电动自行车的调速系统的设计与研究毕业论文

1、电动自行车的调速系统的设计与研究毕业论文第一章 引言电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从 20 世纪 20 年代初至60 年代末， 电动车的发展进入了一个沉寂期。进入 70 年代以来，由于中东石油危机的爆发以及人类对自然环境的日益关注，电动车才再度成为技术发展的热点。近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新

2、型电动车，改善其性能处于世纪之交的今天，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以及化工技术等多种高新技术的综合产品。整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动车的电机驱动系统一般由4 个主要

3、部分组成，即控制器、功率变换器、电动机及传感器。目前电动车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等。第二章 系统要求2. 1 电动车对电动机的基本要求电动车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要求是很高的。2.1.1 电动车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为（34）,加速性能好，使用寿命长的特点。2.1.2 电动车用电动机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。2.1.3 电

4、动车用电动机应能够在车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电汽车具有最佳能量的利用率，这在内燃机的摩托车上是不能实现的。2.1.4 电动车用电动机应在整个运行范围内，具有高的效率，以提高1 次充电的续驶里程。另外还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。2.2 鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机。2.2.1 永磁无刷直流电动机的基本性能。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，没有励磁损耗：发热

5、的电枢绕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运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。2.2.2 永磁无刷直流电动机的控制系统。典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢量控制系统，由于永磁体只能产生固定幅值磁场，因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域，一般采用电流滞环控制或电流反馈型 SPWMfc来完成。为进一步扩充转速，永磁无刷直流电动机也可以采用弱磁控制。

6、弱磁控制的实质是使相电流相位角超前，提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。2.2.3 永磁无刷直流电动机的不足。永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下, 操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很 高。第三章总体规划对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面：一、控制电路的设计；二、传感器 选择以及安放

7、设计；三、显示电路的设计；四、程序设计。从总的方面来考虑，传感器 的使用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。控制电路要根 据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。控制核心采用 51单片机, 控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。控制上采用分时复用技术，仅用一块单片 机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。如图 3-1所示图3-1电动自行车的基本原理是：由蓄电池提供电能，电动机驱动自行车第四章电路设计控制电路主要有电源电路、电机驱动电路、单片机接口电路、显示电路四个部分考虑到电机的起动电流和制动时比较大， 会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感器的工作产生干

8、扰，所以，电机驱动电路和单片机以及传感器电路用光耦隔离。传感器的 电源直接使用24V蓄电池，单片机的电源则通过三端稳压器 78L05将24V电源转换到5V。 4. 1电源电路24V直流电源经三端稳牙器74L05输出即为单片机所要求的+5V电源。电路中接入 电容C、G是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的 高频干扰。大容量的。是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。 D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器C一个放电通路，防止G两端电压作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。一M三端压压器78L05Vin+5V24V5VC10.33

9、 m-F0.33 m-F2图 4-1-14. 2显示电路显示部分采用单片机用口通讯，以节省单片机的端口，单片机通过中断的方式为显 示服务。直流电动机的额定转速为 190转每分大约需要三位数码显示。驱动器采用 74LS164申接510欧的限流电阻。见图4-2-1 »5. 3控制电路打开系统电源后由电位器控制电动机转速，IN0-IN6线上那一路模拟电压被转换成 数字量由ADDA-ADD线上的地址决定。ADDC080呐部”地址锁存与译码”电路便能把 IN0线上模拟电压送入8位A/D转换器此时，若单片机使STARI处于高电平，则ADC0809 便开始A/D转换，一旦A/D转换完成，ADC08

10、09-方面把A/D转换后的数字量送入它的 三态输出缓冲器另一方面又使EOCI变为高电平向单片机提出中断请求。单片机检测和 响应该中断请求后就通过使rd非变为低电平而使。嗫变高，以便可以从2-1-2-8引线上 取走A/D转换后的数字量。单片机根据 A/D转换后的数字量输出相应的巨型脉冲信号。 脉冲信号经74LS245放大后经光电藕荷控制继电器。见附图4-3-1。6. 4驱动电路及原理卜面主要对驱动电路进行一下介绍:电动自行车使用24V直流电机，对于这种小功率直流电机的调速方法一般有两种。 一种线性型：使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路 结构和原理简单，成本低，加速能

