电动车维修技巧第四章直流无刷电动机控制器.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑电动车维修技巧第四章 直流无刷电动机控制器 第四章 直流无刷电动机操纵器 第一节 直流无刷电动机特点 电动自行车电动轮毂内部采用直流无刷电动机，与直流有刷电动机驱动系统不同直流有刷电动机采用传统的直流电动机，是由磁铁定子、碳刷、换向器和绕组电枢转子等组成，电动自行车有刷电动机通过脉宽调制（PWM）电路变更直流电动机的两端电压，从而变更电动机转速，达成操纵电动自行车速度的目的而直流无刷电动机是利用电子开关和位置传感器代替碳刷和换向器，将直流电通过逆变电路分成三相，为定子绕组供电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力矩，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，去操纵电子开关线路，从而使定子各相绕组按确定依次导通，定子相电流随转子位置的变化而按确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相作用 直流无刷电动机效率高，使用寿命长，无须保养，免维护，噪声小，输出力矩大，是电动自行车的进展方向常用的是低速无刷电动机 高速无刷有齿电动机是现在展现的一种新式电动机，具有更高的机械效率，高达85%以上，过载力矩大，是今年电动自行车进展一个亮点。

其次节 无刷电动机根本原理 直流无刷电动机操纵器是用来操纵电动机定子上各相绕组通电的依次和时间，主要由功率规律开关单元和位置传感器信号处理单元两个部件组成功率规律开关单元是操纵电路的核心，其功能是将电源的功率以确定的规律关系调配给直流无刷电动机的定子上各相绕组，以便使电动机产生持续不断的转矩而各相绕组导通的依次和时间，主要取决于来自位置传感器的信号及规律开关信号 传统的永磁直流有刷电动机的定子由永久钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场，而其电枢绕组通电后产生回响磁场，由于碳刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运行过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地旋转直流无刷电动机为了实现无碳刷换向，把传统的直流永磁电动机的电枢绕组放在定子上，把永久磁钢放在转子上，这与传统永磁直流电动机的布局正好相反仅仅这样安装还不行，由于用普遍直流电源给定子各相绕组供电，只能产生固定磁场，就不能与运转中的转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生单方向的转矩来驱动转子转动，因此，直流无刷电动机系统除了由定子绕组和转子等组成电动机的主体以外，务必有由位置传感器、操纵器中的位置信号处理、规律开关信号以及功率开关共同构成的电子换向的装置，使得直流无刷电动机在运行过程中定子绕组所产生的磁场，和转动中的转子磁钢所产生的永久磁场在空间上尽量保持垂直，从而使转子获得最大转矩。

直流无刷电动机操纵器根本原理见图5~2~2，图中W为定子绕组，采用三相星形连接，三相绕组起点A、B、C接电源，三相绕组 末端A、B、C接BG1、BG2、BG3，N、S构成二极转子磁钢，以BG1 、BG2、BG3三只功率晶体管作电子开关，构告成率规律单元，完成三相绕组电子换向的作用，H1、H2、H3是三只霍尔元件，用作无刷电动机转子位置传感器 直流无刷电动机转子转动原理如下：（见图5~2~2） 霍尔元件H1检测到转子的N 极，产生信号使功率晶体管BG1导通，电流从电源正极经A点流入绕组，a点流出，经导通的BG1流入到电源负极，该电流使W1绕组磁化为S极吸引转子的N极，产生转矩使转子按图中箭头方向转动如5~2~2a 接着霍尔元件H2检测到转子的N 极，产生信号使功率晶体管BG2导通，电流从电源正极经B点流入绕组，b点流出，经导通的BG2流入到电源负极，该电流使W2绕组磁化为S极吸引转子的N极，产生转矩，使转子按图中箭头方向转动如5~2~2b转动的转子转到图5~2~2c所示位置时，霍尔元件H3检测到转子的N 极，产生信号使功率晶体管BG3导通，电流从电源正极经C点流入绕组，c点流出，经导通的BG3流入到电源负极，该电流使W3绕组磁化为S极吸引转子的N极，产生转矩驱动转子磁极持续旋转，使转子按图中箭头方向转动如5~2~2c，并重新回到了图5~2~2的们位置。

