電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計,電動自行車,調(diào)速,系統(tǒng),設(shè)計
無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
第一章 引言
電動車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀20年代初至60年代末，電動車的發(fā)展進入了一個沉寂期。進入70年代以來，由于中東石油危機的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點。
近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動車的開發(fā)投入了大量的人力和財力，電動車的各項相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進展。盡管電動車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進展，但是電動車的美好前景仍然激勵著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動車，改善其性能
處于世紀之交的今天，能源和環(huán)境對人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。為了適應(yīng)這個發(fā)展趨勢，世界各國的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對電動車開發(fā)的投資力度，加快電動車的商品化步伐。雖然目前電動車在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，在走過了漫長而艱難的發(fā)展歷程之后，電動車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為21世紀的重要交通工具。? ?
? 現(xiàn)代電動車是融合了電力、電子、機械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運行性能、經(jīng)濟性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機驅(qū)動控制系統(tǒng)。電動車的電機驅(qū)動系統(tǒng)一般由4個主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動機及傳感器。目前電動車中使用的電動機一般有直流電動機、感應(yīng)電動機、開關(guān)磁阻電動機以及永磁無刷電動機等。
第二章 系統(tǒng)要求
2.?1 ?電動車對電動機的基本要求
電動車的運行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求是很高的。?
2.1.1? 電動車用電動機應(yīng)具有瞬時功率大，過載能力強、過載系數(shù)應(yīng)為(3～4)，加速性能好，使用壽命長的特點。?
2.1.2 電動車用電動機應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。
2.1.3 電動車用電動機應(yīng)能夠在車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機的摩托車上是不能實現(xiàn)的。? ?
2.1.4 電動車用電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。? ?
另外還要求電動車用電動機可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運行時噪聲低，使用維修方便，價格便宜等。? ?
2.2 鑒于電動車對電動機的基本要求采用永磁無刷直流電動機?。 ?
2.2.1永磁無刷直流電動機的基本性能?。
永磁無刷直流電動機是一種高性能的電動機。它的最大特點就是具有直流電動機的外特性而沒有刷組成的機械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達幾十萬轉(zhuǎn)運行。永磁無刷直流電動機機系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動車中有著很好的應(yīng)用前景。?
2.2.2?永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)?。
典型的永磁無刷直流電動機是一種準解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場，因而永磁無刷直流電動機系統(tǒng)非常適合于運行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型SPWM法來完成。為進一步擴充轉(zhuǎn)速，永磁無刷直流電動機也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實質(zhì)是使相電流相位角超前，提供直軸去磁磁勢來削弱定子繞組中的磁鏈。? ?
2.2.3永磁無刷直流電動機的不足?。?
永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。
第三章 總體規(guī)劃
對于電動自行車控制系統(tǒng)設(shè)計主要有三個方面：一、控制電路的設(shè)計；二、傳感器選擇以及安放設(shè)計；三、顯示電路的設(shè)計；四、程序設(shè)計。從總的方面來考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機的信號處理量，但是又必須能使車行駛自如?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機和傳感器來設(shè)計，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎?1單片機，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾?？刂粕喜捎梅謺r復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機就實現(xiàn)了信號采集，電機控制和轉(zhuǎn)速顯示。如圖3-1所示
直流電動機
單片機
顯示部分
轉(zhuǎn)速傳感器
控制電路
驅(qū)動
圖 3-1
電動自行車的基本原理是：由蓄電池提供電能，電動機驅(qū)動自行車。
第四章 電路設(shè)計
控制電路主要有電源電路、電機驅(qū)動電路、單片機接口電路、顯示電路四個部分。考慮到電機的起動電流和制動時比較大，會造成電源電壓不穩(wěn)定容易對單片機和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機驅(qū)動電路和單片機以及傳感器電路用光耦隔離。傳感器的電源直接使用24V蓄電池，單片機的電源則通過三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換到5V。
4．1 電源電路
24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器74L05輸出即為單片機所要求的+5V電源。電路中接入電容C1、C2是用來實現(xiàn)頻率補償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。大容量的C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器C3一個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。
圖4-1-1
4．2 顯示電路
顯示部分采用單片機串口通訊，以節(jié)省單片機的端口，單片機通過中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電動機的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。驅(qū)動器采用74LS164串接510歐的限流電阻。《見圖4-2-1》
4．3 控制電路
打開系統(tǒng)電源后由電位器控制電動機轉(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。ADDC0809內(nèi)部“地址鎖存與譯碼”電路便能把IN0線上模擬電壓送入8位A/D轉(zhuǎn)換器此時，若單片機使STAR線處于高電平，則ADC0809便開始A/D轉(zhuǎn)換，一旦A/D轉(zhuǎn)換完成，ADC0809一方面把A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它的三態(tài)輸出緩沖器另一方面又使EOC線變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C提出中斷請求。單片機檢測和響應(yīng)該中斷請求后就通過使rd非變?yōu)榈碗娖蕉筄E線變高，以便可以從2-1-2-8引線上取走A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機根據(jù) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨型脈沖信號。脈沖信號經(jīng)74LS245放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器。《見附圖4-3-1》。
4．4驅(qū)動電路及原理
下面主要對驅(qū)動電路進行一下介紹：
電動自行車使用24V直流電機， 對于這種小功率直流電機的調(diào)速方法一般有兩種。
一種線性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運行時，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。
