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直流调速器-电动车无刷电机控制器软件设计详解

直流调速器-电动车无刷电机控制器软件设计详解
直流调速器-电动车无刷电机控制器软件设计详解

直流调速器-电动车无刷电机控制器软件设计详解

本文以MICROCHIP 公司所生产的PIC16F72为基础说明软件编程方面所涉及的要点,此文所涉

及的源程序均以PIC的汇编语言为例。

由于软件不可避免需与硬件相结合,所以此文可能出现硬件电路图或示意图。

本文适合在单片机编程方面有一定经验的读者,有些基础知识恕不一一介绍。

我们先列一下电动车无刷马达控制器的基本要求:

功能性要求:

1.电子换相

2.无级调速

3.刹车断电

4.附加功能

a.限速

b.1+1助力

c.EBS柔性电磁刹车

d.定速巡航

e.其它功能(消除换相噪音,倒车等)

安全性要求:

1.限流驱动

2.过流保护

3.堵转保护

3.电池欠压保护

4.节能和降低温升

5.附加功能(防盗锁死,温升限制等)

6.附加故障检测功能

从上面的要求来看,功能性要求和安全性要求的前三项用专用的无刷马达驱动芯片加上适当的

外围电路均不难解决,代表芯片是摩托罗拉的MC33035,早期的控制器方案均用该集成块解决。但后来随着竞争加剧,很多厂商都增加了不少附加功能,一些附加功能用硬件来实现就比较困难,所以使用单片机来做控制的控制器迅速取代了硬件电路芯片。

但是硬件控制和软件控制有很大的区别,硬件控制的反应速度仅仅受限于逻辑门的开关速度,

而软件的运行则需要时间。要使软件跟得上电机控制的需求,就必须要求软件在最短的时间内

能够正确处理换相,电流限制等各种复杂动作,这就涉及到一个对外部信号的采样频率,采样

时机,信号的内部处理判断及处理结果的输出,还有一些抗干扰措施等,这些都是软件设计中

需要再三仔细考虑的东西。

PIC16F72是一款哈佛结构,精简指令集的MCU,由于其数据总线和指令总线分开,总共35条单字指令,0-20M的时钟速度,所以其运算速度和抗干扰性能都非常出色,2K字长的FLASH程序

空间,22个可用的IO口,同时又附加了3个定时/计数器,5个8位AD口,1个比较/捕捉/脉

宽调制器,8个中断源,这些优异的性能为电动车控制器控制提供了良好的硬件环境和软件基础,一经推出就赢得众多设计人员的热捧。

那么如何使用PIC16F72来设计一个电动车控制器呢?我们下面以目前市面流行的硬件设计为基础,尽量通俗易懂地介绍一下程序设计思路和注意点。

要使无刷电机转起来,并且听从驾驶者的调速、刹车等基本指挥,最基本的要求就是要实现硬

件所能实现的电子换向和调速,刹车等功能。实际上软件的整体设计也和硬件一样,也是一个

模块化堆砌的过程,问题在于模块的合理化堆砌,使堆砌后形成的整体能够坚固,协调、高效

率运作。我们先说一说各种模块功能的简单实现,然后再来讨论如何使这些模块协调运转。

1.首先说说电子换相模块

我们知道,直流永磁电机在运转时需要一对电刷和与线圈相对应的换向整流子来使线圈中的电

流方向根据磁场方向来不断改变,从而转子持续向一个方向运转,我们称这种电机为有刷电机,在电动车刚刚面世时一般均使用这种电机,但有刷电机有一个致命的缺陷,就是用作电刷的碳

刷非常容易磨损,换向整流子也非常容易被油污,碳刷碎屑填满空隙而漏电,而且功率越大,

这种毛病越严重,导致有刷电机维护量和故障率急剧上升,严重影响其推广,因此在较大功率

的场合,无刷电机应运而生。

无刷电机,顾名思义就是没有了电刷,不能自动换向,因此要依靠传感器检测转子的位置、用

电子开关来改变线圈中电流的方向,所以其控制器要对转子永磁体位置进行精确检测,并用电

子开关切换不同绕组通电以获得持续向前的动力。转子位置检测传感器有很多,比如光传感器,磁感应传感器等,电子开关可以用大功率三极管、功率型场效应管、IGBT等制作,在目前的绝

大多数电动车三相无刷电机中均使用三个开关式的霍尔传感器检测永磁体相对于定子线圈的位置,控制器跟据三个霍尔传感器输出的六种不同信号输出相应的控制信号驱动功率型场效应管(MOSFET)组成的电子开关向马达供电。这就是所谓六步换相法。从电机原理可以看出,这种

电机是一种特殊的同步电机,因此换相必须及时,否则会导致电机失步,从而使电机噪音增大,效率降低,严重的还会导致控制器,电机烧毁。

鉴于以上要求,我们先必须测一下市面上普通的无刷马达在最高转速时(考虑到顺风和下坡的情况)的换向情况,这个比较简单,用示波器测量之后得到在最高速时每相霍尔传感器输出的频率大概在140HZ左右,折合到换向的最小时间,那么应该是1.2mS左右换相一次,根据际的使用

效果,软件的反应时间必须在0.12mS左右,也就是说在检测到换相信号的改变并且输出换相驱动信号时的过程必须在0.1-0.2mS之内完成。

另一个需要考虑的是,电机驱动是一个大电流驱动,又是一个电感性负载,控制器在运行时不

可避免有干扰引入,因此除了在硬件布局,布线上注意外,软件上也要做相应的抗干扰措施以

避免错误的换向动作。考虑到输入到单片机的换相信号容易受干扰,加上线路上滤波电容的影响,单片机程序在读取换相信号时应至少连续读取3次,以3次信号完全一致时才采用该值作

为换相信号的真值,如果其中一次不对,那么干脆就重新再读3次,这就是一个有抗干扰措施

的鉴相过程。取得换相信号后,我们将其与上次读到的值做对比,如果相同,则表示没有换相,如果不同,则要跟据这个值去取得一个相对应的驱动信号,从而驱动电子开关动作。这个过程

可以使用逐项比较法,查表法等来实现。鉴于查表法比较快捷,一般使用查表法。其中需要考

虑的是,一旦获得的信号与所有的六个信号都不相同,可能表示电机中霍尔元件或者其连接线

路出现故障,此时我们应该让电机断电以避免误操作。

市面上有两种电机,即所谓的120°和60°霍尔信号,这个角度代表三个霍尔器件输出的三相

电信号其相位角相差的角度,其实这里面的区别仅仅是电平的不一样,在马达内部的安装上,

位置没什么不同,只是中间一相的相位相反,所以仍然是六种信号对应六种驱动,软件上将表

稍作调整即可。需要提一下的是,在120°的霍尔信号中,不可能出现二进制0B000和0B111

的编码,所以在一定程度上避免了因霍尔零件故障而导致的误操作。因为霍尔元件是开路输出,高电平依靠电路上的上拉电阻提供,一旦霍尔零件断电,霍尔信号输出就是0B111。一旦霍尔

零件短路,霍尔信号输出就是0B000,而60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会出现,

所以一定程度上影响了软件判断故障的准确率。目前市面马达已经逐渐舍弃60°相位的霍尔排列。

编程提示:

在程序上,我们综合考虑单片机的处理速度,采用定时中断去检测相位变化,中断周期采用

128μS,中断源可使用TMR0,或者PWM本身的TMR2中断。在同一个中断中,我们还将安排其

它更重要的工作,这个在后面的电流控制中再说明。

编程技巧:

从硬件电路图中我们看到,位置霍尔信号在PORTC口的RC4、RC5、RC6三个口输入,以120°

相位为例,如果直接读出来,对应十六进制值是0X10-0X60,考虑到霍尔出错的可能,那么对

应的值是0X00-0X70,显然这个值对今后的查表处理造成非常大的麻烦,我们不可能去弄一个

0X70这么大的表格而其中只放仅仅8个元素,所以有必要考虑编程时的优化,且看下面一个例程:

读取相位值的例程:

READHALL:

SWAPF PORTC,W ;将PORTC的高,低半字节交换后读至W

ANDLW 0X07 ;屏蔽掉不必要的位,

MOVWF HALLTEMP ;存人暂存器

SWAPF PORTC,W ;再次读

ANDLW 0X07

SUBWF HALLTEMP,W ;与旧值比较

BTFSS STATUS,Z

GOTO READHALL ;如果与第一次读取的不一样,则从头再来

SWAPF PORTC,W ;第三次读

ANDLW 0X07

SUBWF HALLTEMP,W ;再次比较

BTFSS STATUS,Z

GOTO READHALL ;不一样则从头再来

RETURN ;三次读取值一致,返回。

这个程序中,最关键是SWAPF PORTC,W 这句,这句语句一方面读取了霍尔值,另一方面与下句语句结合还将此值变为0-7的最小值,这样使得我们后面的查表只需要8个空间的元素。以上程序,也有人认为有可能会导致程序陷入死循环,但不必担心,因为要导致这个程序进入死循环的信号频率必须非常高,有兴趣的读者可计算一下。

