电动车调速系统的毕业论文

- -I目 录摘要 . .II一、 概述 .1（一）电动车的定义 .1（二）电动车发展所面临问题 .1(三)电动车的基本构造和功能 .2（ 四）电动车常用的电动机及要求 .3（五）无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较 .4（六）永磁无刷直流电机的性能及应用 .5二、电动车电机的调速及电路设计 .6（一）永磁无刷直流电机结构及基本工作原理 .6（二）永磁无刷直流电机调速系统设计 .9（三）驱动设计的改良 . 12（四）无刷直流电机接线图 .13（五）稳压电路 .14（六）保护电路 .14三、电动自行车的故障检修 . 15（一）电机空载电流大 .17（二）电机发热 .18（三）电机的空载/负载转速比大于 1.5 .19（四）电池保养及维护 .19（五）无刷电机缺相 .20四、主要器件性能及原理 .20（一）控制器 .20（二）蓄电池 .21（三）集成转速传感器 .22（四）ADC0809 芯片 .23（五）三极管 .23- -II结论 .24致谢 . 25 参考文献 .25- -1电动车电机调速及维护方案设计朴美英摘要电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。随着永磁材料和功率电子元器件的不断进步,永磁无刷直流电动机得到了快速的发展,它们被广泛地用于变速驱动、伺服驱动、兵器、航空、航天和工业自动化等各个领域。因此,合理正确地设计永磁无刷直流电动机是一个越来越重要的课题。从本期起分期介绍无刷直流电动机的设计,主要有:无刷直流电动机的结构和工作原理,以及连接方式;分数槽绕组;磁路计算;电路系统的计算等内容。关键词 电动车、无刷直流电机、双闭环直流调速系统、 控制器系统。- -2前 言随着社会科技的发展电动车的作用也越来越重要，目前的电动车一走进了千家万户替代了以前的自行车成为最为普遍的交通工具。但是，由于种种原因他也造成了很多的麻烦。电动车的电池造成资源的浪费及环境的污染低成本也有低技术的存在。低成本就意味着地保障率，实际上放任自流，无序发展，是不可取的。而应像农用车一样规范发展。比如规定安全标准，规定电池必须回收，规定不上等级公路。- -3一、概 述（一）电动车的定义它是以蓄电池作为辅助能源,具有两个车轮,能实现人力骑行,电动或电助动功能的特种自行车。（二）电动车发展所面临问题第一个趋势是，轻量化的发展趋势。一方面，消费者特别是城市消费者偏好正在向更轻巧、更便捷、更安全、更舒适方面转变，另一方面，随着政府管理力度的加大，电动摩托车的管理模式将逐渐明确，可能只有符合国家标准的电动自行车才能继续享受非机动车的待遇，这在客观上要求电动自行车向轻量化的方向发展（轻量化我认为无论如何讲都应该是电动自行车未来发展的首要趋势或者是主流趋势） 。第二个趋势是，锂电池等新能源的应用将不断拓展提速。就在国庆前夕，工信部消费品司刚刚组织电池行业和电动自行车行业的部分企业召开了锂电池技术交流衔接座谈会，与会企业纷纷看好锂电池的发展前景，锂电时代越来越近了。今年，锂电池电动自行车又得到了进一步的发展。好孩子、力霸皇、耀马、捷安特、永久、富士达等一大批企业推出了锂电车，作为中高端产品投放市场。从目前锂电车在北京、上海、南京、济南、郑州等一大批大中城市的销售情况来看，应该讲形势还是良好的，发展锂电车已经成为多数企业的共识。第三个趋势是，市场的细分将更加深入发展。现在电动自行车市场格局已经开始分化，销售市场正在试图分化，新的市场格局正在加快形成。随着电动自行车的城市的普及，农村市场将是上一阶段电动自行车发展的重点。目前，电动自行车产品的细分主要建立在城市经验的基础上，产品的细分还主要停留在外观款式和速度、爬坡能力等基本性能方面。要想开拓农村市场，就必须根据农村的使用环境和农民的使用习惯对现有的产品功能和结构进行调整。同时，城市市场对产品细分的需求也将进一步提升，产品的品牌内涵，功能特点，技术特征，将成为产品细分的关键点。如何做好产品细分将是企业巩固和扩大市场份额，培育差异化的核心竞争力，实习企业发展由量向质提升的关键，我认为这是我们行业的第三个趋势。第四个趋势是，产品技术创新将加速发展。新产品提升企业已成为趋势，时尚的产品，多功能的产品，将占领销售市场。最重要的是，新产品将在技术创新方面日益成熟，包括永磁高速无刷电机、微电脑控制技术、轻合金材料技术、自动焊接- -4技术等一批先进技术将在电动自行车中得到更加广泛的应用。电动自行车生产过程和产品本身，也将更加节能、高效、低碳排放和可循环，节能、环保、高效将是电动自行车技术创新的核心，将成为激发更大市场需求的内在动力。(三)电动车的基本构造和功能1.充电器，它是给电池补充电能的装置,一般分二阶段和三阶段充电模式两种.2.电池，主要采用铅酸电池组合,另外镍氢电池与锂离子电池也在一些轻便折叠电动车上开始使用了.3.控制器，它是控制电机转速的部件,也是电动车电气系统的核心,具有欠压、限流、过流保护功能.4.转把、闸把、助力传感器，这些部件都是控制器的信号输入部件，转把信号是电动车速度的控制信号，闸把信号是电动车刹车时，闸把内部电子电路输出给控制器的一个电信号，控制器接收到这个信号，就会切断对电机的供电，从而实现刹车断电功能，助力传感器是当电动车处于助力状态时，检测骑行脚蹬力矩式脚蹬速度信号的装置。