另一種脈寬調(diào)制型：脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATION——PWM）較常用的一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點。因此決定采用PWM方式控制直流電機。永磁式直流電機脈寬調(diào)速原理 永磁式直流電動機電機轉(zhuǎn)速由電樞電壓UD決定，電樞電UD越高電機轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓UD降為0V，電機就停轉(zhuǎn)。直流電機的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動一段時間，然后切斷電源，電動機因慣性而降速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時使電動機再次接通電動機因此而再次加速。不斷的給電樞兩端送入脈動電壓源（即脈動信號） 就可以使電動機的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖4-4-1所示：
脈沖信號： t
T
轉(zhuǎn)速： VMAX
VD
VMIN
圖 4-4-1
VMAX為電動機的最大轉(zhuǎn)速值。VMIN為電動機的最小轉(zhuǎn)速值。VD為二者的平均值。VD=D * VMAX 式中D=t/T稱為占空比 D越大VD就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比D之間的關(guān)系如4-4-2圖：
VD（平均速度）
0 0.5 1 D（占空比）
圖 4-4-2
由圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。因此電動機的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。
PWM調(diào)速分為雙向式和單向式兩種
雙向式：在一個脈沖周期內(nèi)(T=Ta＋Tb)，T1和T3導(dǎo)通的時間為Ta，T2和T4導(dǎo)通的時間為Tb，這樣在Ta這段時間內(nèi)，電機通過的是正向電流，在Tb這段時間內(nèi)為反相電流。當Ta=Tb時電機停轉(zhuǎn)，Ta>Tb時電機正轉(zhuǎn)， Ta
Tb則電動機正轉(zhuǎn)。通過改變Ta 、Tb的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。
4.5總電路圖
《見附圖4-5-1》
第五章 主要器件性能及原理
電動車的性能指標一般包括：驅(qū)動性能、駕駛性能、車載能源系統(tǒng)性能三部份，其中驅(qū)動性能取決于電機功率因素，車載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量，駕駛性能指標主要包括：加速性能、最大爬坡性能、剎車性能及駕駛里程性能等駕駛模式，駕駛性能指標的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù)
5．1 MCS-51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)
?8051是MCS-51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。?8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：
5.1.1中央處理器
中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。
5.1.2 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)
8051內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。
5.1.3 程序存儲器(ROM)
8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。
5.1.4 ?定時/計數(shù)器(ROM)
8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。
5.1.5并行輸入輸出(I/O)口
8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。
5.1.6?全雙工串行口 ?
8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。
?5.1.7中斷系統(tǒng)
?8051具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。
?5.1.8時鐘電路 ?
8051內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。
單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。
????下圖是MCS-51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
5.1.9MCS-51的引腳說明
MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：
·Pin20:接地腳。
·Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時，接+5V電源。
·Pin18:時鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。
8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。MCS-51系列單片機中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線 與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：
·Pin20:接地腳。
?·Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時，接+5V電源。
?·Pin19:時鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。
??·Pin18:時鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。
???? 8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。
·輸入輸出(I/O)引腳：
???? Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin1為P1.0-P1.7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，這些輸入輸出腳的功能說明將在以下內(nèi)容闡述。
·Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當8051通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：
特殊功能寄存器
初始態(tài)
特殊功能寄存器
初始態(tài)
ACC
00H
B
00H
PSW
00H
SP
07H
DPH
00H
TH0
00H
8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。
5. 2 A/D轉(zhuǎn)換芯片
ADC0809芯片是最常用的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼進型，芯片由單個＋5V電源供電，可以分時對8路輸入模擬量進行A／D轉(zhuǎn)換，典型的A／D轉(zhuǎn)換時間為100微妙左右。在同類型產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價位都屬于居中位置。
內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，如圖5-2-1所示。
圖 5-2-1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)
引腳功能說明：
·D7～D0：8位數(shù)字量輸出，A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。
·IN0～IN7：8路模擬電量輸入，可以是：0～5V或者－5V～＋5V或者－10V～+10V。
·+VREF：正極性參考電源。
·－VREF：負極性參考電源。
·START：啟動A／D轉(zhuǎn)換控制輸入，高電平有效。
·CLK：外部輸入的工作時鐘，典型頻率為500KHz。
·ALE：地址鎖存控制輸入，高電平開啟接收3位地址碼，低電平鎖存地址。
·CBA：3位地址輸入，其8個地址值分別選中8路輸入模擬量IN0～IN7之一進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。C是高位地址，A是最低位地址。
·OE：數(shù)字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果D7～D0。
·EOC：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出。當模數(shù)轉(zhuǎn)換未完成時，EOC輸出低電平；當模數(shù)轉(zhuǎn)換完成時，EOC輸出高電平。EOC輸出信號可以作為中斷請求或者查詢控制。
·Vcc：芯片工作電源＋5V。
·GND：芯片接地端。
5．3 永磁無刷直流電動機
5.3.1 稀土永磁無刷直流電動機的基本工作原理???