有了上面的霍尔读取程序,我们下面的查表读取相应驱动值就会变的比较方便,但查表也有很多种,在PIC16F72中,查表可以用RETLW在程序空间查,也可以用专用的读取FLASH空间的指令去读,考虑到我们这个表格一共只有8个元素,我们可以将器放在内存寄存器中,利用用FSR去读取表内容。这样做有好处,就是查表时不用去考虑查表偏移量造成程序计数器溢出,另一方面是120°和60°可以使用同一个表格而不用切换。这个表格,我们可以放在寄存器空间不太方便使用的BANK1,在程序初始化时预先写入正确的换向对应值。这个程序在时间上并不比其它两种查表法显得快多少,而且程序空间也不节省,在这里只是作为一个方法示例,可以让我们看到实现同一个功能可以走不同的路。

使用内存查表法的驱动值获取例程:

;

HALLSTART EQU 0XA1 ;定义霍尔-驱动表格的起始地址在BANK1的0XA1开始处

;

HALL_DRIVER: ;由霍尔值取得对应驱动值的内存查表例程

MOVF HALLTEMP,W ;取得HALL的真值

ADDLW HALLSTART ;加上表格的起始地址

MOVWF FSR ;放到间接读内存的指针中。

MOVF INDF,W ;读出驱动值

MOVWF PORTB ;不管返回值如何,先写入驱动端口,

SUBLW STOP_D ;与电机停止值相比较,

BTFSC STATUS,Z

GOTO HALL_ERR ;如果获得停止电机值,那么表示霍尔信号有问题

RETURN

无级调速模块部分:

由于使用直流电源,电机的速度得依靠调节加在电机两端的电压来调整,较简单的办法是使用PWM脉宽调制来调节加到电机两端的电压。PWM的工作周期根据电机的使用环境,采用64μS,折算成频率大约15.625KHz,频率太低了会产生人耳能明显感觉到的高频噪声,电流也不容易

控制;太高了又增加电子开关的开关损耗;PWM脉冲的宽度是调节加到电机两端有效电压高低的

手段,直接影响到电机的输出功率,我们可以根据手柄输出的电压决定最终应该分配给电机多

高的电压。

手柄电压检测比较简单,人对速度的感觉很迟钝,所以手柄的检测不需要很频繁,这个AD检测与电源电压AD等检测均不需要很快的速度,所以每隔10mS-50mS轮番检测一次便足够,AD的

检测在定时中断中做,而结果则放在中断外做,这样不会占用中断太多的时间。

编程提示:

由于现在大多采用线性霍尔作为手柄调节速度方案,优点是无触电,故障率极低。缺点是在5V

供电的情况下,电压只能在1.1V-4.3V的范围内变化,因此软件的处理相对复杂一点。这只需

要我们做一点简单的运算,或者采用查表的方法,将这期间的AD数值转换成PWM占空比的值即可。虽然讲是无级调速,实际上分32级时人已经感觉不出速度的细微变化了。但是有一点,根据手柄得出的PWM脉冲宽度不能直接用来控制PWM占空比,需要在电流允许的情况下才能让占

空比达到设定值。

程序中所用关键控制寄存器及其作用:

PR2:决定PWM的工作周期,也就是PWM的调制频率,工作中其值不断地与TMR2中的值相比较,当TMR2的值等于PR2时TMR2归零重新开始另一个周期,由于用到TMR2,所以TMR2的预分频

器也同样影响到PWM的工作周期。具体计算公式在数据手册上可以找到,下同。

CCPR1L及CCP1CON的第4,5位:决定PWM的占空比,单片机在运行时TMR2的值不断与CCPR1L 中的值比较,当TMR2=CCPR1L时,PWM输出脚输出低电平。当CCPR1L中的值大于PR2时,PWM

输出脚持续输出高电平。注意:CCP1CON中的第4,5位在这里并非无用,在后面的电流调节中

可以用来微调PWM的占空比。

T2CON:决定TMR2的预分频器和后分频器的分频比,预分频器和前面讲过的PR2共同决定PWM

频率,后分频器决定TMR2的中断周期。

刹车断电模块:

电动车在刹车手柄附近装了一个微动开关,一方面在刹车时点亮刹车灯,一方面给控制器提供

一个刹车高或低电平信号,各厂家不一定,在电路上作一些电平转换很容易就可以提供给单片

机一个准确的信号,我们可以采用数字测量的方法测量这个电平是高还是低,也可以使用AD去测量有几伏,总之监测到这个信号后必须关闭所有的驱动输出和PWM输出,这样就可以实现刹

车断电。编程方面我就不多说了。至于如何实现EBS电子刹车,我们后面在附加功能再讲。

4。限流驱动

这是整个控制器的灵魂,如果限流驱动没做好,其他功能再好还是一个字:烧!。

电动车控制器的电子开关均使用功率MOSFET控制,MOSFET的最大允许电流,最大允许功耗都

有其限制,如果没有电流控制,或者电流控制不好,均会导致功率MOSFET的烧毁,从而导致整个控制器报废,因此电流控制是本程序的重中之重,这个做不好,其它功能一概免谈。

说起来严重,其实做起来,摸到窍门也是很简单的,其秘诀也只有四个字:准确,及时

电流信号经康铜丝采样之后分两路,一路送至放大器,一路送至比较器。具体电路见硬件部分。放大器用来实时放大电流信号,放大倍数大约6.5倍,放大后的信号提供给单片机进行AD采样

转换,转换所得数字用来控制电流不超过我们所允许的值。另一路信号送至比较器,当电流突然由于某种原因大大超过允许值,比如一只MOSFET击穿或误导通时,比较器翻转送出低电平,触发单片机的INT0外部中断,使单片机能够快速关断驱动,从而保护MOSFET避免更大伤害。我们这里所要讲述的准确,及时两个要素,主要是针对放大器放大之后的信号处理过程来表述的。

准确

图1

CALL HENGLIU ;恒流查表程序,利用这个程序延时一段时间以便在合适的时间准确采样电流值。

BTFSC INTCON,INTF

GOTO INTB0 ;是否过流

MOVF AD_CHANNEL,W ;AD检测部分,设置合适的AD通道,并且开启AD模块开始采样

MOVWF ADCON0 ;

CALL TIME05 ;大于4.5μS采样时间FOR 16F886

BTFSC INTCON,INTF

GOTO INTB0 ;是否过流

BSF ADCON0,GO ;开始AD转换

CALL READ_HALL ;利用AD转换的间歇做别的事

LOOP_TMR2

BTFSC INTCON,INTF

GOTO INTB0 ;是否过流

BTFSC ADCON0,GO

GOTO LOOP_TMR2

及时

其次是要及时。如果我们想及时准确地控制电流,采样次数也是要求越多越好,因为电流的变

化相当快,在一个PWM周期中变化量可能会很大,所以我们最好是在一个PWM周期里采样数次,但是我们的单片机没有这么快的速度,再说PWM的占空比在一个周期中只接受最后的改变,新

的占空比参数要到下个周期才能发挥作用,所以一个PWM周期采样一次就够了,但每个采样周

期采样单片机还是来不及处理,为了更好地处理其它事情,我们两个PWM周期才对电流采样一次。

采样转换之后的工作,就是处理了。怎样根据AD结果去调节电流?我们不需要想到PID控制那么复杂的概念,只需要在电流没达到限制值时逐渐增加CCPR1L的值,直到等于手柄设定值为止,如果在此过程中电流接近限制值,那么应该不再增加CCPR1L的值,直到电流减小。如果电流超过了限制值,则根据超过的量,找一个比较合适的减小量,比如CCPR1L减1或减3,一切以电

流比较稳定为准,不要有太大的波动,但波动越小,我们要求PWM占空比调整精度越高。

这里要提一下的是PWM分辨率,以PIC16F72的条件,在16M时钟的工作频率和15.625K的PWM

频率前提下,PWM的占空比调整可以有10BIT的精度,可调整的为数越多,电流细调就越精确,但10BIT的数据涉及2个字节的运算,所以我们还是只采用8BIT的调整精度,实践证明,8BIT 的精度对调整电流来说足够。所以我们只对CCPR1L进行操作就可以,前提是TMR2预分频值为1:1

恒流算法--电流即时值和有效值的矛盾:

也许我们注意到大多数控制器的最大电流并没有出现在堵转的时候,这是因为上面我们所检测

到的是电流的即时值,我们在电流表上看到的是电源电流的有效值,当PWM占空比不是100%的

情况下,电流有效值≈电流即时值*PWM占空比,也就是说,占空比越小,要保证电流有效值达

到我们的期望值,电流的即时值要提高,这样就涉及一个算法问题:提高多少?我们可以根据

上面那个公式做一个表格,或者根据CCPR1L中的值做一个简单的换算。总之是算法不能太复杂,不能占用太多的系统时间。

电流的测量和控制还涉及到其他两个附加功能:换相消噪和降低温升。这里就只讲讲换相消噪。怎样减小换相噪声?

