机或同步电动机的各种运行特性。更般的是无刷直流 电动机系统可以分为方波驱动和正弦波驱动。 无刷直流电机的工作原理 从实质上讲,所谓无刷电机,就是通过半导体变流装置将工频的电源功率转 变为频率可变的交流电功率,对同步电机进行变频调速的系统。与般的交流异步 电机不同,无刷电机在运行过程中,转子磁场的转速与定子电流产生的旋转磁场 的转速相等,即保持同步。无刷电机的频率不是调节的,而是受安装在转子轴 上的位置检测器的控制。随着转子位置的不同,位置检测器产生的信号也不同,这些 信号经过处理后用来控制逆变桥的正确换流,从而改变电机定子绕组电流的频率, 即控制电机转速。 般所说的有刷直流电动机是指具有换向器和电刷的直流电动机。在这种电动 机中定子侧安装固定主磁极和电刷,转子侧安放电枢绕组和换向器。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,电枢电流与主磁场相互作用产 生转矩,带动负载。然而由于电刷和换向器的存在,结果产生了系列致命的弱点 结构复杂,可靠性差,故障多,需要维护,维护又困难,寿命短换向火花形成电磁干 扰。无刷直流电动机就是在保留有刷直流电动机的优良性能的基础上,为去除电刷 和换向器而研究开发的。由于无刷直流电动机没有电刷和换向器,它的绕组里电流 的通断是通过电子换向电路及功率放大器实现的。要在电动机中产生恒定方向的电 磁转矩,就应使电枢电流随磁场位置的变化而变化。为实现这点,就需要确认磁极 与绕组之间的相对位置信息。般采用位置传感器来完成,由位置传感器将转子磁 极的位置信号转换成电信号,然后去驱动功率器件,控制相应绕组电流的通断。与有 刷直流电动机不同,无刷直流电动机的永久磁钢磁极安放在转子上,而电枢绕组安 装在定子上。位置传感器也有相应的两部分,转动部分和电动机本体中转子同轴连 接转动部分通常由电机转子代替,固定部分与定子相连。如图所示,在电动 机装配过程中,首先调整好位置传感器的三个信号元件与电机定子三相 绕组之间的相对位置,使得转子磁场转到定子相绕组下时,该相绕组江苏食品职业技术学院毕业设计论文 才导通,以保证转子磁极下的限电 压提供参考地，该管脚连接到电流检测电阻的底端。故障输出端是当下列的任或 多个条件满足时，集电极开路输出端被触发而变为低无效的传感器输入码，电流 检测超过，低电压锁定或热关断。输出使能管脚为低时允许马达运行，为高 时马达运行停止。保护电路则通过欠压和过流保护实现，欠压保护通过电源分压与 参考电压做比较，当电源电压小于参考电压时关闭电机输出，从而起到保护电机的 作用。而过流保护也是同样的道理，当相线电流超过电机能够承受的最大限值时， 即刻关断。而刹车电路是通过个光电耦合器来实现的。 驱动部分框图结构如图所示 欠压保护 驱动三相桥 无刷电机 过流保护 刹车信号光耦 调速信号 控制信号江苏食品职业技术学院毕业设计论文 图无刷直流电机驱动系统 驱动部分的工作过程为无刷直流电机的转子位置传感器输出信号 在每电角度内给出个组合代码，换向控制逻辑电路接收这六个组合代码，并对 其进行译码处理，给出电子换向器主回路中个开关管的驱动控制信号。 给出的个代码顺序与电动机的转动方向有关，如果转向反了，代码出现的顺序 也将倒过来。个驱动信号在中包括个顶部驱动和个底部驱动，整个驱动 电路用个来驱动个，通过上下管的导通来控制电机的转动。 各单元结构间的关系 通过以上分析我们了解了各个模块的基本功能与作用，现在分析各个模块之间 的关系。首先控制模块控制整个电路，包括调速和刹车电路，分别通过可变电阻的 调节和光耦来控制实现。驱动模块是用个驱动个来控制电机的 转动，而保护模块包括过流与欠压保护，分别接到使能开关上随时控制电 机的关断。电源模块则为整个电路提供电源。控制模块是整个电路的中枢神经，包 括了关键的换相电路和调速电路，驱动模块是整个系统的执行单元，驱动的好坏直 接影响到电机转动的平稳性。保护模块为电机的正常运行提供了保障，旦遇到过 流和欠压的情况，电机停转，以防止异常情况对电机以及蓄电池造成损伤。因此， 各个功能模块之间都是相辅相成的关系，任何个部分都不能缺少，它们共同构成 个完整的电动自行车控制系统。 驱动三相桥 无刷电机 位置传感器 脉宽 调制器 换 向 控 制 器 逻 辑 电 路 江苏食品职业技术学院毕业设计论文 控制器的设计 芯片的介绍 的发展背景 是美国安森美公司开发的高性能第二代单元无刷直流电机控器，它包 含开环三相或四相电机控制所需的全部有效功能。该器件由具有良好整流序列的转 子位置译码器可提供传感器功率的温度补偿参考频率可编程的锯齿波振荡器 完全可访问的误差放大器以及三个非常适用于驱动大功率的大电流推挽底 部驱动器组成，因而是种功能齐全的电机控制器。 