、T3、T4都導(dǎo)通的情況，以致電源短路，燒毀器件。為了避免出現(xiàn)這種情況，設(shè)計了圖3.7所示的電路: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(jī)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。由于采用單片機(jī)控制電機(jī)，如果單片機(jī)的電源采用與電機(jī)同一電源，雖然經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波，但單片機(jī)

31、仍然容易受到電機(jī)以及繼電器的干擾。為了避免干擾，采用光電隔離，單片機(jī)和電機(jī)采用兩套電源，4N26光耦一般需要2mA以上的驅(qū)動電流，由于單片機(jī)的輸出電流只有幾百毫安，故需要先接74LS245或者接一個三極管增加驅(qū)動能力（74LS245的高電平驅(qū)動能力為15mA）。光耦的輸出再接給達(dá)林頓管，考慮到電機(jī)的短路電流有2A，故選用TIP132型號的達(dá)林頓管（允許通過的最大瞬時 圖3.7電源電路電流為8A）。另外，在達(dá)林頓管的C極和電源的正極之間接一個耐流為2A的二極管，這樣在關(guān)斷電源后，使繼電器反相，可以讓電機(jī)放電，這樣停時車不至于因為慣性滑行太遠(yuǎn)而浪費能源。因此，切斷電源后要將電動車停下來而采取的無謂

32、制動不能將電能回饋給蓄電池?？紤]到電動自行車對電機(jī)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3.8脈沖信號波形圖工作時Ta為高電平，通過光耦驅(qū)動復(fù)合管T導(dǎo)通，此時Tb為高電平通過光耦使三極管導(dǎo)通，繼電器各線圈被短路。K1、K2為常閉觸點，所以電動機(jī)加正向電壓。當(dāng)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(dǎo)通。電動機(jī)加反向電壓。如果保證Ta>Tb則電動機(jī)正轉(zhuǎn)。通過改變Ta、Tb的占空比即可改變轉(zhuǎn)速 周邊電路保護(hù)(一)穩(wěn)壓電路 圖16穩(wěn)壓電路24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器電路

33、中接入C1、C2是用來實現(xiàn)頻率補(bǔ)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(hù)二極管，當(dāng)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。（二）保護(hù)電路 圖17保護(hù)電路減流式保護(hù)電路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主要是T11）能在安全區(qū)以內(nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。首先考慮一種簡單的情況。假設(shè)圖4.5中的DZ3、DZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時

34、，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即PC<PCM并且輸出電流IO在額定值以內(nèi)，流過R11的電流使 =IOR11<0.6V，T12截止。當(dāng)輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時，輸出電流超過極限值（IO(CL)=PCM/VI=0.6V/R11）時，即當(dāng) >0.6V時，使T12管導(dǎo)通。由于它的分流作用，減小了T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降VCE值，又使PC<PCM，才能全面地進(jìn)行保護(hù)。圖4.10中DZ3、DZ4和R14、R15所構(gòu)成的支路就是為

35、實現(xiàn)上述保護(hù)目的而設(shè)置的。電路中如果（VIIOR11VO）>（VZ3+ VZ4），則DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致T12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。VBE12的值為 經(jīng)整理后得： 顯然，（VI VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于IO的減小，故上述保護(hù)稱為減流式保護(hù)。 電流采樣及過電流保護(hù)設(shè)計 電流采樣及過流保護(hù)圖1 電流信號電機(jī)主回路電流信號經(jīng)采樣電阻獲得。電流信號經(jīng)過LM358放大，由單片機(jī)PIC16F72A/D通道RA1（管腳2）輸入，并進(jìn)行控制處理。同時。電流采樣信號通過LM358與一固定電壓值比較，當(dāng)電壓的電流過大時，LM358輸出