在电动车刚刚起步的时候我们会发现换相时电机会发出很大的突突声,这是由于电机起步时电

流比较大,而电机是个感性负载,换相后由于电机线圈电流不会一下增大到换相前的水平,这

样就造成换相前后电流反差非常大,从而导致牵引力的急剧变化,这种变化便会引起电机强烈

振动,这种振动噪声我们不能完全消除,但有简单的方法减小,就是在换相后的一段时间使PWM脉冲占空比达到100%来使电流增长快一点,从而减轻振动噪声。需要提醒的是在这个过程

中我们需要随时监测电流变化,电流一达到换相前的水平就可以恢复换相前的PWM占空比。如

果电流始终达不到以前的水平,那么最多延时十多个PWM周期即可,时间长了也没用,以不影

响到鉴相等其它重要工作为度。

降低温升这个我在《硬件电路详解要点》中已经初步介绍过,主要的手段就是加入同步续流的

概念,那么,在软件中什么时候开始开启同步续流开关呢?在电流小的时候,电机线圈中的感

应电流并不大,所以没必要开启;在PWM占空比达到100%时,由于没有上桥的开关损耗,也没

必要开,或在PWM占空比接近100%时,下桥没来得及开就被关闭,也没有必要开,所以开启同

步续流功能的条件可归纳为:电流超过3-5A时,PWM占空比≤95%时开启同步整流,由于硬件

电路设计得比较完善,在软件中,开启同步续流只需将RB1置为低电平即可。

关于电流的另一点:过流保护,当有MOSFET击穿或MOSFET误导通时,比如死区发生器有故障时,会造成上下桥直通将电源直接短路,这样会有很大的电流,为避免更大的伤害,在电流信

号引起比较器翻转时触发INT0中断,由于PIC16F72没有中断嵌套,因此在整个定时中断中均

要随时检测INT0中断标志,防止短路发生。一般说来,上下桥直通不超过30μS时对管子损害不大,超过30μS后功率管就会有报销的危险,所以在中断中执行其他程序时,一定要保证每

隔30μS必须去检测一次INT0的中断标志,如果发现INT0中断标志置1,应立即关断所有的

驱动输出。

堵转保护模块

为了防止电机发生堵转时电流始终通过同一组MOSFET而造成永久损害,因此有必要在堵转发生之后数秒钟之内切断电机的供电。一般堵转保护时间是2秒。要注意的是有时电机虽然发生堵转,但刚好在换相的临界点,此时会产生频繁的换相动作,这对MOSFET也是有害的,所以也应当作堵转来对待。

堵转保护实际与系统计时捆绑在一起,在电动机运行时,如果检测到换向则将堵转计时寄存器

清空,如果堵转计时寄存器溢出则进入保护状态,关闭所有驱动输出。

欠压保护模块

这是针对电池的保护动作,如果电池过放电,将导致电池的永久损坏。注意欠压保护和电池电

压上升后恢复供电这两个电压应有一定回差,比如48V电池欠压点在42V,而恢复供电点在45V,

当电池电压回到45V时还应延时数秒再恢复供电,避免控制器频繁进入保护状态使骑行者感到

不适。另一点要注意的是,电池是具有内阻的电源,因此在大电流放电的情况下因适当调低欠

压值。

在一些产品中,当电池电压接近欠压时,控制器会减小供给电机的电流,这在一方面可以提醒

使用者电池处于亏欠状态,小电流放电避免了电池的损坏;另一方面还可以使电动车继续跑动

相当长的距离而不会经常进入保护状态,避免使用者感到不舒适或者要受到推车之苦,这也不

失为一种比较好的方法。

电压值的检测也是不需要非常频繁的,所以和手柄,刹车一道,在中断中每隔10-50ms轮流检

测一次AD值即可,检测后的结果保存起来放在全局变量中,等到退出中断后,利用单片机的"

空余时间"来处理这些值。

AD通道的切换及基本程序结构安排

由于单片机的AD模块是复用的,在必须的几个功能中,单片机必须完成电流,手柄,电源电压等AD检测,由于电流的AD检测非常重要,并且在中断中,所以AD通道的切换就必须非常注意,通常,手柄,电源电压变化比较缓慢,为了仅可能把资源让给电流,手柄和电源电压的检测只需要

20-30mS轮换检测一次就够了。还有一个要考虑的是在换向时由于消音程序需要用到电流通道的AD 转换,所以所有的AD结果必须安排在换向之前取出,并且根据当时通道将结果放到相应的结果寄存器中保存起来,以避免AD结果造成控制紊乱。

程序结构的安排涉及两个方面:定时中断中的结构安排和非中断中的结构安排。

定时中断中程序结构的一种安排:

中断保护————系统计时————AD通道选择————开始AD采样————AD转换开始————检测相位变化————AD结果保存————电流判断及处理————根据相位变化是否换向,消噪————中断恢复并返回

非中断中的程序结构安排:

见图2:主循环流程图

图2:

以上电子换相,电流检测、处理等大部分要紧的工作均在同一个128μS的定时中断中完成。另外中

断中还要完成计时工作,其它对时间,时机要求不严格的则放在中断外空余时间处理。

故障的检测,保护及告警显示:

使用了单片机这样的可以智能化操作的零件,我们就可以做一些工作来帮助生产和维修:

由于生产过程中不可避免会造成一些诸如虚焊,连锡之类的缺陷,所以在产品组装成半成品测试时就会出现一些故障,轻则某些功能失效,重的会导致元器件烧毁,这是老板绝对不愿意看到的,所以我们可以多做一些工作最大限度上避免此类问题的发生:

我们最担心的是生产过程中由于连锡或虚焊导致MOSFET烧毁,一个MOSFET好几块RMB,烧一个谁都心疼。幸好现在有单片机,在开机时可以用极短的时间(大概10-20μS)全部开启一下上桥,关闭,同时检测电流,然后再开启一下下桥,如果其中有MOSFET短路就会产生比较大的电流,这个电流我们可以用单片机在开启MOSFET的同时检测到,而在这么短的时间内即使某个MOSFET短路,也不至于把另外一个烧掉,所以可以利用这个检验方法来初步检查产品的好坏,也便于修理工修理。其他的故障比较好检测,这里就不一一赘述。

故障检测出来了,需要显示出来以告知人们出了什么故障,目前一般采用LED闪烁次数来表示,次数可以自己定,也可以采用比较流行的办法:

慢闪:

1秒钟闪一次,表示没有检测出故障。

快闪:

连续闪两次,停一下,表示刹车,或者刹车部分有故障。

连续闪三次,停一下,表示INT0口始终为低电平,很有可能是比较器部分有问题。

连续闪四次,停一下,表示上桥有短路现象

连续闪五次,停一下,表示下桥有短路现象

连续闪六次,停一下,表示电机霍尔信号有故障,或者相位选择有误。

连续闪七次,停一下,表示刚刚发生了过流保护,INT0口有低电平脉冲出现

连续闪八次,停一下,表示电源电压过低或给单片机供电的5V电源电压过高。

附加功能:

一、1+1助力:

大多数电动自行车都有踏脚板,可以使用人力驱动,如果在人力驱动的同时电动机也开始输出一部分功率以提供“助力”。这需要在脚踏齿轮边上安装一个自锁相位的开关型霍尔传感器,在脚踏齿轮上安装一个带若干磁铁的感应盘,当脚踏动踏板时霍尔感应器感应到磁铁经过便输出频率与踏板齿轮转速成正比的方波,根据方波的频率再估算一个值输出一个对应的电压给电机,由于自锁相位的开关型霍尔对磁铁的运动方向敏感,输出的方波针对不同磁铁运动方向,上下半波的占空比不是50%,所以可以判断踏板正转还是反转,可以做到只在正转时输出电压给电机,以避免在推动车辆倒车时还输出助力。