11、力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通 过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大。另一种脉宽调制型：脉宽调速（PULSE WIDE MODULATONPWM较常用的一种调 速方式，这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受 频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转的等优点。因此决定采 用PWMT式控制直流电机。永磁式直流电机脉宽调速原理永磁式直流电动机电机转速由电枢电压UD决定，电枢电UD越高电机转速越快，电枢电压 UD降为0V,电机就停转。 直流电机的具体调速过程是：先让它启动一段时间，然后切断电源，电动机因惯性而降 速转动。在转速降到一定限度时使

12、电动机再次接通电动机因此而再次加速。不断的给电 枢两端送入脉动电压源（即脉动信号）就可以使电动机的转速控制在指定的范围内。如图4-4-1所示：转速:脉冲信号:Max为电动机的最大转速值。Vmin为电动机的最小转速值。Vd为二者的平均值。VD=D *VMax式中D=t/T称为占空比D越大Vd就越大反之亦然。平均转速和电枢上的脉冲占空比D之间的关系如4-4-2图:VD （平均速度）0.51 D （占空比）图 4-4-2由图可知，平均转速与占空比并非完全的线性关系， 但可以近似的看成是线性关系。 因此电动机的平均转速VD就可以有占空比D加以控制。PWMS速分为双向式和单向式两种双向式：在一个脉冲周期

13、内（T=Ta+Tb）, T1和T3导通的时间为Ta, T2和T4导通 的时间为Tb,这样在Ta这段时间内，电机通过的是正向电流，在Tb这段时间内为反相 电流。当Ta=Tb时电机停转，Ta>Tb时电机正转，Ta <Tb时电机反转。单向式：单向式的电路更双向式相同。不同的是，在电机正转时，Tb这段时间内不通过反向电流，电机反转时，Ta内不通过正向电流。其调速原理基本与双向式相同。单 向式与双向式相比，三极管的开关频率少一半，比较不容易发生上下三极管导通而造成 电源短路的情况，故可靠性有所提高，但控制性能比双向式稍差。外特性、低速性能也 不如双向式好。图 4-4-5如上图4-4-5左所示

14、为双向式调速方式下速度与占空比关系曲线，图3-1-5右为单向式 调速方式曲线。综合以上两种方式的优缺点，并考虑到电动自行车对调速精度要求不太高，以及省电，器件损耗等各方面因素，决定采用单向式PWM考虑到编程时可能会产生使T1、T2、 T3、T4都导通的情况，以至电源短路，烧毁器件。为避免出现这种情况，设计了图4-4-6 所示的电路24VD图 4-4-6此电路只用一个三极管控制电路的通断，用四个继电器控制电流的流向，从而控制电机 的转向。这样无论如何，都不会出现因编程原因而造成电源短路的情况。由于采用单片机控制电机，如果单片机的电源采用与电机同一电源， 虽然经过稳压、 滤波，但是单片机仍然容易受

15、到电机以及继电器的干扰，为了避免干扰，采用光电隔离，单片机和电机采用两套电源。4N26光耦一般需要2mA以上的驱动电流，由于单片机的输 出电流只有几百微安，故需要先接 74LS245或者接一个三极管增加驱动能力（74LS245 的高电平驱动能力为15mA。光耦的输出再接给达林顿管，考虑到电机的短路电流有 2A,故选用TIP132型号的达林顿管（允许通过的最大瞬时电流为8A）。另外在达林顿管的C极和电源的正极之间接一个耐流为 2A的二极管，这样在关断电源后，使继电器 反相，可以让电机放电，这样停车时车不至于因为惯性滑行太远而浪费能源。因此时以 关断了电源，要将电动车停下来而采取的无谓制动不能将电

