【文章內容簡介】 步電動機。無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉子磁場軸線位置，所以不論轉子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產生足夠大的啟動轉矩，因此轉子上不需另設啟動繞組。由于定子磁場軸線可視作同轉子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產生的平均電磁轉矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機的電流轉矩特性。電動機的轉矩正比于繞組平均電流：Tm=KtIav （Nm）電動機兩相繞組反電勢的差正比于電動機的角速度：ELL=Keω （V）所以電動機繞組中的平均電流為：Iav=（VmE 為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機的電磁轉矩：Tm=δ（VDCKt/2Ra）－Kt（Keω/2Ra）Kt、Ke 是電動機的結構常數(shù)，ω 為電動機的角速度（rad/s），所以，在一定的 ω 時，改變占空比 δ，就可以線性地改變電動機的電磁轉矩，得到與他勵直流電動機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。無刷直流電動機的轉速設定，取決于速度指令 Vc 的高低，如果速度指令最大值為+5V 對應的最高轉速 Vc(max)那么，+5V 以下任何電平即對應相當?shù)霓D速n，這就實現(xiàn)了變速設定。當 Vc 設定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當轉速低于指令轉速時，反饋電壓 Vfb 變小，調制波的占空比 δ 就會變大，電樞電流變大，使電動機產生的電磁轉矩增大而產生加速度，直到電動機的實際轉速與指令轉速相等為止；反之，如果電動機實際轉速比指令轉速高時，δ 減小，Tm 減小，發(fā)生減速度，直至實際轉速與指令轉速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動機在允許的電壓波動范圍內，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉速與指令轉速相差在 1%左右，并可以實現(xiàn)在調速范圍內恒轉矩運行。商丘工學院畢業(yè)論文設計11由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉子中無交變磁通，其轉子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機高 10%左右，一般來說，無刷直流電動機的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動機高 12%20%。電動機采用無錫市日馳電機有限公司生產的永磁無刷直流電動機4. 4 三端式穩(wěn)壓器 78L05 三端式穩(wěn)壓器 78L05 的工作原理 圖 45 78L05 原理圖電路如圖 45 所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調整電路和保護電路等部分組成。下面對各部分電路作簡單介紹。電動自行車調速系統(tǒng)的設計12 啟動電路 在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當輸入電壓 V1接通后，這些恒流源難以自行導通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動電路給恒流源的BJT TT 5提供基極電流。啟動電路由 TT D Z1組成。當輸入電壓 V1高于穩(wěn)壓管 DZ1的穩(wěn)定電壓時，有電流通過 TT 2，使 T3基極電位上升而導通，同時恒流源 TT 5也工作。T 4的集電極電流通過 DZ2以建立起正常工作電壓，當 DZ2達到和 DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個電路進入正常工作狀態(tài)，電路啟動完畢。與此同時，T 2因發(fā)射結電壓為零而截止，切斷了啟動電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證 T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準電壓源。 基準電壓電路 基準電壓電路由 TD ZT R R 3及 DD 2組成，電路中的基準電壓為:VREF=[(VZ2－3V BE)/( R1+ R2+ R3)]R1+2RBE式中 VZ2為 DZ2的穩(wěn)定電壓，V BE為 TD D 2發(fā)射結（D D 2為由發(fā)射結構成的二極管）的正向電壓值。在電路設計和工藝上使具有正溫度系數(shù)的 RR D Z2與具有負溫度系數(shù)的 TD D 2發(fā)射結互相補償，可使基準電壓 VREF基本上不隨溫度變化。同時，對穩(wěn)壓管 DZ2采用恒流源供電，從而保證基準電壓不受輸入電壓波動的影響。 取樣比較放大電路和調整電路 這部分電路由 T4～T 11組成，其中 TT 11組成復合調整管；R 1R 13組成取樣電路；T T 8和 T6組成帶恒流源的差分式的電流 IC5=IC8+IB10，當調整管滿載時 IB10最大，而 IC8最??；而當負載開路時 IO=0，I B10也趨于零，這時 IC5幾乎全部流入 T8，使得 IC8的變化范圍大，這對比較放大電路來說是不允許的，為此接入由 TR 9級成的緩沖電路。當 IO減小時，I B10減小，I C8增大，待 IC8增大到 VR9 時，則 T9導通起分流作用。這樣就減輕了 T8的過多負擔使 IC8的變化范圍縮小。 減流式保護電路 減流式保護電路由 T1R 1R 1R 14和 DZD Z4組成，R 11為檢流電阻。保護的目的主要是使調整管（主要是 T11）能在安全區(qū)以內工作，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。假設圖 1 中的 DZD Z4和商丘工學院畢業(yè)論文設計13R14不存在，R 15兩端短路。