二、回馈型电制动及反充电

业界对该功能的称谓五花八门,一般文字的表达方法是柔性电子刹车,这个称谓比较通俗易懂。

电动机电制动的原理有很多,在电动车的电制动应用中,一般均采用将三相线圈短路,类似再生回

馈制动方法制动,这种制动方法控制相当简单,仅需将上桥或下桥全部开通即可。由于靠惯性运转的直流永磁电动机相当于一个发电机,上桥或下桥全部开通后即是将发电机输出端短路,完全依靠线间电阻消耗能量,所以有两个坏处:第一是车速越快时制动力越大,容易在高速时发生事故;第二是对MOSFET及线路损害相当严重,使零部件过热烧毁。为了克服这种毛病,人们在制动初期使用PWM调制短路开关,使其工作在间歇状态,这就叫柔性刹车。最简单的办法莫过于使用PWM信号直接调制上桥,但由于电动车控制器上桥的浮栅驱动的特殊结构,使上桥不可能工作在上桥持续开通,而下桥持续关闭的状态,所以一般还是采用模拟出的PWM信号控制下桥。因为自举电容必须在某个下桥开通时充电,如果下桥持续关闭,自举电容没办法在很短的时间内通过10K的电阻充饱,这样就会导致上桥在持续开通的情况下驱动电压不足而产生发热,烧毁的情况。

现在有一个题外话不得不说:这样的控制方法获得了一个意外的效果:在制动的同时,很多人发现电流表反转,电源电压升高的现象,发生这种现象只说明一个道理:电动机在向电源反充电!

从表面上来讲,明明下桥将绕组输出端全部短路至地,为何还有电流反流到电源呢?

实际上,在制动过程中由于使用了所谓“柔性刹车”,因而在开始时下桥并不是持续导通的,而是不断导通————关闭,这样在导通的时候就有感应电流通过线圈————下桥————地————下桥————线圈流通,当下桥在关闭时,线圈中的电流不能马上消失,产生的感应电流就会通过线圈————上桥反向二极管————电源+————地————下桥反向二极管————线圈流通,这样就会产生反充电现象。而且下桥导通占空比越大,这个反充电流也越大。但到了100%占空比时,因为所有电流都被短路,充电电流反而没有了。

最后说明一下,这种制动方法是有风险的,因为在电动车高速运转时,由于整个系统的惯性很大,所以刹车的过程产生的能量也相当惊人,这对功率MOSFET是一个很大的负担,实践中在一个75KG 的人骑行在20KM的速度时刹车5次控制器外壳已经很烫了,因此长时间使用必定会造成功率管损坏。一般的做法是选用比较好的功率管,并在启动该功能时限时使用,就是在刹车后5-8秒内即不再有电制动,避免在长距离下坡时损坏功率管。

电动车无刷控制器电路图高清

今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1: (原文件名:1.gif) 图1:350W整机电路图 整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看: (原文件名:2.gif) 图2:电路框图

电路大体上可以分成五部分: 一、电源稳压,供应部分; 二、信号输入与预处理部分; 三、智能信号处理,控制部分; 四、驱动控制信号预处理部分; 五、功率驱动开关部分。 下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。

(原文件名:3.gif) 图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图 我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。 各引脚应用如下: 1:MCLR复位/烧写高压输入两用口 2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制P WM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。正常运转时电压应在0-1.5V左右 3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。正常时电压应在3V以上 4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。 5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。 6:数字量输入口:1+1助力脉冲信号输入口,当骑行者踏动踏板使车前行时,该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号,该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。 7:模拟/数字量输入口:由于电机的位置传感器排列方法不同,该口的电平高低决定适合于哪种电机,目前市场上常见的有所谓120°和60°排列的电机。有的控制器还可以根据该口的电压高低来控制起动时电流的大小,以适合不同的力度需求。 8:单片机电源地。 9:单片机外接振荡器输入脚。 10:单片机外接振荡器反馈输出脚。 11:数字输入口:功能开关1 12:数字输入口:功能开关2 13:数字输出口:PWM调制信号输出脚,速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。 14:数字输入口:功能开关3 15、16、17:数字输入口:电机转子位置传感器信号输入口,单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电,从而使电机始终向需要的方向转动。这个信号上面讲过有120°和60°之分,这个角度实际上是这三个信号的电相位之差,120°就是和三相电一样,每个相位和前面的相位角相差120°。60°就是相差60°。 18:数字输出口:该口控制一个LED指示灯,大部分厂商都将该指示灯用作故障情况显示,当控制器有重大故障时该指示灯闪烁不同的次数表示不同的故障类型以方便生产、维修。 19:单片机电源地。 20:单片机电源正。上限是5.5V。

MOSFET在电动车无刷电机控制器中的应用

MOSFET在电动车无刷控制器中的应用 蔡林高级应用工程师 苏州硅能半导体科技股份有限公司 摘要:本文介绍了电动自行车无刷控制器的热设计、短路保护时间确定及驱动电路的优化。 第一节:电动自行车无刷电机控制器的热设计 z概述 由于功率MOSFET具有驱动电流小、开关速度快等优点,已经被广泛地应用在电动车的控制器里。但是如果设计和使用不当,会经常损坏MOSFET。一旦损坏,MOSFET的漏源极短路,晶圆将被严重烧毁。通常MOSFET损坏模式包括:过流、过压、雪崩击穿、超出安全工作区等。这些原因导致的损坏最终都是因为晶圆温度过高而损坏,所以在设计控制器时,热设计是非常重要的。MOSFET的结点温度必须经过计算,确保在使用过程中MOSFET结点温度不会超过其最大允许值。 z无刷电机控制器简介 由于无刷电机具有高扭矩、长寿命、低噪声等优点,已在各领域中得到了广泛应用,其工作原理也已被大家广为熟知。国内电动车电机控制器通常工作方式为三相六步,工作及原理图如图1所示,其中Q1, Q2为A相上管及下管;Q3, Q4为B相上管及下管;Q5, Q6为C相上管及下管。MOSFET全部使用SSF7509。 MOSFET工作在两两导通方式,导通顺序为Q1Q4→Q1Q6→Q3Q6→Q3Q2→Q5Q2→Q5Q4→Q1Q4,控制器的输出通过调整上桥PWM脉宽实现,PWM频率一般设置为15KHz。

当电机及控制器工作在某一相时(假设B相上管Q3和C相下管Q6),在每一个PWM周期内,有两种工作状态: 状态1: Q3和Q6导通, 电流I1经Q3、电机线圈L、Q6、电流检测电阻Rs流入地。 状态2: Q3关断, Q6导通, 电流I2流经电机线圈L、Q6、Q4,此状态称为续流状态。在状态2中,如果Q4导通,则称控制器为同步整流方式。如果Q4关断,I2靠Q4体二极管流通,则称为非同步整流工作方式。 流经电机线圈L的电流I1和I2之和称为控制器的相电流,流经电流检测电阻Rs的平均电流I1称为控制器的线电流,所以控制器的相电流要比控制器的线电流要大。

(完整word版)直流无刷和有刷电机优缺点对比

直流无刷和有刷电机优缺点对比 直流无刷电机的原理是在有刷电机的基础上开发和演变的。在未来的一段时间里将是有刷的替代品随着世界各地发起的保护地球的口号有刷终终究会被无刷所取代。无刷直流电机的基本原理去掉了碳刷用电子元器件代替。用电子元器件的开关特性取代机械碳刷使换向变得无机械接触。无刷相对有刷的电机来说有如下优点一、运行声音小这将是我们这个文明社会必将行进的方向。另何工具它都要求降低噪声来保护我们的声音环境。现在最关键的是用在一些需要安静的地方如医院、银行、机场学校等等安静的场所。二、无火花在一些场合就可以大显身手了有一些易燃易爆的地方。三、寿命长因为它用控制器代替了换向器和碳刷是有刷电机的几倍甚至十几倍。碳刷的寿命是有一定的限度的比如一千个小时碳刷就会磨损殆尽只能更换电刷可是更换电机。四、速度高因为采用了磁场感应没有实质的接触速度可以做的更快。有了这么多的优点但是也有不好的地方一、造价高控制器的成本增加至少百元拿微电机来说。原来的换向器和碳刷的成本要低的多。二、如果使用的环境是在高磁场的地方或曾经接触或和高磁场很近电机将失去作用。因为电机本身的转子部件是磁体所作是经过充磁才有磁性的经过高磁场将改变转子的磁场或是消掉了部分的磁性电机都将不能正常工作。再给你补全一点 1 有位置传感器控制方式优点①因为有霍尔位置传感器所以电机换相准确转子位置检测的准确度不受电机转速的影响②不需要外加的转子位置检测电路硬件电路简单③电机换相控制编程简单不需要处理滤波延迟等问