16、能回馈给蓄电池。考虑到电动自行车对电机转速，距离控制的要求不高，为了简化程序和外接电路， 所以没有考虑采用闭环PWME制，用开环PWME制就可以实现自行车的功能。脉冲信号Ta Tb工作时Ta为高电平，通过光耦驱动复合管 T导通，此时Tb为高电平通过光耦使三 极管导通，继电器各线圈被短路。K1、K3为长闭触点，所以电动机加正向电压。当 Tb 为底电平时所有继电器得电，常开触点闭合常闭触点打开， K1、K3断开K2、K4导通。 电动机加反向电压。如果保证 Ta>Tb则电动机正转。通过改变Ta、Tb的占空比即可改 变转速。4.5总电路图见附图4-5-1 »第五章主要器件性能及原理电动

17、车的性能指标一般包括：驱动性能、驾驶性能、车载能源系统性能三部份，具 中驱动性能取决于电机功率因素，车载能源系统性能取决于电池的容量，驾驶性能指标 主要包括：加速性能、最大爬坡性能、刹车性能及驾驶里程性能等驾驶模式，驾驶性能 指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术7. 1 MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲 解。8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)数据存储器(RAM、定时/计数 器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三aoEi内部结构程序存储器数据存储器定时计数器SQ51时科

18、A数忌地总控总济行加口I I串行逋借口 I中断系弱wrw. zw CIL C OVD大总线，现在我们分别加以说明：5.1.1 中央处理器中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是 8位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算 和控制输入输出功能等操作。5.1.2 数据存储器（RAM）8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编 址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数 据，所以，用户能使用的的RAW有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用 户定

19、义的字型表。5.1.3 程序存储器（ROM）8051共有4096个8位掩膜ROM用于存放用户程序，原始数据或表格。5.1.4 定时/计数器（ROM）8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序 转向。5.1.5 并行输入输出（I/O） 口8051共有4组8位I/O 口 （P0、P1、P2或P3）,用于对外部数据的传输。5.1.6 全双工用行口8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送， 该用行口既 可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。5.1.7 中断系统8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个用

20、行 中断，可满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。5.1.8 时钟电路8051内置最高频率达12MHz勺时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为 一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结 构的形式，而后续产品16位的MCS-9繇列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。fd 0F0 7 f1之(J-FJ.

21、7-卅甘廿卜二您出时一 逋/山鬲器| 通/氨品器|ALE iR£T JRW1榭止合存器RAMIA£CX道道吗1动器|通道之驱动器|定成和指令控常建辑寄存器TKT1tf7LU-|4=TtFSff |尤EFEDMRON工工堆栈指针中断、串行口定时器遇霜程序地址大寄存器q0F匚DFTE 二二，通道1锁存耨通道W锁存器0SC I±Bl n-Pl T PS, 0-PS TMa吗1结构框图T1 ft匚 Fl. 1 E FL 2匚 T1 3 C T1. 4 c Tl. 5 C F1 &匚 II 7匚 FST匚 KLD网，(匚 T11D/F3. 1 t niT0/P3,

22、2 E IBT1/F3. 3 匚 T0/I3 4 匚 T1/F3 5 匚 国相鼻.& t E5/F3. 7 匚 XIAL?匚 mu匚 E123933843753£35343332乳3029282T2&251T241S£313222(121FDIP ¥ CC PO.ADO PO. UADI PO. 2/AD2 FO. 5/AD5 PO. 4/AD4 f 0. 5/AD5 PO. &/JID& fo. t/aht EAVFF1 ALE/PjQC 口 FXSW F2. 77Ml53 r 2. &/ii4 1 F2. 5/J11S

23、P2. 4/AJ2 Fl 3/Jil 1 F2,"以印 P2. 1/心=P2. mg5.1.9 MCS-51的引脚说明MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说 明： Pin20:接地脚。 Pin40:正电源脚，正常工作或对片内 EPRO胱写程序时，接+5V电源。 Pin18:时钟XTAL2却，片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但