无刷直流电机控制器采用双极性模拟工艺制造，可在任何恶劣的工业 环境条件下保证高品质和高稳定性。该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置 译码器，以及可对传感器的温度进行补偿的参考电平，同时它还具有个频率可编 程的锯齿波振荡器个误差信号放大器个脉冲调制器比较器三个集电极开 路顶端驱动输出和三个非常适用于驱动功率场效应管的大电流图腾柱式 底部输出器。此外，还有欠锁定功能，带有可选时间延迟锁存关断模式的 逐周限流特性内部热关断以及特有的可接入微处理器的指示等特性。其典型 的电机控制功能包括开环速度正向或反向运行使能以及阻尼式制动等。 设计为操作带或电传感器相位的无刷电机，并且还能有效 的控制有刷直流电机。 的工作原理 的功能特点 到伏工作欠压锁定可作为传感器电源的伏参考电压 完全可访问的误差放大器，用于闭环伺服应用大电流驱动器，可控制外接三相 桥逐周限流带电流检测参考的引脚内部热关断可选 或传感器相位可与外部半桥有效的控制有刷直流电机。 芯片的管脚功能 的管脚排列如图所示江苏食品职业技术学院毕业设计论文 图管脚定义图 根据以上管脚定义图，现将各个引脚的定义与功能列表如下，具体见表 表的管脚功能定义 管脚 编号 符号功能定义 三个集电极开路顶端驱动输出，用于 驱动外部上端功率开关晶体管 正向反向输入，用于改变电机转向 三个传感器输入，用于控制整流序列 输出使能，高电平有效。该脚为高电 平时，可使电机转动 此输出为振荡器定时电容提供充 电电流，并为误差放大器提供参考电 压，也可以向传感器提供电源 江苏食品职业技术学院毕业设计论文 电流检测同向输入。在个给定的振荡 器周期中，个相对于管脚为 的信号可中止输出开关导通。通常此管 脚连接到电流检测的上端 振荡器引脚，振荡频率由定时元件 和所选择的参数值决定 误差信号放大器同向输入。通常连接到 速度设置电位器上 误差信号放大器反向输入。在开环应用 情况下，此输入通常连接到误差放大器 输出端 误差放大器输出输入。在闭环应用 情况下，此管脚用作补偿 故障输出端。当下列的任或多个条件 满足时，集电极开路输出端被触发而变 为低无效的传感器输入码，电流检测 超过，低电压锁定或热关断 电流检测反向输入端。用于给内部 门限电压提供参考地，该管脚通 常连接到电流检测电阻的底端 该管脚用于为控制电路提供个分离 的接地点，并可以作为参考返回到电源 地 正电源。在的范围内，控 制器均可正常工作 底部驱动输出的高端电压是由该管脚 提供的，它的工作范围从 这三个图腾柱式底部驱动输出被设计 用于直接驱动外部底部功率开关晶体 管江苏食品职业技术学院毕业设计论文 绪论 电动自行车的概述 电动自行车的产生 我国改革开放的深入和社会随着生产力的发展,人们生活节奏的加快,活动范 围的不断扩大,人们希望获得种轻便快捷简单安全的交通工具，因此开发无污 染的绿色环保电动自行车成为目前的大发展趋势。前几年,人们选择了燃油助动 车,但由于燃油助动车采用小容量二冲程汽油发动机为动力,其废气排放浓度是 般轿车的倍,其污染问题引起了社会各界和主管部门的高度重视。电动自行车 并不是简单地在自行车上加上电池和电动机,而是包括电池控制系统传动系统 电机四大块,并且采用了很多的新技术和新材料。单从其驱动装置电机来看就 有很高的技术含量。电动自行车的电机经过十多年的发展,曾经有变频电机开关 磁阻电机有刷直流电机无刷电机等多种驱动方案。经过市场验证,目前较为成 熟的有两大类类是带减速齿轮的有刷电机,有盘式结构和圆柱结构两种另类 是不带减速齿轮的直接驱动的无刷直流电机。 电动自行车种类 电动自行车般分为两类，种是零启动电动自行车，般称为电动自行 车，这种电动自行车尽管有脚踏骑行功能，但可以完全靠电动骑行。还有种是智 能型电动自行车，这种智能型电动自行车不能完全电动骑行，是需要人力骑行的 助力电动自行车，般为比助力即人机对等出力。不过现在有些电动车控制器 将这两种功能综合在起，通过功能选择按键可以选择相应的骑行模式。 电动自行车所面临的挑战 上世纪九十年代，电动自行车在国内露面，尽管不少城市采取不鼓励不禁 止的双不政策，但短短几年，便风靡时。在城市公交拥挤不堪，私家车花费太 高的现实下，人们发现，快捷省力的电动自行车不失为理想的代步工具。但是， 现在绝大多数电动自行车使用铅酸电池，废弃后若得不到有效处理，将严重污染环 境，其危害甚至比汽车尾气还要大。而铅酸电池，主要由铅硫酸部分其他金属 及塑料组成，其内部所含硫酸浓度接近于纯硫酸，酸液具有高溶解性，这种酸液里 含有大量的铅无机盐，随意排放将严重污染土壤和水源，并产生铅蒸气，对空气 环境生态平