【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)自行車行駛安全。它由車把、制動(dòng)裝置、調(diào)速手把等組成。 .電氣儀表部分 5 電氣儀表裝置是保證車輛安全行駛并反映車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主要裝置，它使騎行者能正確、有效地對(duì)車輛行駛適時(shí)地進(jìn)行控制。它由數(shù)據(jù)顯示裝置、充電器等組成 [4]。 6 第二章 關(guān)鍵部件的特性分析 相對(duì)于燃油類能源而言，目前蓄電池的能量密度較低，是限制和影響電動(dòng)自行車性能的主要因素，因此在電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)中恰當(dāng)?shù)倪x擇蓄電池顯得十分重要?？?以按照電動(dòng)自行車一次充電所要求的行程及克服行駛阻力所需做的功來確定蓄電池容量和功率等級(jí)。 蓄電池的工作過程就是化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的變化規(guī)律。當(dāng)蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而供電機(jī)使用時(shí)，叫放電過程 。當(dāng)外界將反電流通入蓄電池，使其將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能并儲(chǔ)存起來，這時(shí)為充電過程。這種充放電的過程是可逆的，可循環(huán)的 ， 這也是蓄電池的一大特性 — 可重復(fù)性 [9]。 表 21 蓄電池基本工作性能參數(shù)及特性方程 蓄電池工作參數(shù) 定義 符號(hào)說明 端電壓 Ud Ud=U0Id Ri U0為蓄電池的開路電壓 Ri為蓄電池的 內(nèi)阻 Id為放電電流 輸出功率 Pd Pd=Ud Id 放電時(shí)間 t t=K Idn K． n 分別為與蓄電池型有關(guān)的參數(shù) 放電效率 ? =1（ Ri Id/Ud） 由表 21 中蓄電池的放電效率和放電時(shí)間特性方程可知，由于內(nèi)阻的影響，蓄電池放電效率隨放電電流增大而線性下降，放電時(shí)間則相應(yīng)按指數(shù)曲線下降 [11]。 稀土永磁無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)成包括電動(dòng)機(jī)本體、開關(guān)電路、位置傳感器三部分。原理框圖如圖 所示 [13]。 ? 稀土永磁電動(dòng)機(jī)本體是由帶有電樞繞組的定子和永磁轉(zhuǎn)子組成。常用的有三種結(jié)構(gòu)形式 :轉(zhuǎn)子鐵心外圓粘貼瓦片形稀土永磁體 。轉(zhuǎn)子鐵心中嵌入矩形板狀稀土永磁體 :轉(zhuǎn)子外套上一個(gè)整體粘結(jié)稀土磁環(huán)的環(huán)形永磁體。還有一種外轉(zhuǎn)子式結(jié) 7 構(gòu)，即帶有稀土永磁極的轉(zhuǎn)子在外，嵌有繞組的定子在里。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)形式最適用于電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)。 圖 直流無刷電動(dòng)機(jī)的原理框 ? 開關(guān)電路由 逆變器 VF 和驅(qū)動(dòng)電路組成。 逆變器主電路有橋式和非橋式 (圖 )兩種。電樞繞組與逆變器聯(lián)接形式多種多樣，但應(yīng)用最廣泛的是三相星形六狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路將控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，并向各開關(guān)管送去能使其飽和導(dǎo)通和可靠關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 ? 轉(zhuǎn)子位置傳感器 PS 是檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于電樞繞組軸線的位置，向控制器提供位置信號(hào)的一種裝置。它由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)同軸，以跟蹤電機(jī)本體轉(zhuǎn)子位置 。其定子固定于電機(jī)本體定子或端蓋，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。 圖 非橋式逆變電路 三個(gè)霍爾元件沿圓周均勻分別粘貼于電機(jī) 端蓋上，彼此相差 120 度。電角度，并分別與定子三相繞組首端所在槽中心線對(duì)齊，霍爾傳感器轉(zhuǎn)子永磁體為 180 度 直流電源 開關(guān)電路 電動(dòng)機(jī) 位置傳感器 8 表 22 正轉(zhuǎn)時(shí)相互位置關(guān)系 霍爾元件信號(hào) 導(dǎo)通繞組 導(dǎo)通管子 Uha Uhb /Uhc BA vv61. /Uha Uhb /Uhc CA vv21. /Uha Uhb Uhc CB vv23. /Uha /Uhb Uhc AB vv43. Uha /Uhb Uhc AC vv45. Uha /Uhb Uhc BC vv65. 電角度的薄片，與轉(zhuǎn)子同軸安裝，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的端面與霍爾元件的氣隙為 lmm左右，傳感器永磁體軸線與轉(zhuǎn)子主磁極軸線垂直。 電機(jī)轉(zhuǎn)一周時(shí)對(duì)應(yīng)的各相繞組導(dǎo)通順序和功率開關(guān)管的導(dǎo)通邏輯以及三個(gè)霍爾元件輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系，如表 22所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過 60度電角度時(shí)，逆變器各開關(guān)管之間就進(jìn)行一次換流，定子磁狀態(tài)就改變一次。可見電機(jī)有六個(gè)磁狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相導(dǎo)通，每相繞組中流過電流的時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 120 度電角度。每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通角為 120 度，故該逆變器為 120 度導(dǎo)通型。