24、需在18和19脚外接石英晶 体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即 将XTAL1接地，外部时钟信号从 XTAL2却输入。MCS-51系列单片机中的8031、8051及 8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中， 正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O 口，中断口线内部时钟方式外部时钟方式与P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明: Pin20:接地脚。 Pin40:正电源脚，正常工作或对片内 EPRO胱写程序时，接+5V电源。 Pin19:时钟XTAL1脚，片

25、内振荡电路的输入端。 Pin18:时钟XTAL2却，片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接 石英晶体(2-12MHZ)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方 式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2却输入。输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32 为 P0.0-P0.7 输入输出脚，Pin1-Pin1 为 P1.0-P1.7 输入输出 脚，Pin21-Pin28 为 P2.0-P2.7 输入输出脚，Pin10-Pin17 为 P3.0-P3.7 输入输出脚， 这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐

26、述。 Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在 RESE引脚上 出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H, P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入 07H,其它专用寄存器被清“ 0”。RESETft高电平下降为低电平后，系统即从 0000H地址开始执行程序。然而，初始复位特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态1ACC00HB100HPSW00HSPJ07H1DPH00HTH0J00H不改变RAM（包括工彳寄存器 R0-R7）的状态，8051的初始态如下表: 8051的复位方式可以是自动复位，也 可以是手

27、动复位，见下图。止匕外， RESET/V还是一复用脚，V掉电其 问，此脚可接上备用电源，以保证单 片机内部RAM勺数据不丢失。5. 2 A/D转换芯片ADC08095片是最常用的8位模数转换器。它的模数转换原理采用逐次逼进型， 芯 片由单个+ 5V电源供电，可以分时对8路输入模寸K量进行A/D转换，典型的A/D转换 时间为100微妙左右。在同类型产品中，ADC0809真数转换器的分辨率、转换速度和价 位都属于居中位置。3报 选F关址B加15那内部逻辑结构，如图5-2-1所示。rr<7 c B AALE图5-2-1 ADC0809 内部结构引脚功能说明： D7DG 8位数字量输出，A/D转

28、换结果。IN0IN7:8路模拟电量输入，可以是：05V或者5V+5V或者10V+10V。 +VREF正极性参考电源。 -VREF负极性参考电源 START后动A/D转换控制输入，局电平有效。 CLK外部输入的工作时钟，典型频率为 500KHz ALE地址锁存控制输入，高电平开启接收 3位地址码，低电平锁存地址。 CBA 3位地址输入，其8个地址值分别选中8路输入模拟量IN0IN7之一进 行模数转换。C是高位地址，A是最低位地址。 OE数字量输出使能控制，输入高有效，输出 A/ D转换结果D7DQ EOC模数转换状态输出。当模数转换未完成时，EOC俞出低电平；当模数转换 完成时，EOC俞出高电平

29、。EOC俞出信号可以作为中断请求或者查询控制。 Vcc：芯片工彳电源+ 5V。 GND芯片接地端。5. 3永磁无刷直流电动机5.3.1 稀土永磁无刷直流电动机的基本工作原理无刷直流电动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。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

30、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。无刷直流电动机的原理简图如图 5-3-1所示图 5-3-1主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差 120的U、V、W方波，I合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、 100、 110、 010、 011、 001，通过逻辑组件处理产生 T1-T4 导通、 T1-T6 导通、 T3-T6 导通、 T3-T2 导通、 T5-T2 导通、 T5-T4 导通， 也就是说将直流母线电压依次加在 A+Bf A+C- B+C-、B+A-、C+

31、A-、C+B-上，这样转子 每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度， 转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的

32、两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。电动机的转矩正比于绕组平均电流：Tm=KtIav （N m电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度：ELL=Kew （V）所以电动机绕组中的平均电流为：Iav=（ Vm-ELL） /2Ra （ A）其中，Vm右 VDCg加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，6是调制 波的占空比，Ra为每相绕组电阻。由此