這時，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即 PCPCM并且輸出電流 IO在額定值以內，流過 R11的電流使 V11=IOR11，T 12截止。當輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時，輸出電流超過極限值（I O(CL)=PCM/VI=）時，即當 V11 時，使 T12管導通。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。這種簡單限流保護電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內。由于調整管的耗散功率 PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降 VCE值，又使 PCPCM，才能全面地進行保護。圖 1 中 DZD Z4和R1R 15所構成的支路就是為實現(xiàn)上述保護目的而設置的。電路中如果（V I–IOR11–VO）（V Z3+ VZ4），則 DZD Z4擊穿，導致 T12管發(fā)射結承受正向電壓而導通。顯然，（V I –VO）越大，即調整管的 VCE值越大，則 IO越小，從而使調整管的功耗限制在允許范圍內。由于 IO的減小，故上述保護稱為減流式保護。 過熱保護電路 過熱保護電路電路由 DZT T 14和 T13組成。在常溫時，R 3上的壓降僅為 左右，T 1T 13是截止的，對電路工作沒有影響。當某種原因（過載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時，R 3上的壓降隨 DZ2的工作電壓升高而升高，而 T14的發(fā)射結電壓 VBE14下降，導致 T14導通，T 13也隨之導通。調整管T10的基極電流 IB10被 T13分流，輸出電流 IO下降，從而達到過熱保護的目的。電路中 R10的作用是給 T10管的 ICEO10和 T11管的 ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。值得指出的是：當出現(xiàn)故障時，上述幾種保護電路是互相關聯(lián)的。圖 46 三端穩(wěn)壓器的典型接法電動自行車調速系統(tǒng)的設計14圖 46 是應用 78L05 輸出固定電壓 VO的典型電路圖。正常工作時，輸入、輸出電壓差應大于 2～3V。電路中接入電容 CC 2是用來實現(xiàn)頻率補償?shù)模煞乐狗€(wěn)壓器產生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C 3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 是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器 C3一個放電通路，防止 C3兩端電壓作用于調整管的be 結，造成調整管 be 結擊穿而損壞。圖 47 KMI151 型集成轉速傳感器的外形圖 集成轉速傳感器 KMI151 集成轉速傳感器具有靈敏度高、測量范圍寬、抗干擾能力強、外圍電路簡單等優(yōu)點，是傳統(tǒng)的分立式轉速傳感器的升級換代產品。下面是 KMI151 系列磁阻式集成轉速傳感器的工作原理與典型應用。轉速屬于常規(guī)電測參數(shù)。測量轉速時經常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進行非接觸性測量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構成的，亦可用耳塞機改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點：第一，靈敏度低，傳感器與轉動齒輪的最大間隙（亦稱磁感應距離）只有零點幾毫米；第二，在測量商丘工學院畢業(yè)論文設計15高速旋轉物體的轉速時，因安裝不牢固或受機械振動，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號，因此，需要經過放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號，才能送給數(shù)字轉速儀或數(shù)字頻率計測量轉速，而且外圍電路比較復雜；第四，它無法測量非常低（接近于零）的轉速，因為這時磁阻式傳感器可能檢測不到轉速信號。圖 48 傳感器簡化電路圖 49 測量原理 KMI151 型傳感器的性能特點 目前，轉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KMI151 芯片內含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和 IC。它利用 IC來完成信號變換功能，其輸出的電流信號頻率與被測轉速成正比，電流信號的變化幅度為7mA～14mA。由于其外圍電路比較簡單，因而很容易配二次儀表測量轉速。KMI151 器件的測量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉動頻率范圍是 025kHz，而且即使在轉動頻率接近于零時，它也能夠進行測量。傳感器與齒輪的電動自行車調速系統(tǒng)的設計16最大磁感應距離為 （典型值） ，由于與齒輪相距較遠，因此使用比較安全。該傳感器抗干擾能力強，同時具有方向性，它對軸向振動不敏感。另外，芯片內部還有電磁干擾濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。KMI151 的體積較小，其最大外形尺寸為 8621mm，能可靠固定在齒輪附近。KMI151 采用＋12V 電源供電（典型值） ，最高不超過 16V。工作溫度范圍寬達－40～＋85℃。 KMI151 工作原理 KMI151 型集成轉速傳感器的外形如圖 47 所示，它的兩個引腳分別為UC（接＋12V 電源端）和 U－ （方波電流信號輸出端） 。為使信號變換器 IC處于較低的環(huán)境溫度中，設計時專門將 IC與傳感元件分開，以改善傳感器的高溫工作性能。該傳感器的簡化電路如圖 48 所示。其內部主要包括以下六部分：磁敏電阻傳感器；前置放大器 A1；施密特觸發(fā)器；開關控制式電流源；恒流源；電壓控制器。實際上，該傳感器是由 4 只磁敏電阻構成的一個橋路，可固定在靠近齒輪的地方，其測量原理如圖 49 所示。當齒輪沿 Y 軸方向轉