题。缺点①增大了电机的体积。安装了位置传感器后一方面电机结构变复杂了另一方面电机的体积相对来说变大了妨碍了电机的小型化②增加了电机成本。容量在数百瓦以下的小容量方波型无刷直流电机常用的霍尔位置传感器的成本相对于电机本体来说所占比例比较大③传感器的输出信号易受到干扰。传感器的输出信号都是弱电信号在高温、冷冻、湿度大、有腐蚀物质、空气污浊等工作环境及振动、高速运行等工作条件下都会降低传感器的可靠性。若传感器损坏还可能连锁反应引起逆变器等器件的损坏④传感器的安装精度对电机的运行性能影响很大相对增加了生产工艺的难度。2 无位置传感器控制方式优点①降低成本减小电机的体积②抗干扰能力强能在高温、湿度大、有腐蚀物质、空气污浊的环境中工作③无传感器安装的问题减小电机的生产难度。缺点①如反电势法等转子位置检测方法在低速时检测准确度都不高需要其他方法辅助电机起动②由于各种滤波、比较电路引起的相位延迟必须在算法中加以补偿所以算法编程难度较大③由于架构了转子位置检测电路所以增加了硬件的复杂性。

无刷直流电机驱动器说明书

无刷直流电机驱动器说 明书 -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

无刷驱动器DBLS-02 一概述: 本控制驱动器为闭环速度型控制器,采用最近型IGBT和MOS功率器,利用直流无刷电机的霍尔信号进行倍频后进行闭环速度控制,控制环节设有PID速度调节器,系统控制稳定可靠,尤其是在低速下总能达到最大转矩,速度控制范围150~10000rpm。 二产品特征: 1、 PID速度、电流双环调节器 2、高性能低价格 3、 20KHZ斩波频率 4、电气刹车功能,使电机反应迅速 5、过载倍数大于2,在低速下转矩总能达到最大 6、具有过压、欠压、过流、过温、霍尔信号非法等故障报警功能 三电气指标 标准输入电压:24VDC~48VDC,最大电压不超过60VDC。 最大输入过载保护电流:15A、30A两款 连续输出电流:15A加速时间常数出厂值:秒其他可定制 四端子接口说明 : 1、电源输入端: 引角序号引角名中文定义 1V+直流+24~48VDC输入 2GND GND输入 引角序号引角名中文定义 1MA电机A相

2MB电机B相 3MC电机C相 4GND地线 5HA霍尔信号A相输入端 6HB霍尔信号B相输入端 7HC霍尔信号C相输入端 8+5V霍尔信号的电源线 GND:信号地F/R:正、反转控制,接GND反转,不接正转,正反转切换时,应先关断ENEN:使能控制:EN接地,电机转(联机状态),EN不接,电机不转(脱机状态)BK:刹车控制:当不接地正常工作,当接地时,电机电气刹车,当负载惯量较大时,应采用脉宽信号方式,通过调整脉宽幅值来控制刹车效果。SV ADJ:外部速度衰减:可以衰减从0~100%,当外部速度指令接时,通过该电位器可以调速试机PG:电机速度脉冲输出:当极对数为P时,每转输出6P个脉冲(OC门输入)ALM:报警输出:当电路处于报警状态时,输出低电平(OC门输出)+5V:调速电压输出,可用电位器在SV和GND形成连续可调内置电位器:调节电机速度增益,可以从0~100%范围内调速。 五驱动器与无刷电机接线图

电动车无刷马达控制器硬件电路详解

电动车无刷马达控制器硬件电路详解 电动车无刷电机是目前最普及的电动车用动力源,无刷电机以其相对有刷电机长寿,免维护的特点得到广泛应用,然而由于其使用直流电而无换向用的电刷,其换向控制相对有刷电机要复杂许多,同时由于电动车负载极不稳定,又使用电池作电源,因此控制器自身的保护及对电机,电源的保护均对控制器提出更多要求。 自电动车用无刷电动机问世以来,其控制器发展分两个阶段:第一阶段为使用专用无刷电动机控制芯片为主组成的纯硬件电路控制器,这种电路较为简单,其中控制芯片的代表是摩托罗拉的MC33035,这个不是这里的主题,所以也不作深入介绍。第二阶段是以MCU为主的控制芯片。这是这篇文章介绍的重点,在MCR版本的设计中,揉和了模拟、数字、大功率MOSFET 驱动等等许多重要应用,结合MCU智能化控制,是一个非常有启迪性的设计。 今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的整机电路为例,整机电路如图1: 整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:

图2:电路框图 电路大体上可以分成五部分: 一、电源稳压,供应部分; 二、信号输入与预处理部分; 三、智能信号处理,控制部分; 四、驱动控制信号预处理部分; 五、功率驱动开关部分。 下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清楚这部分,其它电路就比较容易明白。 图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图 我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机有28个引脚,去掉电源、复位、振

荡器等,共有22个可复用的IO口,其中第13脚是CCP1输出口,可输出最大分辨率达10BIT 的可调PWM信号,另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个外部中断输入脚,可处理突发事件。内部软件资源我们在软件部分讲解,这里并不需要很关心。 各引脚应用如下: 1:MCLR复位/烧写高压输入两用口 2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁功率管。正常运转时电压应在0-1.5V左右 3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护电池,避免电池因过放电而损坏。正常时电压应在 3V以上 4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口,单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的目的。 5:模拟/数字量输入口:刹车信号电压输入口。可以使用AD转换器判断,或根据电平高低判断,平时该脚为高电平,当有刹车信号输入时,该脚变成低电平,单片机收到该信号后切断给电机的供电,以减少不必要的损耗。 6:数字量输入口:1+1助力脉冲信号输入口,当骑行者踏动踏板使车前行时,该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号,该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。 7:模拟/数字量输入口:由于电机的位置传感器排列方法不同,该口的电平高低决定适合于哪种电机,目前市场上常见的有所谓120°和60°排列的电机。有的控制器还可以根据该口的电压高低来控制起动时电流的大小,以适合不同的力度需求。 8:单片机电源地。 9:单片机外接振荡器输入脚。 10:单片机外接振荡器反馈输出脚。 11:数字输入口:功能开关1 12:数字输入口:功能开关2 13:数字输出口:PWM调制信号输出脚,速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。 14:数字输入口:功能开关3 15、16、17:数字输入口:电机转子位置传感器信号输入口,单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电,从而使电机始终向需要的方向转动。这个信号上面讲过有120°和60°之分,这个角度实际上是这三个信号的电相位之差,120°就是和三相电一样,每个相位和前面的相位角相差120°。60°就是相差60°。 18:数字输出口:该口控制一个LED指示灯,大部分厂商都将该指示灯用作故障情况显示,当控制器有重大故障时该指示灯闪烁不同的次数表示不同的故障类型以方便生产、维修。 19:单片机电源地。 20:单片机电源正。上限是5.5V。 21:数字输入口:外部中断输入,当电流由于意外原因突然增大而不在控制范围时,该口有低电平脉冲输入。单片机收到此信号时产生中断,关闭电机的输出,从而保护重要器件不致损坏或故障不再扩大。 22:数字输出口:同步续流控制端,当电流比较大时,该口输出低电平,控制其后逻辑电路,使同步续流功能开启。该功能在后面详细讲解。 23--28:数字输出口:是功率管的逻辑开关,单片机根据电机转子位置传感器的信号,由这里输出三相交流信号控制功率MOSFET开关的导通和关闭,使电机正常运转。

无刷直流电机数学模型(完整版)

电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例,分析BLDC的数学模型及电磁转矩等特性。为了便于分析,假定: a)三相绕组完全对称,气隙磁场为方波,定子电流、转子磁场分布皆对称; b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响; c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布; d)磁路不饱和,不计涡流和磁滞损耗。 则三相绕组的电压平衡方程可表示为: 错误!未找到引用源。(1) 式中:错误!未找到引用源。为定子相绕组电压(V);错误!未找到引用源。为定子相绕组电流(A);错误!未找到引用源。为定子相绕组电动势(V);L为每相绕组的自感(H);M为每相绕组间的互感(H);p为微分算子p=d/dt。 三相绕组为星形连接,且没有中线,则有 错误!未找到引用源。(2) 错误!未找到引用源。(3) 得到最终电压方程: 错误!未找到引用源。(4) e c c 图.无刷直流电机的等效电路 无刷直流电机的电磁转矩方程与普通直流电动机相似,其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比 错误!未找到引用源。(5) 所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可以控制BLDC电机的转矩。为产生恒定的电磁转矩,要求定子电流为方波,反电动势为梯形波,且在每半个周期内,方波电流的持续时间为120°电角度,梯形波反电动势的平顶部分也为120°