33、可以得到直流电动机的电磁转矩：Tm书 (VDC Kt/2Ra) -Kt - (Kew/2Ra)Kt、Ke是电动机的结构常数，为电动机的角速度（rad/s ）,所以，在一定的 时，改变占空比6,就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢 电压控制相同的控制特性和机械特性。无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令 Vc的高低，如果速度指令最大值为 +5V对应的最高转速：Vc （ma% 6 n max,那么，+5V以下任何电平即对应相当的转速 n, 这就实现了变速设定。当Vc设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转 速低于指令转速时，反馈电压 Vfb变小，调制波

34、的占空比6就会变大，电枢电流变大， 使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度， 直到电动机的实际转速与指令转速相等为 止；反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，6减小，Tm减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。可以说，无刷直流电动机在允许的电压波动范围内，在 允许的过载能力以下，其稳态转速与指令转速相差在1%左右，并可以实现在调速范围内 恒转矩运行。由于无刷直流电动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，具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%£右，一般来说，无刷直流电动机的力能指针（刀cos 8）比

35、同容量三相异 步电动机高12%-20%电动机采用无锡市日驰电机有限公司生产的永磁无刷直流电动机型号额定电压（V额定转速（r/min）额定功率（W效率（%SWX00624190140>745. 4三端式稳压器78L05三端式稳压器78L05的工作原理图 5-4-1电路如图5-4-1 所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。下面对各部分电路作简单介绍。5.4.1 启动电路在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压V1 接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。因此，必须用启动电路给恒流源的BJT T，、T5提供基极电流。启动

36、电路由Ti、T2、DZi组成。当输入电压V1高于稳压管DZi的稳定电压时，有 电流通过Ti、T2,使T3基极电位上升而导通，同时恒流源 T，、T5也工作。T，的集电极电 流通过 必以建立起正常工作电压，当必达到和DZi相等的稳压值，整个电路进入正常工 作状态，电路启动完毕。与此同时，T2因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放 大电路的联系，从而保证T2左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。5.4.2 基准电压电路基准电压电路由丁4、DZ2、丁3、Ri、R及D、D2组成，电路中的基准电压为式中VZ2为DZ2的稳定电压，Vbe为丁3、D、D2发射结（D、D2为由发射结构成的二极管）的 正向电

37、压值。在电路设计和工艺上使具有正温度系数的Ri、R、DZ2与具有负温度系数的T3、D、D2发射结互相补偿，可使基准电压 ef基本上不随温度变化。同时，对稳压管DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。5.4.3 取样比较放大电路和调整电路。这部分电路由T，Tii组成，其中Ti。、不i组成复合调整管；R2、R3组成取样电路； 丁7、T8和T6组成带恒流源的差分式放大电路；T4、T5组成的电流源作为它的有源负载。 T9、R的作用说明如下：如果没有 T9、R,恒流源管T5的电流Ic5=Ic8+Ibio,当调整管满载 时I Bi。最大，而IC8最小；而当负载开路时IF。，I Bi。

38、也趋于零，这时IC5几乎全部流入T8, 使得IC8的变化范围大，这对比较放大电路来说是不允许的，为此接入由T9、R级成的缓冲电路。当Io减小时，Ibi。减小，IC8增大，待IC8增大到0.6V时，则T9导通起分流作 用。这样就减轻了 T8的过多负担使IC8的变化范围缩小。5.4.4 减流式保护电路减流式保护电路由Ti2、Ri、Ri5、Ri4和Ch、展4组成，Rii为检流电阻。保护的目的主要是使调整管（主要是Tii） 能在安全区以内工作，特别要注意使它的功耗不超过额定值PCmp首先考虑一种简单的情况。假设图1中的DZ3、DZ4和R4不存在，Ri5两端短路。这时， 如果稳压电路工作正常，即Pc&l