36、高電平，送入GAL16V8直接關(guān)斷輸出，進(jìn)行邏輯保護(hù)。2 電流采樣通常對電機(jī)三相電流進(jìn)行控制需要三個獨立的電流閉環(huán)，而永磁無刷直流電機(jī)采用兩相導(dǎo)通方式，即電機(jī)三相定子繞組在某一時刻只有兩相通電，導(dǎo)通的兩相繞組的電流大小相等，方向相反，因此任意時刻只需控制一個電流量。電流采樣方式可采取直接采樣兩相電流的方法或采樣直流母線電流的方法。對于永磁無刷直流電機(jī)多采用后一種方法。采樣直流母線電流有兩種方法，一種是在待測電路上串入一個小電阻，用小電阻上的壓降反映電流的大??；另一種是采用電流傳感器。在電流較大，或要求電隔離的情況下，可以采用磁場平衡式霍爾電流傳感器?？紤]到本控制系統(tǒng)的成本問題，本系統(tǒng)采用第一種

37、電流采樣方式。3 過流保護(hù)過流保護(hù)電路可以對MOSFET進(jìn)行保護(hù)，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到閥值時關(guān)閉電機(jī)，避免了MOSFET上通過大電流燒毀的危險。過流保護(hù)是控制器的最后防線，過流保護(hù)電阻用的是康銅絲，當(dāng)系統(tǒng)電流超過最大保護(hù)電流值時，康銅絲會燒斷，從而起到保護(hù)作用。 護(hù)原理圖過流保3.7.2 LM358雙運放大電路如圖3-15所示，LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場

38、合。 LM358引腳功能圖 欠電壓保護(hù)圖3-16 欠電壓保護(hù)電路圖如圖3-17所示，電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī)RA1（管腳3），由單片機(jī)采入進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)電池電壓過低時給出欠壓信號，輸出截止，防止電池由于過放而損壞。對于無刷直流電機(jī)控制器，由于輸入控制變量比較多，控制器可以利用各種輸入信號對控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以大大提高無刷直流電機(jī)控制器的可靠性。 三、電動車的故障檢修（一）電機(jī)電機(jī)是電動車的關(guān)鍵部件。由于電動車所帶的能源有限，作為全天候的交通工具，更要求電機(jī)能耐受較惡劣的環(huán)境，可靠性要高。電機(jī)在機(jī)構(gòu)上，分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī): 有刷電機(jī)是傳統(tǒng)產(chǎn)品，性能比較穩(wěn)定。應(yīng)該是

39、電動車的首選電機(jī)。 無刷電機(jī)是新產(chǎn)品，其壽命性能比有刷電機(jī)好。但其控制電路比較復(fù)雜，對元件的老化篩選要求比較嚴(yán)格。雖然電機(jī)壽命長但控制電路容易出毛病。 圖18永磁無刷電機(jī)檢修方法： 將萬用表置于直流20A擋位，將紅、黑表筆串聯(lián)接在控制器的電源輸入端。打開電源，在電機(jī)不轉(zhuǎn)動的情況下，記錄下此時萬用表的最大電流數(shù)值A(chǔ)1。 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，使電機(jī)高速空載轉(zhuǎn)動10s以上。等電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后，開始觀察并記錄此時萬用表的最大數(shù)值A(chǔ)2。 電機(jī)的空載電流=A2-A1 各種電機(jī)的無故障最大極限空載電流參考表如下： 當(dāng)電機(jī)的空載電流大于參考表極限數(shù)據(jù)時，表明電機(jī)出現(xiàn)了故障。電機(jī)空載電流大的原因有： 電機(jī)內(nèi)部機(jī)械摩擦大。

40、 線圈局部短路。 磁鋼退磁。 我們繼續(xù)往下做有關(guān)的測試與檢查項目，可以進(jìn)一步判斷出故障原因或故障部位。（二）電機(jī)發(fā)熱 用非接觸式的紅外線溫度計，或萬用表的溫度測量擋位（帶溫度測量的萬用表），測量電機(jī)端蓋的溫度超過環(huán)境溫度25以上時，表明電機(jī)的溫升已經(jīng)超出了正常范圍，一般電機(jī)的溫升應(yīng)在20以下。 電機(jī)發(fā)熱的直接原因是由于電流大引起的。電機(jī)電流I，電機(jī)的輸入電動勢E1，電機(jī)旋轉(zhuǎn)的感生電動勢（又叫反電動勢）E2，與電機(jī)線圈電阻R之間的關(guān)系是： I=（E1-E2）÷R I增大，說明R變小或E2減小了。R變小一般是線圈短路或開路引起的。E2減小一般是磁鋼退磁引起的或者是線圈短路、開路引起的。

