【正文】 電磁轉矩；當電磁轉矩和負載轉矩平衡時，系統(tǒng)的速度便達到了給定。 “軟啟動”的電控方案解決了零狀態(tài)起步耗電大的問題，大幅度地提高了一次充電的續(xù)行里程?？刂齐娐返闹饕δ苁峭瓿呻姍C的起動、換相、調(diào)速、制動等控制并實現(xiàn)對電機、電池的保護；驅動電路的主要功能是利用工 RI2130 的自舉技術驅動功率 MOSFTE 管控制電機電流；而外圍輔助電路主要完成信號的采樣、對電路的供電、發(fā)出報警信號等功能。它的作用如下：；，節(jié)省能源；；；。根據(jù)所需的系統(tǒng)運動特性，按表 23 可確定電機應該具備的機械特性，同時還要求所選擇或設計的電機可以在有限的電源電壓下正常運行。又從方程式(217)可見，改變電源電壓，可以很容易地改變輸出轉矩(在同一轉速下)或(在同一負載下)。如果負載不變，提高外加直流電壓，則轉速升高，逆變器的頻率提高，反電勢增大，使電流減小，電磁轉矩又呈現(xiàn)減小趨勢，這樣就使電機維持在一個較高的轉速下運行。如假定外加直流電壓一定，減小電機負載，轉速升高，逆變器的觸發(fā)頻率也會提高，同時反電勢增加，電流減小，電磁轉矩也減小。所以，隨著轉速的減小，電動機的反電勢也減小，電樞電流增加，△U 增大，到一定值以后，增加較快。又因為功率晶體管的飽和管壓降隨著集電極電流的變化而變化，在基極電流不變時。當方程式 217 右邊兩項相等時，電磁轉矩為零，此時的轉速即為理想空載轉速。所以電磁轉矩隨著轉速的減小而線性增加。由方程式(21)(22)(23)可知式 216 和式 217。2由 可得042????aavREd?UE21??又由 = 0，可得，在 時電源側獲得最大功率的能0??PavaU2量回饋，另一方面，由平均電流方程式可知，α 值越大，則電動機的制動電流即制動轉矩越大。制動電流值在理論上可以很大，其主要受控制器功率器件的電流限制。當在繞組上施加相反方向的 PWM 電壓時，將使得流過電動機繞組的電流與驅動時的電流方向相反。長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 19 根據(jù)無刷直流電動機的驅動原理，當對電機進行調(diào)速驅動時，施加在電機繞組上的是與繞組感生電動勢反向的 PWM 斬波直流電壓。本法不需要改接電源極性，且在電機轉速低于額定空載轉速時可實現(xiàn)電磁制動，同時向電源(蓄電池)回饋能量，從而可被系統(tǒng)再次利用。蓄電池的能量輸出與制動過程有關。對 管emT1V和 管進行脈寬調(diào)制，改變占空比，就可控制電流 的平均值，從而控制平均轉6V i矩。1P （式 2iUd?10） 電機的電磁功率 及電磁轉矩 的大小可以用式 211 和式 212 兩式計算：emPemT （式 2iBAe)(??11） （式 2?emPT12）式中：Ω—轉子角速度。 （式 2BABABBAAAd edtiLtidtiMRidttiLRieU ??????8）式中：、 —A、B 相電勢，電動運行時最大幅值 ，e 2dUE?、 —相電阻， = = ；BRARB、 —相電感， = = ；ALL、 —兩相互感， = = ；MAMBA—蓄電池電壓；dU、 —相電流；AiB設 ，上式可改寫為式 ??+ = （式 2dtiL)(R)]([21BAdeU?9） 在電動運行時，換相前電路電流為零，換相后 0。 電動運行特性 在電動運行狀態(tài)下，6 只開關管任意時刻只有 2 只開關管導通，分別屬于上長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 17 橋臂和下橋臂,用圖 25 表示。所以起動電磁轉矩很大，電動機可以很快起動，并能帶負載直接起動。 起動特性由方程式 225 、26 可知，電動機在起動時，由于反電勢為零，因此電樞電流( 即起動電流) 用公式 27 表示。s ） ；j 2—轉子的機械角加速度(rad/s )。TK在轉速變動情況下得出式 26 （式 2dtJTL???06）式中：—轉動部分的轉動慣量（Nm)0還可以用式 25 表示 （式 2acpTIK?5）—轉矩系數(shù)（Nm)T長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 16 —輸出轉矩(NeK由方程式 222 可得式 23= = （式 2neKEeaxpcrIU??3）在轉速不變時，轉矩平衡方程式用式 24 表示。U?V對于不同的電樞繞組形式和換向線路形式，電樞反電勢均用式 22 表示。據(jù)此，電動長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 15 機的運行特性可分為：起動特性、電動運行特性、制動特性、機械特性及調(diào)速特性?；魻栐盘?