為便于直觀，將電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的三相繞組與各開關(guān)管導(dǎo)通順序的關(guān)系見圖 。 9 圖 三相繞組與各開關(guān)管導(dǎo)詢頂序關(guān)系 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析 由于稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)以及電流是非正弦的，因此采用直、交流坐標(biāo)變換己不是有效的分析法。而直接利用電動(dòng)機(jī)本身的相變量來建立數(shù)學(xué)模型的方法即簡(jiǎn)單又具有較好的準(zhǔn)確度 [8]。 假設(shè)磁路不飽和，不計(jì)渦流和磁損耗，三相繞組完全對(duì)稱，則三相繞組的電壓平衡方程可表示為 : ???????????????????????????????????????????????????????????????EcEbEaIcIbIaPM M LM L ML M MIcIbIarrrUcUbUa000000 (21) 10 式中 UcUbUa , — 定子相繞組電壓 (V)。 IcIbIa , — 定子相繞組電流 (A)。 EcEbEa , — 定子相繞組電動(dòng)勢(shì) ((V)。 L — 每相繞組的自感 ((H)。 M — 每相繞組間的互感 (H)。 P — 微分算子 dtdP /? 。 對(duì)于方波電動(dòng)機(jī)，上式中三相方波電流和三相梯形波反電勢(shì)如圖 所示。由于轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化，因 而定子繞組的自感和互感為常數(shù)。 當(dāng)三相繞組為 Y 連接，且沒有中線，則有 0??? IcIbIa (22) 并且 MIcMIbMIa ??? (23) 將式 (22)和式 (23)代入式 (21)，得到電壓方程為 ??????????????????????????????????????????????????????????????????EcEbEaIcIbIaPMLMLMLIcIbIarrrUcUbUa000000000000 (24) 電磁轉(zhuǎn)矩為 )***(*1 IcEcIbEbIaEaT ??? ? (25) 根據(jù)電壓方程式 (24)，可得電機(jī)的等效電路圖，如圖 所示。 圖 方波電動(dòng)機(jī)的 等效電路圖 11 電機(jī)的運(yùn)行特性分析 電動(dòng)機(jī)是一種輸入電功率、輸出機(jī)械功率的原動(dòng)機(jī)械。因此我們最關(guān)心的是它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，以及轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速隨電壓、負(fù)載變化而變化的規(guī)律。據(jù)此，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性可分為 :起動(dòng)特性、電動(dòng)運(yùn)行特性、制動(dòng)特性、機(jī)械特性及調(diào)速特性。對(duì)于無刷直流電機(jī)，其電勢(shì)平衡方程式為 : UEU riacpacp ???? * (26) 中 U — 電源電壓 (V)。 E — 電樞繞組反電勢(shì) ((V)。 iacp一平均電樞電流 (A)。 racp— 電樞繞組的平均電阻 (ω )。 U? — 功率器件的飽和管壓降 (V)。 對(duì)于不同的電樞繞組形式和換向線路形式，電樞反電勢(shì)均可表示為 : nKeK *? (27) 式中 n — 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min)。 Ke — 反電勢(shì)系數(shù) (V/r/min)。 由方程式 (26)、 (27)可知 KeUUKeEn ri ac pac p *????? (28) 在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡方程式為 : TTT 01?? （ 29） 式中 T — 電磁轉(zhuǎn)矩 (N*m) T1 — 輸出轉(zhuǎn)矩 (N*m) T0 — 摩擦轉(zhuǎn)矩 (N*m) 這里 iacpKtT *? (210) Kt — 轉(zhuǎn)矩系數(shù) ((N m/A)。 在轉(zhuǎn)速變動(dòng)情況下，則有 12 dtdJT TT ???? 01 (211) 式中系數(shù) : J— 轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (( **mN s2 )。 dtd? 一轉(zhuǎn)子的機(jī)械角加速度 ( /rad s2 )。 下面從這些基本公式出發(fā)，來討論無刷直流電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行特性 [5]。 由方程式 ((26)、 (210)、 (211)可知，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，由于反電勢(shì)為零，因此電樞電流 (即起動(dòng) 電流 )為 riacpnUU )( ??? (212) 其值可為正常工作電樞電流的幾倍到十幾倍。所以起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩很大，電動(dòng)機(jī)可以很快起動(dòng)，并能帶負(fù)載直接起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子的加速，反電勢(shì) E 增加，電磁轉(zhuǎn)矩降低，加速力矩也減小，最后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下， 6 只開關(guān)管任意時(shí)刻只有 2 只開關(guān)管導(dǎo)通，分別屬于上橋臂和下橋臂。 圖 動(dòng)運(yùn)行等效電路圖 13 由圖 的運(yùn)行等效電路圖可得，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí) Vl 管和 V6 管導(dǎo)通時(shí)通電回路的回路電壓方程如下 : eililimriimilrrieu bbbabaabbbbabaaaaaad dtddtddtddtddtd ?????????? ****** (213) 式中 eeba,一 A, B 相電勢(shì)，電動(dòng)運(yùn)行時(shí)最大幅值 EUd/2