【正文】 ???????????????????????????????????????????????CBAcBAcBAMLMLMLcBAeeeiiirrruuuiiiP000000000000111 （ 25） 電磁轉(zhuǎn)矩為 ： wT 1? ( Ae Ai + Be Bi + Ce Ci ) （ 26） 根據(jù)電壓方程式 (24)，可以得到永磁無刷直流電機的等效電路圖，如圖27 所示 ： AurL ML MrrL MBuCAiBici AeBe Ce 圖 28 永磁無刷直流電機的等效電路圖 Equivalent circuit of PM BLDCM （ 2）特性分析 永磁無刷直流電機的基本物理量有電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流、反電動勢和轉(zhuǎn)速等。 min/r） （ 222) 轉(zhuǎn)矩系數(shù)為： ??? ? ????? ?WapCITK iaemT 4（ N即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制 來等效地獲得所需要波形 (含形狀和幅值 )。各 PWM 脈沖的幅值相等而寬度是按下弦規(guī)律變化的。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。因此電動機的平均轉(zhuǎn)速 VD 就可以有占空比 D加以控制。 P1 口： P1口是一 8位雙向 I/O 口。 P3 口： P3口的 ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I/0引腳。 P3口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當(dāng)引腳～ 用作輸入并被外部拉低時 ,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流(IIL)。 A T 8 9 C 2 0 5 111 01 12 0R S T( R X D ) P 3 . 0( T X D ) P 3 . 1X T A L 2X T A L 1( I N T 0 ) P 3 . 2( I N T 1 ) P 3 . 3( T 0 ) P 3 . 4( T 1 ) P 3 . 5G N DV C CP 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2P 1 . 1 ( A I N 1 )P 1 . 0 ( A I N 0 )P 3 . 7 圖 32 AT89C2051 外部引腳結(jié)構(gòu)圖 Figure Structure diagram of the external pin AT89C2051 AT89C2051 芯片的 20 個引腳功能為： Vcc：電源電壓。 DV =D* MAXV 式中 D=t/T 稱為占空比 D 越大 DV 就越大反之亦然。因此決定采用 PWM 方式控制直流電機。這些脈沖寬度相等 ,都等于 /N,但幅值不等且脈沖頂部不是水平直 線而是曲線 ,各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。 永磁無刷直流電機的機械特性與傳統(tǒng)直流電機機械特性相同，機械特性較硬，并且有和傳統(tǒng)直流電 機一樣好的控制性能，可以通過改變供電電壓實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)節(jié)電樞電流達到轉(zhuǎn)矩控制的目的。 M） （ 217） 式中 602 n??? 為電機的角速度 則有： aaiaiem ICIWapnnIWapT ?????? ?????? ?? 4602152 （ N?M） （ 218） 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 25 式中?? WapC i?? 4為轉(zhuǎn)矩常數(shù) 。為簡化分析，做如下假設(shè)： (1）定子繞組為 60176。電角度故稱之為 120176。電角度到達圖(b)中的 Ff 的位置時，定子合成磁場才從 圖 27(a)中的 Fa 位置，順時針躍變至 27(b)中的 Fa 位置。電角度到達圖 27(b)所示位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出位置信號改 變，再經(jīng)過控制電路及驅(qū)動電路處理后使 T6 截至， T2 導(dǎo)通， T1 仍然導(dǎo)通。三相星形六狀態(tài)的逆變電路如圖 26 所，示功率開關(guān)管 T1～ T6 通常為功率晶體管 GTR、功率場效應(yīng)晶體管 MOSFET、絕緣柵晶體管 IGBT、可關(guān)斷晶閘管 GTO 以及 MOS 柵控晶閘管、 MCT 等功率電子器件。圖 25 電路簡單，但每項繞組僅通電 120176。 近年來，無位置傳感器的永磁無刷直流電機發(fā)展比較快。這種傳感器具有較高的強度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。電角、相位互差 120176。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。電機運行時，外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成 永磁無刷直流電動機的控制器與電機本體緊密 結(jié)合，是典型的機電一體化器件，由電動機本體、控制器和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成，下面是永磁無刷直流電機的構(gòu)成，如圖 21 所示： 直流電源 控制與驅(qū)動電路 電動機本體位置傳感器轉(zhuǎn)矩輸出 圖 21 永磁無刷直流電機的構(gòu)成框圖 Figure 21 Diagram of the PM BLDCM 下面是三相全波逆變狀態(tài)的永磁無刷直流電機的構(gòu)成框圖，如圖 22所示： +T 1T 4UD 5D 2T 5T 2D 1T 3D 3T 6D 6D 4電機本體轉(zhuǎn)子位置傳感器控制 、 驅(qū)動電路 圖 22 永磁無刷直流電機的構(gòu)成框圖（三相全波逆變狀態(tài)） Figure 22 Diagram of PM BLDCM (threephase fullwave inverter state) 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 14 電機本體 永磁無刷直流電機本體結(jié)構(gòu)與永磁同步電機相似，電機本體主要包括轉(zhuǎn)子和定子。鑒于電動自行車對電動機的基本要求采用永磁無刷直流電動機。 第五章：總結(jié)與展望。電動自行車中的控制器一般必須具備三大功能，一是速度調(diào)節(jié)，二是過電流控制，三是欠電壓保護。由于摩擦式靠摩擦輪胎推進，對輪胎的磨損較為嚴重，此外由于泥水等因素造成的打滑現(xiàn)象，給雨雪天氣安全行車帶來了困難和危險，因此除了在極少應(yīng)用場合下使用外，這種方式已經(jīng)逐漸被放棄。國內(nèi)外已研制了一些新型的電動車用蓄電池，主要有鎳氫電池、鏗離河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 10 子電池和鏗聚合物電池，與鉛酸電池相比，這些電池顯著提高了能量密度和功率密度，壽命較長，充放電諫度和 效率高，但是價格比較貴。 