41、在電動車的整車的維修實踐中，處理電機(jī)發(fā)熱故障的方法，一般是更換電機(jī)。（三）電機(jī)的空載/負(fù)載轉(zhuǎn)速比大于1.5 打開電源，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，使電機(jī)高速空載轉(zhuǎn)動10s以上。 等電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后，用手持式速度/轉(zhuǎn)速測量計測量此時電機(jī)的空載最高轉(zhuǎn)速N1。 在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，行駛200m距離以上，開始測量電機(jī)的負(fù)載最高轉(zhuǎn)速N2。空載/負(fù)載轉(zhuǎn)速比=N2÷N1 當(dāng)電機(jī)的空載/負(fù)載轉(zhuǎn)速比大于1.5時，說明電機(jī)的磁鋼退磁已經(jīng)相當(dāng)厲害了，應(yīng)該更換電機(jī)里面整套的磁鋼,在電動車的實際維修過程中一般是更換整個電機(jī)。（四）電池保養(yǎng)及維護(hù) 蓄電池存放時應(yīng)該是充滿電之后存放，在一個月左右取出來放電或者使用一到二次，然后再充電

42、繼續(xù)存放；這樣利于延長蓄電池的使用壽命； 一般新的蓄電池前三次充電最好在8-12小時，以后掌握在6-8小時即可； 蓄電池的充電快、慢無所謂；關(guān)鍵是放電時間；放電時間長就可以繼續(xù)使用；蓄電池只要是能夠充電、放電就還可以繼續(xù)使用；如果購買國產(chǎn)大品牌的就可以；如果自己會鑒別質(zhì)量優(yōu)劣，也可以選購中小廠家的品牌產(chǎn)品；這樣性價比高一些； 一般電池的壽命是以充電、放電的次數(shù)來決定的；一般返修、翻新的蓄電池充電次數(shù)在50次左右，所以購買時都信誓旦旦的告訴你，保修三個月、或者半年；一過保修期肯定使不長；普通廠家生產(chǎn)的蓄電池充電、放電次數(shù)在100-180次左右；使用期限在一年到兩年左右；好的廠家生產(chǎn)的蓄電池充電、

43、放電次數(shù)200-300次左右；使用期限在兩年到三年左右；進(jìn)口、原裝的蓄電池充電、放電能夠達(dá)到500次以上，使用年限就更長。 圖19蓄電池不宜騎過就充電電池的壽命是由充放電循環(huán)次數(shù)決定的，充放電的次數(shù)越多壽命縮減越快。充電時間不宜過長許多電動車用戶認(rèn)為充電時間越長電池電量越足。這是非常錯誤的。充電時間一般以充電器變燈后延長一小時以內(nèi)為最佳長時間的過充容易導(dǎo)致電池變形、失水等現(xiàn)象。從而直接危害電池壽命。嚴(yán)禁虧電行使有的用戶一直到電動車騎不動時再充電，這樣就嚴(yán)重傷害性能。(五)無刷電機(jī)缺相無刷電機(jī)缺相一般是由于無刷電機(jī)的霍耳元件損壞引起的，我們可以通過測量霍耳元件輸出引線相對霍耳地線和相對霍耳電源引

44、線的電阻，用比較法判斷是哪只霍耳元件出現(xiàn)故障。 為保證電機(jī)換相位置的精確，一般建議同時更換所有的三個霍耳元件。更換霍耳元件之前，必須弄清楚電機(jī)的相位代數(shù)角是120度還是60度，一般60度相角電機(jī)的三個霍耳元件的擺放位置是平行的。而120度相角電機(jī)，三個霍耳元件中間的一個霍耳元件是呈翻轉(zhuǎn)180度位置擺放的。 四、主要的元器件性能（一）控制器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、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功

