電動(dòng)自行車調(diào)速控制電路的設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
【導(dǎo)讀】被廣泛地用于變速驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)、兵器、航空、航天和工業(yè)自動(dòng)化等各個(gè)領(lǐng)域。確地設(shè)計(jì)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)越來(lái)越重要的課題。從本期起分期介紹無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)。電動(dòng)車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由4個(gè)主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動(dòng)。目前電動(dòng)車中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻。2電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。矩時(shí)具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。鑒于電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能。機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。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。通過(guò)控制器（調(diào)節(jié)器）產(chǎn)生控制作用，自動(dòng)糾正偏差。
【正文】 圖脈沖信號(hào)圖 Vmax 為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值， Vmin 為電動(dòng)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 所示： 由圖可知，平均轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速 VD 就可以有占空比 D 加以控制。 圖 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(gè)脈沖周期內(nèi)（ T=Ta+Tb） ,T1 和 T3 導(dǎo)通時(shí)間為 Ta,T2 和 T4 導(dǎo)通時(shí)間為 Tb，這樣在 Ta 這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過(guò)的是正向電流，在 Tb 這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。當(dāng) Ta=Tb 時(shí)電 機(jī)停轉(zhuǎn)， TaTb 電機(jī)正轉(zhuǎn)， TaTb 電機(jī)反轉(zhuǎn)。 單向式：?jiǎn)蜗蚴降碾娐泛碗p向式相同，同的是在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)， Tb 這段時(shí)間內(nèi)不通過(guò)反相電流；電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， Ta 內(nèi)不通過(guò)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(kāi)關(guān)頻率少一半，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。 考慮到編程時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生使 T T T 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(jì)了圖 所示的電路 : 此電路只用一個(gè)三 極管控制電路的通斷，用四個(gè)繼電器控制電流流向，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。這樣無(wú)論如何，都不會(huì)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(guò)穩(wěn) 壓、濾波，但單片機(jī)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(dòng)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(gè)三極管增加驅(qū)動(dòng)能力（ 74LS245 的高電平驅(qū)動(dòng)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(hào)的達(dá)林頓管（允許通過(guò)的最大瞬時(shí) 圖 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(gè)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(shí)車不至于因?yàn)閼T性滑行太遠(yuǎn)而浪費(fèi)能源。因此，切斷電源后要將電動(dòng)車停下來(lái)而采取的無(wú)謂制動(dòng)不能將電能回饋給蓄電池。 考慮到電動(dòng)自行車對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速距離控制要求不高，為了簡(jiǎn)化程序和外接電路，所以沒(méi)有考慮采用閉環(huán) PWM 控制，用開(kāi)環(huán) PWM 控制和就可以實(shí)現(xiàn)自行車的功能。 圖 脈沖信號(hào)波形圖 工作時(shí) Ta 為高電平，通過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)復(fù)合管 T 導(dǎo)通，此時(shí) Tb 為高電平通過(guò)光耦使三極管導(dǎo)通，繼電器各線圈被短路。 K K2 為常閉觸點(diǎn)，所以電動(dòng)機(jī)加正向電壓。當(dāng) Tb 為低電平電壓時(shí)所有繼電器得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)， K K3 斷開(kāi)K K4 導(dǎo)通。電動(dòng)機(jī)加反向電壓。如果保證 TaTb 則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。通過(guò)改變 Ta、Tb 的占空比即可改變轉(zhuǎn)速 參考文獻(xiàn) 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，陳伯時(shí) 《電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)（第 4 版）》顧繩谷 高等教育出版社 . 電力電子技術(shù)（第 4 版）王兆安 機(jī)械工業(yè)出版社
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