电角度,两者应严格同步。由于在任何时刻,定子只有两相导通,则:电磁功率可表示为: 错误!未找到引用源。(6) 电磁转矩又可表示为: 错误!未找到引用源。(7) 无刷直流电机的运动方程为: 错误!未找到引用源。(8) 其中错误!未找到引用源。为电磁转矩;错误!未找到引用源。为负载转矩;B为阻尼系数;错误!未找到引用源。为电机机械转速;J为电机的转动惯量。 传递函数: 无刷直流电机的运行特性和传统直流电机基本相同,其动态结构图可以采用直流电机通用的动态结构图,如图所示: 图2.无刷直流电机动态结构图 由无刷直流电机动态结构图可求得其传递函数为: 式中: K1为电动势传递系数,错误!未找到引用源。,Ce 为电动势系数; K2为转矩传递函数,错误!未找到引用源。,R 为电动机内阻,Ct 为转矩系数;T m为电机时间常数,错误!未找到引用源。,G 为转子重量,D 为转子直径。基于MATLAB的BLDC系统模型的建立 在Matlab中进行BLDC建模仿真方法的研究已受到广泛关注,已有提出采用节点电流法对电机控制系统进行分析,通过列写m文件,建立BLDC仿真模型,

无刷直流电机的驱动及控制

无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机(BLDC)的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的,输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变,以便保持磁场定向,或优化定子电流与转子磁通的相互作用,类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见,随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加,BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是:“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离,只要满足这一定义均为所指。”

图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机,它们包括: 1 永磁同步电机(PMSMs); 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机; 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机; 4 内嵌式磁铁无刷直流电机; 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机; 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的,其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距,或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电

超静音智能型无刷电动车控制器接线说明

、超静音智能型无刷电动车控制器接线说明: 1、电源线为6.3-3AY三根线,红,红,黑。接48v电压。 2、电机线为黄,绿,蓝三根线,一般情况是相应的颜色接相应的线,如果转的声音很大,可以把这三根线调换位置接一下。 3、霍尔信号线为2.8-6AY五根线,一般情况是相应的颜色接相应的线。红,黑,黄,绿,蓝。 4、反相充电为2.8-2AY二根线,红,黑。 5、调速线为sm-3AY三根线,红,黑,灰。 6、1:1助力线为sm-3AY三根线,红,黑,绿。 8、刹车线为sm-2AY二根线,黑,紫。 7、巡航线相当于转把线sm-2AY二根线,红,黑。 9、限速线为二根单独的白色线,当把这二根线接上时,无论转把转的位置多大,速度也不会变快,保持一定速度。 10、 ABS为二根单独的绿色线,当把这二根线接上时,按下刹车,电动自行车的电机马上停转,如果不接,滑行时按下刹车,由于惯性,会向前滑行一段距离。 首先电动车要转起来,基本的连线就是电机相线(三根线:黄、绿、蓝)接上控制相线(三根线:黄、绿、蓝)、电机霍尔线(五根线:红、黑、黄、绿、蓝)接上控制器霍尔线(五根线:红、黑、黄、绿、蓝),电池(两根线加AAC线:红、红、黑)接上控制器的电源端子(两根线加AAC线:红、红、黑),调速把接控制器的调速端子,接好这四个基本连线(还要考虑相序问题),就可以转起来了。 另外还有助力线(三根:红、黑、白),限速端子等。其他的功能线可以通过合端子分辩出来。深圳市士金技术的电动车检修匹配仪可以用来检修和帮助接线。1分20秒可以从36种接法中选出最佳接线方式。 中国惯用(通用)的颜色:主电源线黑色-负极,红色+正极(最粗的那两根根)比这两根稍稍细点的一般是充电线路,注意红黑不能接错,不然严重的烧毁车子,运气好的话烧毁线路。粗点,硬的三根线(一般为黄蓝绿三色)是电机线,作用是相位线,可以随便接,主要是转的方向要注意,不然就有了倒车功能了呵呵,和这三根线在一起的是五根小线,红黑在上面两个是电源线不能接反颜色要一致,下面三根黄蓝绿是信号线(也叫:霍尔线)可以随便接,原理与三根电机线一样。其他的线路要通过万用表测量,分别是:喇叭,大灯,转向灯,尾灯,刹车灯,有些带助力的还有助力线。颜色各个厂家采用的不一样,只有通过万用表测。 无刷电动车控制器接线说明 1.电源输入 粗红色线为电源正端黑色线为电源负端细橙色线为电门锁

直流无刷电机本体设计

电机与拖动基础 课程设计报告 设计题目: 学号: 指导教师: 信息与电气工程学院 二零一六年七月

直流无刷电机本体设计 1. 设计任务 (1) 额定功率 80N P W = (2) 额定电压310N U V ≤ (3) 电动机运行时额定转速 1000/min N n r = (4) 发电机运行时空载转速max 6000/min n r = (5) 最大允许过载倍数 2.5λ= (6) 耐冲击能力21500/m a m s = (7) 机壳外径42D mm ≤ 设计内容: 1. 根据给定的技术指标,计算电机基本尺寸,包括:定子铁心外径、定子 铁心内径、铁心长度等。 2. 磁路计算,包括极对选择、磁钢选型、磁钢厚度、气隙长度等方面计算。 3. 定子绕组计算,包括定子绕组形式、定子槽数、绕组节距等计算。 2. 理论与计算过程 2.1 直流无刷电机的基本组成环节 直流无刷电动机的结构原理如图2-1-1所示。它主要由电机本体、位置传 感器和电子开关线路三部分组成。电机本体在结构上与永磁同步电动机相似,但没有笼型绕组和其他起动装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,……)组成。图中的电机本体为三相电机。三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接,位置

传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。 当定子绕组的某一相通电时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相 互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号,去控制电子开关线路,从而使定子各相绕组按一定次序导通,定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的,因而起到了机械换向器的换向作用。 因此,所谓直流无刷电机,就其基本结构而言,可以认为是一台由电子开关 线路、永磁式同步电机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。其原理框图如图2-1-2所示。 图2-1-1 直流电动机的工作原理图 图2-1-2 直流无刷电机的原理框图 直流电源 电动机 位置传感器 开关电路

电动车无刷电机控制器软件设计详解

电动车无刷电机控制器软件设计详解作者:谢渊斌原作发表在《电子报2007年合订本》下册版权保留,转帖请注明出处本文以MICROCHIP公司所生产的PIC16F72为基础说明软件编程方面所涉及的要点,此文所涉及的源程序均以PIC的汇编语言为例。由于软件不可避免需与硬件相结合,所以此文可能出现硬件电路图或示意图。本文适合在单片机编程方面有一定经验的读者,有些基础知识恕不一一介绍。我们先列一下电动车无刷马达控制器的基本要求:功能性要求:1.电子换相2.无级调速3.刹车断电4.附加功能a.限速b.1+1助力c.EBS柔性电磁刹车d.定速巡航e.其它功能(消除换相噪

音,倒车等)安全性要求:1.限流驱动2.过流保护3.堵转保护3.电池欠压保护4.节能和降低温升5.附加功能(防盗锁死,温升限制等)6.附加故障检测功能从上面的要求来看,功能性要求和安全性要求的前三项用专用的无刷马达驱动芯片加上适当的外围电路均不难解决,代表芯片是摩托罗拉的MC33035,早期的控制器方案均用该集成块解决。但后来随着竞争加剧,很多厂商都增加了不少附加功能,一些附加功能用硬件来实现就比较困难,所以使用单片机来做控制的控制器迅速取代了硬件电路芯片。但是硬件控制和软件控制有很大的区别,硬件控制的反应速度仅仅受限于逻辑门的开关速度,而软件的运

行则需要时间。要使软件跟得上电机控制的需求,就必须要求软件在最短的时间内能够正确处理换相,电流限制等各种复杂动作,这就涉及到一个对外部信号的采样频率,采样时机,信号的内部处理判断及处理结果的输出,还有一些抗干扰措施等,这些都是软件设计中需要再三仔细考虑的东西。PIC16F72是一款哈佛结构,精简指令集的MCU,由于其数据总线和指令总线分开,总共35条单字指令,0-20M的时钟速度,所以其运算速度和抗干扰性能都非常出色,2K 字长的FLASH程序空间,22个可用的IO 口,同时又附加了3个定时/计数器,5个8位AD口,1个比较/捕捉/脉宽调制器,8个