39、t;PCm并且输出电流Io在额定值以内，流过Rii的电流使 =IRi<0.6V, T12截止。当输出电流急剧增加，例如输出端短路时，输出电流超过极限值（Io（cl）=PcMVi=0.6V/Rii）时，即当>0.6V时，使Ti2管导通。由于它的分流作用，减小了 T10的基极电流，从而限制了输出电流。这种简单限流保护电路的不足之处是只能将输出 电流限制在额定值以内。由于调整管的耗散功率Rm=IcVCe,只有既考虑通过它的电流和它的管压降VCe值，又使P<Rm,才能全面地进行保护。图1中DZ3、DZ4和Ri4、R5所构成 的支路就是为实现上述保护目的而设置的。电路中如果（ V- I

40、oRl Vo） > （VZ3+ Vz4）, 则DZ3、DZ4击穿，导致T12管发射结承受正向电压而导通。VBE12的值为经整理后得显然，（V - Vo）越大，即调整管的Vce®越大，则Io越小，从而使调整管的功耗限 制在允许范围内。由于Io的减小，故上述保护称为减流式保护。5.4.5 过热保护电路过热保护电路电路由 展2、丁3、T14和T13组成。在常温时，R上的压降仅为0.4V左右， 不4、T13是截止的，对电路工作没有影响。当某种原因（过载或环境温开）使芯片温度上 升到某一极限值时，R上的压降随DZ2的工作电压升高而升高，而 T14的发射结电压V.E14 下降，导致T14导

41、通，Ti3也随之导通。调整管T10的基极电流IB10被Ti3分流，输出电流Io 下降，从而达到过热保护的目的。电路中R0的作用是给Ti0管的Iceoi和T11管的IcboiL条分流通路，以改善温度稳定 性。值得指出的是：当出现故障时，上述几种保护电路是互相关联的。图5-4-2是应用78L05输出固定电压VO的典型电路图。正常工作时，输入、输出电 压差应大于23V。电路中接入电容C、C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生 高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。G是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器 G一个 放电通路，防止G

42、两端电压作用于调整管的be结，造成调整管be结击穿而损坏。三端稳压器的参数参数单位7805输出电压范围V4.85.2最大输入电压V35最大输出电流A1.5 V0（I0变化引起）mV100(I0=5mA1.5A) V0（Vi变化引起）mV50(Vi=725V) V0（温度变化引起）mV/C± 0.6(I0=500mA)器件压降（Vi-V0）V22.5(I0=lA)偏置电流mA6输出电阻mQ1740瞰钢磁敏电阻传感器输出噪声电压1 V(10100kHz)IC （信号变换S）图1 KMI15- I型集成转速传感器的外形图5. 5集成转速传感器 KMI15-1集成转速传感器具有灵敏度高、测量

43、范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。下面是 KMI15系列磁阻式集成转速传 感器的工作原理与典型应用。转速属于常规电测参数。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非 接触性测量，传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改 装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙 （亦称磁感应距离）只有零点几毫米；第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不 牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差；第三，这种传感器所产生的是 幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿

44、口陡直的数 字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂；第 四，它无法测量非常低（接近于零）的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速一一 'ce图2传嚼器筒化电路图3测盘晾理信号。目前，转速传感器正朝着高灵敏度、高可靠性和全集成化的方向发展5.5.1 KM115-1型传感器的性能特点KMI 1 5 - 1芯片内含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和I C。它利用I C来完成信号变换功能，其输出的电流信号频率与被测转速成正 比，电流信号的变化幅度为7mA14mA。由于其外围电路比较简单，因而很容易 配二次仪表测量转速。KM I 1 5 - 1器件的测量范围宽，灵

45、敏度高，它的齿轮转动频率范围是02 5 kHz,而且即使在转动频率接近于零时，它也能够进行测量。传感器与齿轮的最大磁 感应距离为2. 9 mm （典型值）,由于与齿轮相距较远，因此使用比较安全。该传感器抗干扰能力强，同时具有方向性，它对轴向振动不敏感。另外，芯片内部 还有电磁干扰（EMI）滤波器、电压控制器以及恒流源，从而保证了其工作特性不受 外界因素的影响。KM I 1 5 - 1的体积较小，其最大外形尺寸为8 X 6 X 2 1 mm,能可靠固定在 齿轮附近。KM I 1 5采用+1 2 V电源供电（典型值），最高不超过1 6V。工作温度范围 范达4 0+ 8 5 Co工作原理KMI 1