導通繞組 導通管子 uhABhC BAV V16 CV V 2 hABhC V V3 ABV V 4 uhABhCCV V5 V V 6長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 14 t?tA B C?6012?80?403?60?42022?40?36V 1V 3V 5V 4V 4V 6V 2tt?t?圖 24 三相繞組與各開關管導通順序關系 電機的運行特性分析電動機是一種輸入電功率、輸出機械功率的原動機械。導通型。每個開關管的導通角為 120176?？梢婋姍C有六個磁狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相導通，每相繞組中流過電流的時間相當于轉子轉過 120176。表 21 正轉時相互位置關系當轉子每轉過 60176。故 A、C 相繞組導通的狀態(tài)對應的霍爾信號邏輯為 、 、 。電流流通路徑為：電源正極→ 管→A 相繞組→C 相繞組→ 管→電源負極。電樞621繞組在空間的合成磁勢方向如圖 23(b)所示。當轉子經(jīng)過 60176。電流流通aF路徑為：電源正極→ 管→A 相繞組→B 相繞組→ 管→電源負極。ACYZXBNSFaFf長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 12 圖 23(a) 正轉時位置關系此時霍爾元件 A、B 在傳感器磁場作用下，有高電平輸出 ，霍爾1?kBAu元件 C 不受磁場作用， 。電角度的薄片，與轉子同軸安裝，其產(chǎn)生的磁場的端面與霍爾元件的氣隙為 1㎜左右，傳感器永磁體軸線與轉子主磁極軸線垂直。三個霍爾元件沿圓周均勻分別粘貼于電機端蓋上，彼此相差 120176。它由定、轉子組成，其轉子與電動機同軸，以跟蹤電機本體轉子位置；其定子固定于電機本體定子或端蓋，以感應和輸出轉子位置信號。驅動電路將控制電路的輸出信號進行功率放大，并向各開關管送去能使其飽和導通和可靠關斷的驅動信號。逆變器主電路有橋式(圖 22a)和非橋式(圖 22b)兩種。這種結構形式最適用于電動車輛的驅動。還有一種外轉子式結構，即帶有稀土永磁極的轉子在外，嵌有繞組的定子在里。稀土永磁電動機本體是由帶有電樞繞組的定子和永磁轉子組成。長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 9 第 2 章 關鍵部分特性分析 稀土永磁無刷直流電機的基本結構和工作原理稀土永磁無刷直流電動機的基本構成包括電動機本體、開關電路、位置傳感器三部分。它作為化學蓄電池的輔助能源，可以顯著減小電動車輛對化學蓄電池的尖峰功率輸出的要求，在電動車輛中的應用也越來越受到重視。一般燃料電池比能量都高于鉛酸電池，其應用的主要難點在于如何縮小反應裝置和提高反應速度，同時安全性問題和制造價格問題還有待進一步完善。與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比，這些新型電池在性能上已經(jīng)有了很大的提升，但在功率密度上還不能和燃油相媲美。目前，對蓄電池的研究，一方面是對傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的改進和新型蓄電池的研制。車載蓄電池要求有高的比能量、比功率、循環(huán)使用壽命、低成和合理地運行環(huán)境以及便于回收等特性。在論文的后續(xù)章節(jié)中將對其作詳細介紹。??5本論文根據(jù)電動自行車控制系統(tǒng)的功能設計要求，希望選用的微處理器具有響應速度快、功耗低、體積小、價格低廉以及組成系統(tǒng)時所需要的外圍器件少的特點。有的價格低廉但功能不夠完善，速度慢，如傳統(tǒng)的 8051 單片機。全數(shù)字系統(tǒng)簡化了硬件，縮小了裝置體積，消除了溫度變化的影響，升級換代十分容易，控制精度不斷提高，重復性能也更好了。由模擬器件構成的控制器只能實現(xiàn)簡單的控制，功能單一升級換代困難，而且由分立器件構成的系統(tǒng)控制精度不高，溫度漂移，器件老化嚴重，使得維護成本增高，限制了它的發(fā)展和應用。現(xiàn)代控制技術的發(fā)展與微處理器的發(fā)展息息相關，可以說，每一次微處理器的進步都推動了控制技術的一次飛躍。因此現(xiàn)代電機控制技術離不開功率器件和電機控制器的發(fā)展。由于應用了電力電子技術，電機的控制技術變得更加靈活，效率也更高了。本文所研究的驅動系統(tǒng)便是采用直接驅動的無刷直流電機。從電動自行車的性能要求看，無刷直流電機即具有直流電機動態(tài)特性好、調(diào)速性能優(yōu)良的特點，又具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，且電磁轉矩大、脈動小。