无刷直流电机驱动器原理精编版

图1 第2章 无刷直流电机的驱动原理 2.1 驱动方式的理论分析 一、主要器件MOSFET MOSFET 又称金属-氧化物半导体场效应晶体管,可分为N 型和P 型两种,又被称为 NMOSFET 与PMOSFET 。 如图1所示,一块P 型硅 半导体材料作衬底, 在其面上扩散了两个N 型区,再在上面覆盖一层二氧 化硅(SiO2)绝缘层,最后在N 区上方用腐蚀的方法 做成两个孔,用金属化的方法分别在绝缘层上及两个 孔内做成三个电极:G(栅极)、S (源极)及D (漏极), 如图所示。在驱动器上用到的MOSFET 是在其上反并 联一个二极管,该二极管通常被称为寄生二极管。由 于添加了二极管的缘故,从而使其没有了反向电压阻 断的能力。一般使用时在栅源极间施加一个-5V 的反向偏执电压,目的是为了保证是器件导通,噪声电压必须阈值门控(栅 极)电压和负偏置电压之和。 MOSFET 的使用方法和三极管的使用方法几乎类似,都是采用小电 流的方式来控制大电流,这在模拟电路中经常用到。如图2所示,在 无刷电机驱动器中使用MOSFET 主要是在MOSFET 的栅源极施加一个寄 生二极管。 二、单相半波逆变器原理 如图3所示是单相半波逆变器的原理图。对其工 作状态分析如下: 第一个工作状态,v1导通,负载电压等于Ud/2,从而 使负载电流与电压同向。 第二个工作状态,v2关短后,负载电流流向vd2,使 得负载上的电压变为-Ud/2。但随着时间的推移会使 负载的电流最终变为0。 第三个工作状态,v2导通,使得负载中出现了负电 压和负电流。 第四个工作状态,v2关断造成vd2正向偏置,得负 载电压变为Ud/2。 如果电压为横坐标u ,电流为竖坐标i 的话,那 么通过上面四个状态就可以是电流和电压在四个象限内轮流工作。因此,采用一定的方法通过控制v1 和v2的导通时间就可以达到控制负载上电流和电压按照一定的频率来轮换着工作。 但是上面的变换有一些缺点。例如,在任何时刻加载在负载上的电压都是全部电压的一半。假如咋某个时刻对于功率额定的器件,电压减半后会使电流变为原来的两倍,同时又欧姆定律可知这时的发热会变为原来的次方倍。这对于器件来说会造成更大的风险。另外电压只能在最大电压的一半,没办法为0V ,那就会是器件造成更大的波纹度。 图2 图3 图2

电动车无刷控制器硬件电路详解

电动车无刷马达控制器硬件电路详解 2008-5-10 9:47:25 电动车无刷电机是目前最普及的电动车用动力源,无刷电机长寿,免维护的特点得到广泛应用,然而由于其使用直电刷,其换向控制相对有刷电机要复杂许多,同时由于电动又使用电池作电源,因此控制器自身的保护及对电机,电器提出更多要求。 自电动车用无刷电动机问世以来,其控制器发展分两个阶用专用无刷电动机控制芯片为主组成的纯硬件电路控制器单,其中控制芯片的代表是摩托罗拉的MC33035,这个不以也不作深入介绍。第二阶段是以MCU为主的控制芯片。的重点,在MCR版本的设计中,揉和了模拟、数字、大功等许多重要应用,结合MCU智能化控制,是一个非常有启今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心,350W的机电路如图1:

图1:350W整机电路图 整机电路看起来很复杂,我们将其简化成框图再看看:

图2:电路框图 电路大体上可以分成五部分: 一、电源稳压,供应部分; 二、信号输入与预处理部分; 三、智能信号处理,控制部分; 四、驱动控制信号预处理部分; 五、功率驱动开关部分。 下面我们先来看看此电路最核心的部分:PIC16F72组成的控制部分,因为其他电路都是为其服务或被其控制,弄清路就比较容易明白。

图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图 我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源:该单片机电源、复位、振荡器等,共有22个可复用的IO口,其中输出口,可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号,另路AD模数转换输入口,可提供检测外部电路的电压,一个可处理突发事件。内部软件资源我们在软件部分讲解,这里各引脚应用如下: 1:MCLR复位/烧写高压输入两用口 2:模拟量输入口:放大后的电流信号输入口,单片机将换后经过运算来控制PWM的输出,使电流不致过大而烧毁时电压应在0-1.5V左右 3:模拟量输入口:电源电压经分压后的输入口,单片机转换后判断电池电压是否过低,如果低则切断输出以保护过放电而损坏。正常时电压应在3V以上 4:模拟量输入口:线性霍尔组成的手柄调速电压输入口压高低来控制输出给电机的总功率,从而达到调整速度的

无刷电机驱动器

常州工学院 课程设计报告 课题:无刷电机驱动器 班级: 姓名: 学号: 指导老师:王雁平

目录 1 直流无刷无霍尔电机原理 (1) 2 总体设计方案 (3) 3 硬件设计 (4) 3.1 电源模块 (4) 3.2 驱动电路 (5) 4 心得体会 (6) 5 附录 (6) 5.1 元件清单 (6) 5.2 原理图 (7) 5.3 PCB图 (9)

1、直流无刷无霍尔电机原理 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。普通直流电动机的电枢在转子上,而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电动机旋转,需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向,使两个磁场的方向始终保持相互垂直,从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。无刷直流电动机为了去掉电刷,将电枢放到定子上去,而转子制成永磁体,这样的结构正好和普通直流电动机相反;然而,即使这样改变还不够,因为定子上的电枢通过直流电后,只能产生不变的磁场,电动机依然转不起来。为了使电动机转起来,必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电,这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持左右的空间角,产生转矩推动转子旋转。

无刷电机的设计最终版

9-10 直流无刷电机的设计 9-10-1直流无刷电机的概述 直流电机有无可伦比的优点,体积小,重量轻,结构简单,速度变化范围大,供源简单,移动方便,价格低廉,制造简单,工艺性好等等,是我国用量最大的一种电机。 但是直流电机由于换向的需要,因此必需要由电刷和换向器来换向。由于换向器和电刷的作用,就给电机带来各种不良的影响,如噪声,电刷运行寿命,电机干扰和电机本身体积等问题。直流电机最大的缺点是电机寿命远远不如交流电机,交流同步电机等等无刷电机。 交流电机,交流同步电机是交流供电的,由于用的是交流电源,在50HZ 的交流电源中,一对极的交流异步电机的同步理论转速是:m in /30001 50 6060r p f n =?=?= ,在交 流同步电机中的同步转速也应该为m in /3000r ,如果把电源的频率调高或调低,则电 机的工作转速也可以很高或者较低的。但这个电机的供源是交流电,如果把直流电源通过电 路的转换,变成可以交变的波形供给交流电机或交流同步电机,那么交流异步电机或交流同步电机也可以很好的转动起来的,这就是直流无刷电机的最直观的概念。 要把直流电转换成单相或三相交变电源,在上世纪中叶还是一个非常麻烦的事,那时只有电子真空管,体积很大,输出电流很小,那时台式收音机就有12英寸的电视机那么大,无法和现在手指那么大的MP3相比拟。后来发明了半导体和相应的各种半导体技术使电子控制技术推向了一个新纪元。各种电源逆变,分配技术,换相技术的相继出现,许多高性能,高功率的半导体器件的研制成功,从而使电机领域出现了机电一体化的步进电机,直流无刷电机,并迅速在各个领域得到了广泛的应用。 当出现了永磁直流无刷电机后,就体现了它强大的生命力,永磁直流无刷电机有许多优点,如干扰小,(电路部分有一定的电磁干扰的),运行寿命长,调速性能好,控制方法多,输出力矩大,过载能力强,调速范围宽,起动响应快,运行平稳,效率高等。永磁无刷直流电机有许多交流异步电机,步进电机和直流电机不具备的优点。它广泛应用于办公机械,电脑,音响,通风行业,自动控制,仪器仪表,汽车,国防工业等等领域,特别一提的是,在电脑中,光驱动器,硬盘,DVD 等大量用了非常精密的形式不一的永磁无刷直流电机,目前社会上人们所骑的电动自行车上的电机绝大都数是采用了永磁直流无刷电机,这个量非常可观,这些也是用得最广泛,生产量最多的直流无刷电机。永磁直流无刷电机已经在时刻影响着人们的生活,在左右人类的生活的历史。 随着控制器的小型化,模块化,以前做得较大的控制器现在可以做得更小,有的可以和电机做在一起,使永磁无刷电机使用起来那么方便,那么的得心应手。许多永磁直流电机日益被永磁无刷直流电机所替代。在电机界,研究,开发永磁直流无刷电机是一种新的趋势。这方面的论著也比以往多起来了。 9-10-2永磁直流无刷电机工作原理 从电磁原理看,电机中如果一个永磁多极磁钢的转子(一对极也可以),外面的定子是由相对应极数的线圈组成,定子线圈如果能够产生一个单向的旋转磁场(不是脉振磁场)的话,转子因为该磁场的磁极作用而跟转,这样电机就可以转动起来,如果转子上加了个负载,为