46、5 - 1型集成转速传感器的外形如图1所示，它的两个引脚分别为U C（接+ 1 2 V电源端）和U（方波电流信号输出端）。为使信号变换器I C处于较低的环境温度中，设计时专门将I C与传感元件分开，以改善传感器的高温工作性能该传感器的简化电路如图2所示。其内部主要包括以下六部分：磁敏电阻传感器;/ L14 - 厂I17,»图4从U-端输出的方波电流信号的波形前置放大器A 1 ;施密特触发器；开关控制式电流源；包流源；电压控制器。实际上，该传感器是由4只磁敏电阻构成的一个桥路，可固定在靠近齿轮的地方， 其测量原理如图3所示。当齿轮沿Y轴方向转动时，由于气隙处的磁力线发生变化，磁路中的磁

47、阻也随之改 变，从而可在传感器上产生电信号。止匕外，该传感器具有很强的方向性，它对沿Y轴转 动的物体十分敏感，而对沿Z轴方向的振动或抖动量很不敏感。这正是测量转速所需要 的。工作时，传感器产生的电信号首先通过EMI滤波器滤除高频电磁干扰，然后经过 前置放大器，再利用施密特触发器进行整形以获得控制信号UK,并将其加到开关控制 式电流源的控制端。KM I 1 5 - 1的输出电流信号I C C是由两个电流叠加而成的， 一个是由恒流源提供的7mA恒定电流I H , 另一个是由开关控制式电流源输出的可变 电流IK。它们之间的关系式为：I C C = I H+ I K当控制信号UK=O （低电平）时，该

48、电流源关断，IK=O, ICC=IH=7 mA。当UK =1 （高电平）时，电流源被接通，I K= 7 mA,从而使得I C C= 1 4 mAo图4给出了从U端输出的方波电流信号的波形，其高电平持续时间为t 1, 周期为T。输出波形的占空比D=t 1/T=5 0%±2 0%。上升时间和下降时间分 别仅为0. 5ps和0. 7ps。KMI 1 5芯片中的电压控制器实际上是一个并联调整式稳压器，可用于为传感 器提供稳定的工作电压UC。而电阻R3、稳压管VDZ和晶体管VT 1则可构成取样 电路，其中VT 1接成射极跟随器。A 2为误差放大器，VT 2为并联式调整管。这样, I H在经过R

49、 1、R2分压后可给A2提供基准电压UREF,从而在UCC发生变化0 % +12VG虫 0.1 MFc/yQOJ -Tnu± 一 &5n a 1VD 1N4001v 口 aVD2 BZTO3G36 36V图5 KM115- 1的典型应用电路时，由A 2对取样电压与基准电压进行比较后产生误差电压U r ,同时通过改变VT 2 上的电流来使U C保持不变。5.5.3 KM I 1 5 1的典型应用安装方法KMI 1 5 1应当安装在转动齿轮的旁边。若被测转动工件上没有齿 轮，亦可在转盘外缘处钻一个小孔，套上螺扣，再拧上一个螺杆并用弹簧垫圈压紧，以 防止受震动后松动，并以此代替齿尖

50、获得转速标记信号。5.5.6典型应用电路KM I 1 5 1型集成转速传感器的典型应用电路如图5(a)所示。工作时，转 速传感器输出方波电流信号，从而在负载电阻R L与负载电容C L上形成电压频率信号 UO ( f ),并送至二次仪表。通常取R L=115Q、CL=0. 1 Fo需要指出： KM I 1 5 - 1输出的是齿轮转动频率f (单位是H z ,即次/s )信号，欲得到转速 n(r/min)，还应将f除以齿轮上的齿数N,并将时间单位改成分钟，公式如下:n = 6 0 f/N图5 ( b)所示电路是由二极管VD、稳压管VDZ和电容C 1构成的静电放电 (E S D)保护电路，该电路可吸

