張俊強(qiáng)

(忻州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西忻州034000)

電動(dòng)自行車是一種健康、環(huán)保、便捷的綠色交通工具，它比較符合中國(guó)的實(shí)情，它含有材料科學(xué)、機(jī)械控制、電子等多種技術(shù)。電動(dòng)車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由傳感器、功率變換器、電動(dòng)機(jī)、控制器組成。

1 電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)要求和總體規(guī)劃

1.1 調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求

電動(dòng)車所用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有加速性能好、過載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并且具有較大的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，同時(shí)具有最佳利用能量功能。另外還要求電動(dòng)機(jī)的可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以大批量生產(chǎn)，使用維修便捷等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 采用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)

永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒有刷的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。它采用的是永磁體轉(zhuǎn)子，會(huì)發(fā)熱的電樞繞組裝在外面的定子上，不會(huì)產(chǎn)生無線電干擾，運(yùn)行也很可靠，使用和維修簡(jiǎn)單方便。與其它系統(tǒng)相比，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有更高的效率和能量密度，在電動(dòng)車中有很好的應(yīng)用前景［1］。

1.3 調(diào)速系統(tǒng)的總體規(guī)劃

電動(dòng)自行車的基本原理是:由蓄電池提供電能，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車。電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有以下四個(gè)方面:(1)控制電路的設(shè)計(jì);(2)傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì);(3)顯示電路的設(shè)計(jì);(4)程序設(shè)計(jì)。

2 調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

控制電路主要有電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路、顯示電路四個(gè)部分。傳感器的電源直接使用24 V蓄電池，單片機(jī)的電源則通過三端穩(wěn)壓器78L05將24 V電源轉(zhuǎn)換到5 V。

2.1 電源電路、顯示電路和控制電路

24 V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器74L05輸出即為單片機(jī)所要求的+5 V電源。顯示部分采用單片機(jī)串口通訊，單片機(jī)通過中斷的方式為顯示服務(wù)。打開系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，IN0-IN6線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDA-ADDC線上的地址決定。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路及原理

電動(dòng)自行車使用24 V直流電機(jī)，這種小功率直流電機(jī)一般有兩種調(diào)速方法:一是使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī);二是脈寬調(diào)制型，它有雙向式和單向式兩種。

考慮到電動(dòng)自行車對(duì)調(diào)速精度和距離控制要求不太高等多方面因素，決定采用單向式開環(huán)PWM控制。

3 調(diào)速系統(tǒng)主要器件性能及原理

電動(dòng)車的性能指標(biāo)一般由驅(qū)動(dòng)性能、駕駛性能、車載能源系統(tǒng)性能這三部分組成。驅(qū)動(dòng)性能取決于電機(jī)功率因素，車載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量，駕駛性能指標(biāo)的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù)。

3.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等［2］。8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.2 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

無刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器，定子磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子軸線是垂直的［3］。

由于繞組平均電流和平均電磁轉(zhuǎn)矩成正比:

電動(dòng)機(jī)的角速度和兩相繞組反電勢(shì)的差也成正比:

所以，平均電流Iav=(Vm －ELL)/2Ra(A)，Vm=δ·VDC。

3.3 三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理

三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成，電路如圖2所示。

圖2 電路圖

在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當(dāng)恒流源難以自行導(dǎo)通時(shí)，就用啟動(dòng)電路給恒流源的BJT T4、T5提供基極電流?；鶞?zhǔn)電壓電路由 T4、DZ2、T3、R1、R3及 D1、D2組成。T4～T11組成取樣比較放大電路和調(diào)整電路;取樣電路由R12、R13組成。減流式保護(hù)電路的功耗不能超過額定值PCM［4］。

4 電動(dòng)自行車的保養(yǎng)

5 結(jié)束語

為了延長(zhǎng)電動(dòng)車的壽命，用戶在使用時(shí)需要注意以下幾點(diǎn):

(1)注意充電的環(huán)境，養(yǎng)成節(jié)電好習(xí)慣。充電時(shí)要保持電池和充電器通風(fēng)而且能調(diào)節(jié)溫度，使用時(shí)在安全的前提下盡量少剎車。

(2)保護(hù)好充電器，不隨便更換。盡量讓充電器減少振動(dòng)，通常不要放在車籃和后蓋箱。

(3)要及時(shí)充電并定期進(jìn)行深放電。用完電要及時(shí)充滿，變燈后繼續(xù)充一會(huì)兒再用。深放電有利于電池容量的提升。

(4)消費(fèi)者要利用維修服務(wù)對(duì)電池進(jìn)行定期檢查，延長(zhǎng)電池壽命［5］。

在電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)的研究中，為避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)從抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能這三方面采取措施來提高系統(tǒng)性能。在抗干擾設(shè)計(jì)中，硬件抗干擾是主動(dòng)措施，而軟件抗干擾是被動(dòng)措施，采用兩者相結(jié)合的方法，即能保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

［1］林志琦，劉濤，逄林.無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［J］.微電機(jī)，2008(11):58－60.

［2］王緒偉，費(fèi)樹岷.基于MC33035的直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)［J］.電子工程師，2010(5):47－49.

［3］丁輝，岳明道，劉寧.電動(dòng)自行車調(diào)速控制電路的改進(jìn)［J］.宿州師專學(xué)報(bào)，2009(2):57 －58.

［4］陳君科，范蟠果.電動(dòng)自行車控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電力電子技術(shù)，2008(3):81－83.

［5］盧靜，陳非凡.基于單片機(jī)的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(4):44－49.