結構也變得簡單，并且節(jié)省了空間使其磁場損失也得到了減少。與其它電機相比它具有幾個明顯優(yōu)點:①永磁無刷直流電機沒有電刷、而是利用電子換相，故克服了任何由電刷引起的問題。稀土永磁無刷直流電機是近 20 年發(fā)展起來的一類電機，由于電力電子技術，微電子技術，微機和稀土永磁材料的發(fā)展為無刷直流電機的研究奠定了基礎。過去無刷直流電機主要應用于軍事領域，隨著新材料的應用和電子元器件的發(fā)展，無刷直流電機已大規(guī)模用于工業(yè)，商業(yè)和家電導領域，節(jié)能、靜音和免維護使其應用領域越來越寬。從電機本身的價格來說，無刷直流電機由于沒有電刷和換向器,成本應低于有刷直流電機，無刷機控制器由于使用的功率管要多于有刷結構，故成本價格應相差不多。但是直流機的體積和重量都較大，噪音也大，它采用電刷和換向器進行電流換相，會產(chǎn)生電火花，而且碳刷容易磨損、損壞，增大維護、維修難度、增加使用成本。根據(jù)電機的換向方式，直流電機可分為機械換向的有刷直流電機和電子換向的無刷直流電機。目前車輛驅動用的電動機類型大致有以下幾類， 分別為直流電機、交流異步電機和開關磁阻電機。為使電動自行車有良好的使用性能，驅動電機應具有寬調(diào)速范圍、高轉速和足夠大的起動轉矩。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） ，但是主要的是，它長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設計（論文） 5 是在普通自行車的基礎上，安裝了電機、控制器、蓄電池、轉把閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的機電一體化的個人交通工具。根據(jù)國家標準對設計最高時速、空車質(zhì)量、外形尺寸的相關規(guī)定，電動自行車歸屬非機動車管理范疇，應同時具備以下 5 個特征：必須具備腳踏行駛功能，蓄電池只作為輔助能源；必須具備兩個車輪；設計車速不大于 20 公里/小時；整車重量不大于 40 公斤；輪胎寬度（胎內(nèi)）不大于54 毫米。我國電動自行車產(chǎn)量迅速增長，具體數(shù)據(jù)見表 11。據(jù)北京一家電動自行車銷售中心反饋的信息顯示：該銷售中心每天電動自行車的銷售量可達 100 輛，到了周末日平均銷售量可達 200 輛，而這樣的銷售中心在北京有好幾十家。以北京為例，2022 年 1 月，據(jù)不完全統(tǒng)計，北京市的電動自行車不到 2 萬輛，而到了 6 月份已有 5 萬多輛電動自行車在北京的大街小巷穿行。但是有部分相關技術水平還存在一定問題，市場的孕育還未完全進入良性循環(huán)，有待進一步改善 。而與汽車相比，靈活方便的中短途個人交通工具，如自行車、助動車和摩托車等，在全球依然占據(jù)絕大多數(shù)。 電動車的種類電動車分類電動車按類型分可分為：電動自行車（如圖 11） ，電動摩托車（如圖12） ，電動汽車(如圖 13)。20 世紀 90 年代開始，新一代電動汽車不斷涌現(xiàn)，1997 年 10 月底問世的混合動力電動汽車普銳斯prius，是世界上最早實現(xiàn)批量生產(chǎn)的電動汽車。但是石油價格在 20 世紀 70 年代末開始下跌,電動汽車的商業(yè)化失去了動力,電動汽車的發(fā)展走入低谷。20 世紀70 年代初期,美國、英國、法國、德國、意大利、日本等都開始發(fā)展電動汽車。隨著日新月異的技術進步和人們環(huán)保意識的不斷提高，21 世紀必將成為電動車全面發(fā)展的世紀 。所以，世界上的各個主要汽車生產(chǎn)和使用國紛紛制定了類似的政策或法規(guī)，并投入巨資，開發(fā)研究新型零排放汽車—電動車。而且汽車廢氣排放出的氮氧化物與碳氫化合物在紫外線的作用下，易形成高毒性的光化學煙霧，污染我們賴以生存的自然環(huán)境，直接危害人體健康，城市空氣污染情況日趨嚴重，控制汽車廢氣污染已成為環(huán)保部門的嚴峻課題。據(jù)統(tǒng)計，在美國地區(qū)，43%的非甲烷有機物、57%的氧化氮、82%的一氧化碳都是汽車廢氣排放產(chǎn)生的，而全世界 20%的一氧化碳排放量來源于汽車廢氣。 保護人類賴以生存的自然環(huán)境，珍惜地球上有限的石油資源是擺在人們面前迫切需要解決的兩個重大課題，傳統(tǒng)燃油汽車在這兩個問題上與人們的愿望正好背道而馳。溫室氣體的大量排放導致全球氣溫上升，恒河 20 年后或干枯、圖瓦盧 50 年后沉入海底、馬爾代夫沉沒進入百年倒計時……這并不是預言家有意制造的聳人聽聞的無聊預測，而是科學家在考慮溫室氣體排放后給地球開出的診斷書，氣候變化已經(jīng)使“拯救地球”的行動刻不容緩。