这样，随着转子磁极的转动，定子绕组在位置传感器H1、H2、H3的操纵下，便一相一相地依次馈电给电动机，实现了各相绕组电流的换相 不难看出，在换向的过程中定子绕组在工作气隙内所形成的旋转磁场是跳式的这种旋转磁场在一圆周内有三种磁状态，每种磁状态 持续120度各相绕组电流与电动机转子磁场的相互关系如图5~2~2所示，在图5~2~2a中为第一状态，W1绕组电流产生的磁场与转子磁场的相互作用产生旋转力，使转子沿顺时针方向旋转；转过120度后，便进入其次状态，这时流组W1断电，而绕组V2随之通电，此时定子绕组所产生的磁场，转过了120度，如图5~2~2b所示，电动机转子持续沿顺时针方向旋转，再转过120度，便进入第三状态，这时绕组V2断电，W3通电，定子绕组所产生的磁场又转过了120度，如图5~2~2c所示；绕组电流产生的磁场持续驱动转子沿顺时针方向转过120度后，恢复到初始状态了这样周而复始，电动机转子便不停地旋转图5~2~3显示出各相绕导通依次示意图 直流无刷电动机是磁钢旋转的直流电动机，其特性、转速操纵与直流有刷电动机一致电动自行车直流无刷电动机转子位置传感器都采用霍尔元件。

第三节 无刷电动机操纵器电路构成 上节以三相半控电路介绍了无刷电动机操纵系统电路根本工作原理，其系统布局简朴，但电动机本体利用率很低，每个绕组只通电1/3时间，不适合作电动自行车电动机操纵电路，电动自行车无刷电动机系统采用三相全控电路 无刷电动机中三只霍尔元件检测转子磁极位置，分别产生转子位置信号送到位置检测电路在位置检测电路中三只霍尔元件产生的位置信号分别被放大、整形后形成位置规律信号，通过三相规律驱动电路适时馈电给直流无刷电动机定子，转子持续不断地获得最大转矩 三相规律信号依次，抉择了直流无刷电动机转向，当变更位置检测电路所产生的三相规律信号时序时，就变更了直流无刷电动机定子的三相绕组导通依次，转子旋转方向随之变更，达成转向操纵的目的我们知道普遍直流电动机只要变更磁场方向或变更电枢电压的极性，就可以变更其转向这些方法在直流无刷电动机中很难实现：一、直流无刷电动机的磁场，由永久磁钢产生，方向是固定的，无法变更； 二、电子开关所用半导体器件具有单向导电性，电源电压极性变更分外困难，一般只有通过变更操纵定子绕组的换向次序来变更电动自行车的旋转方向 电动自行车直流无刷电动机系统采用了三相桥式全控方式，共需六只场效应晶体管构成逆变电子开关电路组成规律开关电路，每相都由上臂开关管和下臂开关管构成，上臂开关管和下臂开关管轮替导通，并且有一时间间隔（死区时间），使定子中绕组的电流可以双向滚动。

上一节介绍的三相半控电路的特点是简朴，但电动机本体的利用低，每个绕组只通电1/3时间，另外2/3时间处于断电状态，没有得到充分的利用，在运行过程中其转矩波动较大，不在电动自行车无刷电动机操纵器中使用所以电动自行车的采用三相桥式全控电路 电动自行车无刷电动机操纵器和有刷电动机操纵器对比,它们有些电路及其功能好像，如都有内部电源电路，PWM脉宽调制和振荡器，欠压、过流养护电路等；而有些电路功能好像，但电路组成不同，如驱动电路、输出电路；还有些电路是无刷电动机操纵器特有的，如位置传感器处理电路、规律信号形成电路 直流无刷电动机操纵器操纵电路主要有： 1、内部电源电路；2、位置信号检测放大电路；3、PWM脉脉宽调制电路；4、三相规律信号形成电路 (包括上臂驱动规律信号产生电路；下臂驱动规律信号及脉宽调制信号综合电路) ；5、锯齿波振荡器；6、刹车断电电路；7、A相、B相及C相预驱动电路；8、三相桥式功率场效应晶体管开关电路；9、欠压养护电路10、过流养护电路等以上电路可以由专用操纵芯片实现，也可以由数字电路、单片机、可编程器件组成，与驱动、输出电路构成无刷电动机操纵器 无刷电动机操纵器根本电路如图5~3~1。