51、收2 kV的ESD电压，因而可对芯片起到保护作用。止匕 外，还需注意，在存放KMI 1 5系列产品时，不要将多个芯片放在一起以防磁化。5.6译码器串行移位译码器74LS164内部结构图如下：74LS164时序图74LS164为用行移位译码器，它主要由时钟线控制，时钟线每来一个上升弦，数据 线将把一位数移进去，移八次就进一个字节，同时在数码管显示出来。Ouv3BL3dor |GTAR60*加LXXXLLLHXXQ*-班.L中 T.QiuIf/LXL-a Q.HXLLQu*-HHHH译码器是实现组合逻辑的功能部件。它的输入是二进制的代码，输出是一组高低电平信号，每输入一组不同的代码，只有一个输出端

52、呈现有效信号。74LS245芯片是一个八位的总线收发器,其输入/输出引脚分成两组,其工作原理如 下：操作B数据到A总线A数据到B总线隔离允许E 方向控制DIR低电平 低电平低电平 高电平高电平 悬空一.程序设计 1主程序框图栈针初始化分配显示缓冲2 INTO中断服务程序3 部分子程序延时子程序：定时功能。PWMf程序：用于控制马达转速。89C51芯片没有PWMf出功能，需要通过编程实 现。为了在输出PW瞰时，单片机仍能执行其他程序，可以利用单片机内部的定时器溢 出中断来实现。占空比占用一个字节的 RAM占空比D=N/25& （脉宽调速是使用单片 机内部中断产生周期约为8ms的方波，通过

53、改变高电平的宽度来进行改变电机的转速）利用单片机输出PWMt号.实现了从0%-100%!性可调。源码如下：;单片机用口通信+PWMt出程序; 在 P1.3 输出调宽信号。；定时器0工作在方式3, TL0为调宽值，TH0为脉冲频率。; 定义： TH0=30H ， TL0=31H;TH0DAT EQU 30H; 脉冲频率;TL0DAT EQU 31H; 脉冲宽度ORG 0000HAJMP STARTORG 000BHAJMP PWM_TUN; 调宽子程序ORG 001BHAJMP PWM; 脉频率子程序START:CLR P1.3MOV TCON,#00HMOV TMOD,#03H ;T0 工作在

54、方式3定时。MOV TH0,#56;200uS 频率为 50KHzMOV TL0,#186;70uS 脉冲宽度为35% 用示波仪实测相合。SETB TR1SETB TR0SETB ET0SETB ET1SETB EAAJMP MAIN1MAIN1:J;PWMF程序; 定时值通过串口接收，在P1.0 输出调宽信号。；定时器0工作在方式3, TL0为调宽值，TH0为脉冲频率。; 定义： TH0=30H ， TL0=31H;程序入口 PWM 输入：TH0DATTH0DATPWM:;TH0 使用 T1 的中断标志。本段为脉冲频率。MOV TCON,#00HCLR ET0; 暂停中断以仿干扰SETB P

55、1.3MOV TMOD,#03HMOV TH0,#56;12MHz晶振时 PWM 50KHz;脉宽 35%.MOV TL0,#186SETB TR1SETB TR0SETB ET0SETB EARETI;PWM_TUN:CLR P1.3CLR TF0; 脉宽结束，输出低电平。CLR TR0;同时关TL0中断。RETIEND5 7 电动自行车的核心蓄电池1 电动车的电池的性能为什么天冷性能差天热性能好？蓄电池的充放电过程是一个电化学的反应过程，是受温度影响的，以25 度为标准温度，放电过程中，每下降一度，电池容量几乎下降百分之一，充电过程更明显，所以在冬天，尽量放在温暖的环境中充电（当然也不是温度越高越好，温度过高会影响电池寿命，甚至发生危险），以便充电饱满。电动车电池的充电基本都是三段式充电，第一阶段是恒定电流充电，第二阶段是恒压充电，第三阶段是浮充充电，第一、二阶段时，充电器显示红灯，随着电池趋于饱和，充电电流越来越小，