电动车无刷控制器电机线和霍尔线常规接法

针对目前控制器普通版本和标准版本需要对相序给出常规接法(本公司智能自学习版本无需对相序),?? 无刷电机为3相6拍控制,因此3根霍尔状态对应3根电机线6种输出状态,不同组合有36种接法,其中有6种接法能让电机运转正常,且这6种接法里有3种接法是正转另3种接法是反转。所以我们有必要掌握接线规则。 一:首先我们得让电机正常转起来,通常是霍尔插头直接插上,调整电机线。 以下给出6种规律接法,必定有1种能让电机运转正常 1》电机线蓝色对控制器蓝色电机线绿色对控制器绿色电机线黄色对控制器黄色 2》电机线蓝色对控制器蓝色电机线绿色对控制器黄色电机线黄色对控制器绿色 3》电机线黄色对控制器黄色电机线蓝色对控制器绿色电机线绿色对控制器蓝色 4》电机线绿色对控制器绿色电机线蓝色对控制器黄色电机线黄色对控制器蓝色 5》电机线蓝色对控制器黄色电机线黄色对控制器绿色电机线绿色对控制器蓝色 6》电机线黄色对控制器蓝色电机线蓝色对控制器绿色电机线绿色对控制器黄色 总结以上规律我们可以编出一套顺口溜方便记忆 一般控制器是放在上方的,电机是放在下方的,我们可以这么记忆 1》颜色对颜色 2》蓝对蓝,其它2色对调 3》黄对黄,其它2色对调 4》绿对绿,其它2色对调 5》上蓝对下蓝,其它2色对调 6》上黄对下蓝,其它2色对调 霍尔有正有反,说明该电机是60°相位角,没有正反就是120°相位角。你可按原样放入(可稍稍用502瞬间胶固定)将三个霍尔的正极和负极分别并联后与电机引出线中细的红、黑线相连焊接(注意绝缘)将三个霍尔的信号线分别与电机引出线中细的黄、绿,蓝线相连焊接(注意绝缘)。

二:以上接法能让电机运转正常,但不一定是正转,如果你要调成正转可将电机线A相C相对调,霍尔线A相B相对调。 无刷电机相角的判断 无刷电机的相角是无刷电机的相位代数角的简称,指无刷电机各线圈在一个通电周期里面线圈内部电流方向改变的角度。电动车用无刷电机常见的相位代数角有120°与60°两种。 □观察霍耳元件安装空间位置判断无刷电机的相角 120°和60°两种相角电机的霍耳元件安装空间位置不一样。 □测量霍耳真值信号判断无刷电机的相角 在此需要先说明一下的是什么叫无刷电机的磁拉力角.无刷电机的磁钢数量一般是 12片、16片或18片,其对应的定子槽数是36槽、48槽或54槽。电机在静止状态时,转子磁钢的磁力线有沿磁阻最小方向行走的特性,因此转子磁钢所停顿的位置恰好为定子槽凸极的位置。磁钢不会停在定子槽心的位置,这样转子与定子的相对位置只有36种、48种或54种这有限的几个位置。因此无刷电机的最小磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。

无刷直流电动机PWM 控制方案

第三章、用EL-DSPMCKIV实现无刷直流电动机PWM 控制方案 实验概述: 本实验是一个无刷直流电动机的PWM控制系统。结构简单,用到的模块也较少。下面给出每个模块的输入与输出量名称及其量值格式 (一)、无刷直流电动机PWM 控制原理简介 无刷直流电动机从结构上讲更接近永磁同步电动机(我们在下一章节中做详细介绍),控制方法也很简单,主要是通过检测转子的位置传感器给出的转子磁极位置信号来确定励磁的方向,从而保证转矩角在90 度附近变化,保证电机工作的高效率。定子换相是通过转子位置信号来控制,转矩的大小则通过PWM的方法控制有效占空比来调控。 我公司提供过两种直流无刷电机,一种以前提供过的57BL-02直流无刷电机的额定电压为24V,额定转速为1600rpm,转子极数为4,也就是2 极对,还有一种是现在提供的57BL-0730N1直流无刷电机,该电机额定转速为3000rpm,转子极数为10,也就是5极对,这两种电机的转子位置都由霍尔传感器提供,同时由此计算出电机的转速,控制程序样例没有电流环。 (二)、系统组成方案及功能模块划分 本实验为开环和闭环实验,通过几个模块信号处理最终用BLDCPWM模块产生IPM 驱动信号来控制直流无刷电机转动。

下图为一个开环控制的系统功能框图,参考占空比信号经由RMP2CNTL 模块处理,变成缓变信号送到PWM产生模块。霍尔传感器的输出脉冲信号,经由DSP的CAP1、CAP2、CAP3端口被DSP获取。通过霍尔提供的转子位置信息HALL3_DRV模块判断转子位置,并将该转子位置信息通过计数器传递给BLDC_3PWM_DRV 模块,该模块通过占空比输入、设定开关频率以及转子的位置信息产生相应的PWM 信号作用于逆变器中的开关管,从而驱动电动机旋转。

电动汽车电机控制器原理

电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T 18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义,电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心,它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能,逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表,当发生制动或者加速行为时,控制器控制变频器频率的升降,从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式,控制技术简单、成熟、成本低,但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换,采用变频调速方式实现电机调速,采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。

3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统,其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换,采用变频调速方式实现电机调速;梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定,因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。 4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机,交流永磁电机采用稀土永磁体励磁,与感应电机相比不需要励磁电路,具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率:在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率:在规定的持续时间内,电机允许的最大输出功率。 3、额定转速:额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速:相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩:电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩:电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率:电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。 扩展阅读: WP4000变频功率分析仪应用于电动汽车电机试验 现行的电动汽车相关标准大全 如何选择电动汽车电池监测系统 hb

无刷直流电机结构

1. 磁回路分析法 图1-4 (摘自Freescale PZ104文档) 在图1-4中,当两头的线圈通上电流时,根据右手螺旋定则,会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示),而中间的转子会尽量使自己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致,以形成一个最短闭合磁力线回路,这样内转子就会按顺时针方向旋转了。 “当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时,转子所受的转动力矩最大”。注意这里说的是“力矩”最大,而不是“力”最大。诚然,在转子磁场与外部磁场方向一致时,转子所受磁力最大,但此时转子呈水平状态,力臂为0,当然也就不会转动了。 当转子转到水平位置时,虽然不再受到转动力矩的作用,但由于惯性原因,还会继续顺时针转动,这时若改变两头螺线管的电流方向,如下图所示,转子就会继续顺时针向前转动,见图1-5所示: 图1-5 (摘自Freescale PZ104文档) 如此不断改变两头螺线管的电流方向,内转子就会不停转起来了。改变电流方向的这一动作,就叫做换相(commutation)。注意:何时换相只与转子的位置有关,而与转速无关。 以上是两相两级无刷电机的工作原理,,下面我们来看三相两极无刷电机的构造。 2. 三相二极内转子电机结构 定子三相绕组有星形联结方式和三角联结方式,而“三相星形联结的二二导通方式”最常用。

图1-6 (修改自Freescale PZ104文档) 图1-6显示了定子绕组的联结方式(转子未画出),三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。整个电机就引出三根线A, B, C。当它们之间两两通电时,有6种情况,分别是AB, AC, BC, BA, CA, CB,图1-7(a)~(f)分别描述了这6种情况下每个通电线圈产生的磁感应强度的方向(红、兰色表示)和两个线圈的合成磁感应强度方向(绿色表示)。 在图(a)中,AB相通电,中间的转子(图中未画出)会尽量往绿色箭头方向对齐,当转子到达图(a)中绿色箭头位置时,外线圈换相,改成AC相通电,这时转子会继续运动,并尽量往图(b)中的绿色箭头处对齐,当转子到达图(b)中箭头位置时,外线圈再次换相,改成BC相通电,再往后以此类推。当外线圈完成6次换相后,内转子正好旋转一周(即360°)。再次重申一下:何时换相只与转子位置有关,而与转速无关。 图1-8中画出了换相前和换相后合成磁场方向的比较与转子位置的变化。一般来说,换相时,转子应该处于,比与新的合成磁力线方向垂直的位置不到一点的钝角位置,这样可以使产生最大的转矩的垂直位置正好处于本次通电的中间时刻。 (a) AB相通电情形(b) AC相通电情形 (c) BC相通电情形(d) BA相通电情形 (e) CA相通电情形(f) CB相通电情形

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