1、内部电源电路 无刷电动机操纵器内部电源电路和有刷电动机操纵器电源电路好像，一般由7815、LM317等构成，可参考有刷电动机操纵器内部电源电路 2、位置信号处理电路 无刷电动机操纵器位置信号处理电路，先对无刷电动机中位置传感器产生的位置信号举行放大、整形，形成具有确定时序的三相规律信号当变更三相信号时序时，就可以变更电动机转向 3、位置检测电路和三相规律信号形成电路 放大整形后的位置信号分别送到三相上臂驱动信号形成电路和三相下臂驱动信号形成电路中，产生三相桥式上臂驱动信号和三相桥式下臂驱动信号 4、PWM脉宽调制电路和振荡电路 振荡电路由振荡器、定时电阻、电容构成由振荡电路产生的锯齿波与调速信号送到对比器中，通过对比器，产生PWM脉宽调制信号，送入到三相桥式下臂驱动信号形成电路中，与位置规律信号综合，结果对三相桥式输出电路下臂场效应晶体管举行调制，完成无刷电动机转速操纵 5、驱动电路 上、下臂驱动信号送到驱动电路，由驱动电路对规律信号放大、电平移动，达成上、下臂场效应晶体管输出电路所需驱动电平，同时裁减场效应晶体管输出电路对操纵电路影响。

6、三相场效应晶体管输出电路 无刷电动机操纵器场效应晶体管输出电路由六只场效应晶体管接成三相桥式全控式电子开关，构成逆变输出电路，完成电子换相 7、刹车断电电路 闸把产生的刹车信号送到操纵器中，加到中断引脚上，通过规律电路处理，关断上、下臂规律信号输出，实现刹车断电 第四节无刷电动机专用操纵芯片 无刷电动机操纵器核心电路一般有以下几种构成方式：1、无刷操纵电路专用芯片，如MC33033、MC33035； 2、单片机构成无刷电动机操纵信号形成电路；3、数字电路构成无刷电动机操纵信号形成电路；4、可编程规律器件构成无刷操纵信号形成电路 上一节介绍了无刷电动机操纵器的根本电路通过第六节数字电路构成的无刷电动机操纵器介绍，细致了解电动自行车直流无刷电动 机操纵器工作原理根据其工作原理，无刷电动机操纵器数字规律电路片面有以下几种方式完成： 一、把数字规律电路、三角波振荡器、PWM脉宽调制电路集成在一块构成专用芯片特点是外围电路简朴，工作稳当，但功能单一二、是数字电路的规律功能用单片机实现，特点是功能强可实现多种附加功能，具有智能等优点，电路对比繁杂三、是由数字电路实现无刷电动机操纵的规律功能。

四、用可编程规律器件制成无刷电动机操纵器 一、专用无刷电动机操纵芯片 1、MC33033为20脚扁平封装型式，由它构成的电动自行车无刷电动机操纵器采用贴片工艺，体积小、功率消耗低其引脚功能： 1）、B相上管输出；2）、A相上管输出；3）转向操纵；4）、A相位置传感器输入脚；5）、B相位置传感器输入脚；6）、C相位置传感器输入脚；7）、基准电压输出脚；8）、锯齿波振荡器外接定时电阻、电容引脚；9）、转速操纵脚；10）、内部放大器输入端；11）、内部放大器输出端；12）、过流信号输入端；13）、地；14）、电源；15）、C相下管输出；16）、B相下管输出；17）、A相下管输出；18）、相角调整端，60/120相带转换操纵；19）、中断脚，作刹车断电及养护操纵端；20）、C相上管输出端 2、MC33035专用无刷操纵芯片 MC33035有扁平封装和双列直插式封装型式，由其构成的电动自行车无刷电动机操纵器功能强，稳当性高，图5~4~2为其引脚图，图5~。