控制器根据助力传感器信号的大小，分配给电机不同的电驱动功率，以达到人力与电力自动匹配，共同驱动电动车的旋转。5.电机，电机是将电池电能转换成机械能，驱动电动车轮旋转的部件。电动车上使用的常见的有：有刷有齿、有刷无齿、无刷无齿、无刷有齿、侧挂电机。6.灯具、仪表，灯具、仪表部分的提供照明并指示电动车状态的部件组合。仪表一般提供电池电压显示，智能型仪表还能显示整车个电器部件的故障情况。（四）电动车常用电动机及要求电动车用电机一般是直流电机，用有、无永久磁铁分类，有永磁电机和串激电机两类。电机旋转部分叫转子，不转动叫定子。永磁电机的转子或定子有一个是永- -5久磁铁，另一个则是漆包线绕的线包；串激电机的转子和定子都是漆包线绕制的线包。同样功率的电机，永磁电机比串激电机省电。目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。所谓永磁电机，是指电机线圈采用永磁体激磁，不采用线圈激磁的方式。这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，提高了电机机电转换效率，这对使用车载有限能源的电动车来讲，可以降低行驶电流，延长续行里程。电动车电机按照电机的通电形式来分，可分为有刷电机和无刷电机两大类；按照电机总成的机械结构来分，一般分为“有齿” （电机转速高，需要经过齿轮减速）和“无齿” （电机扭矩输出不经过任何减速）两大类。电动车对 电动机的性能有四大要求：即加速性能、稳速性能、长时工作性能和爬坡性 能。 车用 电动机在设计和制造时应考虑的要求是，耐用性。首先要能够耐受冲击和碰撞、颠簸等外力的反复作用，保证正常运转。 防水防锈蚀。在 电动机的寿命期内，不能因为运行中受到雨天和偶然淋水而锈迹 斑斑或危及 内部电路和绝缘。电动机应当是防锈的，密封应当可靠，不能侵入水分。耐气候性。车用 电动机的使用环境不比矿 山设备作业条件更好，甚至更复杂。用户可以是天南地北，沙漠、沿海、化学腐蚀地带。他们有时行进在酷热温湿、或寒冷干燥的地区，条件相差悬殊。所有这些不同的环境，车用 电动机都应当能够适应。（5）无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较磁无刷直流电动机是由一块或多块永磁体建立磁场的直流电动机，其性能与恒定励磁电流的他励直流电动机相似，可以由改变电枢电压来方便地调速。与他励式直流电动机相比，具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点，是小功率直流电动机的主要类型。由于永磁无刷直流电机的励磁来源于永磁体，所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高 10%左右，一般来说，永磁直流电机的力能指针（cos）比同容量三相异步电动机高 12%-20%。- -6图 1 永磁无刷直流电机永磁有刷直流电机的工作原理 有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。由于电刷和换向器的存在，有刷电机的结构复杂，可靠性差，故障多，维护工作量大，寿命短，换向火花易产生电磁干扰。图 2 有刷直流电机由换当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外接通向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向上放置着一对固定不动的电刷 B1 和 B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。（6）永磁无刷直流电机的性能及应用永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，没有励磁损- -7耗，发热的电枢组又装在外面的定子上，散热容易。因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转的情况下运行。无刷直流电动机因其无电刷和机械换向器，不需要减速装置，噪声低等优点，被广泛应用于电动自行车中。1.寿命长、免维护、可靠性高。在有刷直流电动机中，由于电机转速较高，电刷和换向器磨损较快，一般工作 1000 小时左右就需更换电刷。另外其减速齿轮箱的技术难度较大，特别是传动齿轮的润滑问题，是目前有刷方案中比较大的难题。所以有刷电机就存在噪声大、效率低、易产生故障等问题。因此无刷直流电动机的优势很明显。2.效率高、节能。一般而言，因无刷直流电动机没有机械换向的磨擦损耗及齿轮箱的消耗，以及调速电路损耗，效率通常可高于 85%，但考虑到实际设计中的最高性价比，为减少材料消耗，一般设计为 76%。而有刷直流电动机的效率由于齿轮箱和超越离合器的消耗，通常在 70%左右。 - -8二、电动车电机的调速控制系统及制动设计（一）无刷直流电机硬件设计我 们 先 了 解 一 下 直 流 电 动 机 的 调 速 ， 想 了 解 直 流 电 机 的 调 速 先 了 解 一 下 直 流电 机 的 结 构1.无刷直流电动机的结构无刷直流电动机(brushless DC motor)是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。其原理框图如下图所示。图中，直流电源通过开关电路向电动机