目前，大部分電動自行車廠家所用的電動機為永磁直流電動機，主要原因是：直流電動機是發(fā)展歷史最悠久的電機，它的制造技術(shù)己相當(dāng)成熟，具有高的運行可靠性，極好的調(diào)速性能，極大的過載能力，簡單的控制方法。智能型儀表還能顯示整車各電氣部件的故障情況。閘把信號是當(dāng)電動車剎車時，閘把內(nèi)部電子電路輸出給控制器的一個電信號 ， 控制器接受到這個信號后，就會切斷對電機的供電，從而實現(xiàn)剎車斷電功能。充電器設(shè)計采用恒流、恒壓、浮充三階段自動轉(zhuǎn)換方式，對電池產(chǎn)生保護，有效地延長電池壽命。它雖然具有普通自行車的外表特征 (甚至具有摩托車的外表特征 )，但主要的是他是在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把、閘把等操作部件和顯示儀表系統(tǒng)的。該車可乘 5 人，總重 2500 公斤，最高時速 113 公里。大約在上個世 90年代進入開發(fā)研制高潮，主要集中在上海、北京、廣東和武漢四個地區(qū)，涉及大專院校、科研院所以及部分車輛廠。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)模日益擴大。美國 EVRider 的電動自行車為美國所設(shè)計，但絕大部分為中國大陸制造，市場價位低。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 4 （ 2）美國 電動車研究現(xiàn)狀 在美國政府的積極支持下，美國三大汽車集團公司通用（ 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。德、法、意對 電動車車隊進行跟蹤測試，瑞典、法國等紛紛為本國的電動車發(fā)展策略進行較為深入的研究。 國內(nèi)外電動車研究現(xiàn)狀 八十年代至今，電動車的相關(guān)技術(shù)如電力電子、微電子、計算機控制、電機等技術(shù)的迅速發(fā)展為其開發(fā)研制提供了良好的條件。汽車的燃油效率在政府的督促之下也大大改善了，因而電動車研發(fā)的動力大大的減少了，其步伐 明顯放慢了。這個時期的電動車代表了當(dāng)時車輛制造技術(shù)的精華，高雅的四輪轎車、雙輪輕便 車、運貨車都可以隨時起動，加速時完全沒有噪音，可以以 40km/h 的速度行駛。s AT89C2051 SCM control as the core, from Hall governor handles, from A / D converter, brakes, motordriven and undervoltage circuit, overcurrent protection circuits, and other groups 10%. Through the integrated hardware and software design, with undervoltage protection, overcurrent protection, brake power and other protection. Key words: Electric bicycles； Eermanent mag brushless DC motor； Control system； Overcurrent protection 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 III 目 錄 1 緒論 .......................................................................................................................... 1 課題的背景和意義 ............................................. 1 國內(nèi)外電動車研究現(xiàn)狀 ......................................... 2 電動自行車的結(jié)構(gòu) ............................................. 6 電動自行車驅(qū)動控制的相關(guān)技術(shù) ................................. 8 電動機 ................................................... 9 電池 ..................................................... 9 驅(qū)動及控制系統(tǒng) .......................................... 10 本文內(nèi)容結(jié)構(gòu) ................................................ 11 2 永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)與工 作 原理 .................................................................... 12 永磁無刷直流電機的結(jié)構(gòu) ...................................... 12 永磁無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成 ............................ 13 電機本體 ................................................ 14 轉(zhuǎn)子位置傳感器 .......................................... 15 逆變器電路 .............................................. 17 永磁無刷直流電機的運行原理 .................................. 19 基本運行原理 ............................................ 19 永磁無刷直 流電機的數(shù)學(xué)模型 .............................. 20 永磁無刷直流電機的 PWM控制 .................................. 26 PWM 控制技術(shù)原理簡介 ..................................... 26 PWM 調(diào)制與電機轉(zhuǎn)速 ....................................... 27 3 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 ........................................................................................ 29 控制系統(tǒng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 ...........................