45、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)通時間以控制電機(jī)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(jī)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。保護(hù)功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機(jī)在運行中，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，電路根據(jù)反饋信號采取的保護(hù)措施。電動自行車基本的保護(hù)功能和擴(kuò)展功能保護(hù)功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機(jī)在運行中，因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等障出現(xiàn)時，電路根據(jù)反饋信號采取的保護(hù)措施。電動自行車基本的保護(hù)功能和擴(kuò)展功能如下：1.制動斷電

46、60; 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)。2.欠壓保護(hù)  這里指的是電源的電壓。3.過流保護(hù)  電流超限對電機(jī)和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應(yīng)當(dāng)避免的。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。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)  是助力型電動自行車獨有的設(shè)計控制程序。（二）蓄電池鋰電池的材料鋰金屬電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池使用以下反應(yīng)： 圖20正極反應(yīng)：放電時鋰離

47、子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。 充電時：LiFePO4 Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- LiFePO4 負(fù)極材料：多采用石墨。新的研究發(fā)現(xiàn)鈦酸鹽可能是更好的材料。負(fù)極反應(yīng)：放電時鋰離子脫插，充電時鋰離子插入。 充電時：xLi+ + xe- + 6C LixC6放電時：LixC6 xLi+ + xe- + 6C鋰電池優(yōu)點充電器能量比比較高使用壽命長額定電壓高具備高功率承受力自放電率很低重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5-6； 高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20-60的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45環(huán)境下使用； 綠色環(huán)

48、保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。 生產(chǎn)基本不消耗水。（三）集成轉(zhuǎn)速傳感器集成轉(zhuǎn)速傳感器具有靈敏度高、測量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡單等優(yōu)點，是傳統(tǒng)的分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級換代產(chǎn)品。轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測參數(shù)。測量轉(zhuǎn)速時經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動齒輪的最大間隙（亦稱磁感應(yīng)距離）只有零點幾毫米；第二，在測量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時，因安裝不牢固或受機(jī)械振動，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種

49、傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號，因此，需要經(jīng)過放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計測量轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無法測量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因為這時磁阻式傳感器可能檢測不到轉(zhuǎn)速信號。 圖21 集成轉(zhuǎn)速傳感器目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展，典型產(chǎn)品有飛利浦（Philips）公司生產(chǎn)的KMI15系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器。該傳感器性能優(yōu)良，安全性好，穩(wěn)定性強(qiáng)，是分立式轉(zhuǎn)速傳感器理想的升級換代產(chǎn)品。KMI15-1系列包括KMI15-1、KMI15-2、KMI15-3、KMI15-3等型號，它們的工作原理相

50、同，僅性能指標(biāo)略有差異。下面就以KMI15-1為例來介紹該系列集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與具體應(yīng)用方法。(四）ADC0809芯片ADC0809芯片是最常用的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼近型，芯片由單個+5V電源供電，可以分時對8路輸入模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，典型的A/D轉(zhuǎn)換時間為100微秒左右。在同類產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價位都居首位。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，如圖4.2： 圖22 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許

51、8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。（5） 三極管半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導(dǎo)體鍺或硅

52、的單晶上制備兩個能相互影響的PN結(jié)，組成一個PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的N區(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。 圖23三極管三極管是利用VEB控制由射極經(jīng)基極,入射到集電極的電洞，而npn三極管則是利用VBE控制由射極經(jīng)基極、入射到集電極的電子。三極管在數(shù)字電路中的用途其實就是開關(guān)，利用電信號使三極管在正向活性區(qū)（或飽和區(qū)）與截止區(qū)間切換，就開關(guān)而言，對應(yīng)開與關(guān)的狀態(tài)，就數(shù)字電路而言則代表0與1（或1與0）兩個二進(jìn)位數(shù)字。若三極管一直維持偏壓在正向活性區(qū)，在射極與基極間微小的電信號（可以是電壓或電流）變化，會造成射極與集電極間電流相對上很大的變化，故可用作信號放大器。結(jié)論全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展使人們迫切希望尋求到一種既代替人力又低排放和有效利用資源的交通工具，電動車在能源、環(huán)境發(fā)面有其獨特的優(yōu)越性和競爭力。在系統(tǒng)的設(shè)計中，為了減少走彎路和節(jié)約時間，應(yīng)充分考慮抗干擾性能的要求，避免在設(shè)計完成以后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。因此，