無刷直流電動機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護和顯示等等。
無刷直流電動機的原理簡圖如圖5-3-1所示
圖 5-3-1
：
主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHZ調(diào)制波的對稱交變矩形波。
永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1-T4導(dǎo)通、T1-T6導(dǎo)通、T3-T6導(dǎo)通、T3-T2導(dǎo)通、T5-T2導(dǎo)通、T5-T4導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對N-S極，T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當于60°電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進60°電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動負載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因為無刷直流電動機的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。
無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動繞組。
由于定子磁場軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機的電流-轉(zhuǎn)矩特性。
電動機的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：
Tm=KtIav （N·m）
電動機兩相繞組反電勢的差正比于電動機的角速度：
ELL=Keω （V）
所以電動機繞組中的平均電流為：
Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A）
其中，Vm=δ·VDC是加在電動機線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩：
Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
Kt、Ke是電動機的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動機的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時，改變占空比δ，就可以線性地改變電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵直流電動機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。
無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ón max，那么，+5V以下任何電平即對應(yīng)相當?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實現(xiàn)了變速設(shè)定。
當Vc設(shè)定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會變大，電樞電流變大，使電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動機的實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動機實際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動機在允許的電壓波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。
由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機高10%左右，一般來說，無刷直流電動機的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動機高12%-20%。電動機采用無錫市日馳電機有限公司生產(chǎn)的永磁無刷直流電動機
型號
額定電壓（V）
額定轉(zhuǎn)速（r/min)
額定功率（W）
效率（%）
SWX006
24
190
140
>74
5．4 三端式穩(wěn)壓器78L05三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理
圖 5-4-1
電路如圖5-4-1所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護電路等部分組成。下面對各部分電路作簡單介紹。
5.4.1啟動電路
在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當輸入電壓V1接通后，這些恒流源難以自行導(dǎo)通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動電路給恒流源的BJT T4、T5提供基極電流。啟動電路由T1、T2、DZ1組成。當輸入電壓V1高于穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓時，有電流通過T1、T2，使T3基極電位上升而導(dǎo)通，同時恒流源T4、T5也工作。T4的集電極電流通過DZ2以建立起正常工作電壓，當DZ2達到和DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個電路進入正常工作狀態(tài)，電路啟動完畢。與此同時，T2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止，切斷了啟動電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準電壓源。
5.4.2基準電壓電路
基準電壓電路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2組成，電路中的基準電壓為
?
式中VZ2為DZ2的穩(wěn)定電壓，VBE為T3、D1、D2發(fā)射結(jié)（D1、D2為由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管）的正向電壓值。在電路設(shè)計和工藝上使具有正溫度系數(shù)的R1、R2、DZ2與具有負溫度系數(shù)的T3、D1、D2發(fā)射結(jié)互相補償，可使基準電壓VREF基本上不隨溫度變化。同時，對穩(wěn)壓管DZ2采用恒流源供電，從而保證基準電壓不受輸入電壓波動的影響。
5.4.3取樣比較放大電路和調(diào)整電路。
這部分電路由T4～T11組成，其中T10、T11組成復(fù)合調(diào)整管；R12、R13組成取樣電路；T7、T8和T6組成帶恒流源的差分式放大電路；T4、T5組成的電流源作為它的有源負載。T9、R9的作用說明如下：如果沒有T9、R9，恒流源管T5的電流IC5=IC8+IB10，當調(diào)整管滿載時IB10最大，而IC8最?。欢斬撦d開路時IO=0，IB10也趨于零，這時IC5幾乎全部流入T8，使得IC8的變化范圍大，這對比較放大電路來說是不允許的，為此接入由T9、R9級成的緩沖電路。當IO減小時，IB10減小，IC8增大，待IC8增大到 >0.6V時，則T9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了T8的過多負擔(dān)使IC8的變化范圍縮小。
5.4.4減流式保護電路
減流式保護電路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護的目的主要是使調(diào)整管（主要是T11）能在安全區(qū)以內(nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。首先考慮一種簡單的情況。假設(shè)圖1中的DZ3、DZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即PC0.6V時，使T12管導(dǎo)通。由于它的分流作用，減小了T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡單限流保護電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降VCE值，又使PC（VZ3+ VZ4），則DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致T12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。VBE12的值為
經(jīng)整理后得
顯然，（VI –VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于IO的減小，故上述保護稱為減流式保護。
5.4.5過熱保護電路
過熱保護電路電路由DZ2、T3、T14和T13組成。在常溫時，R3上的壓降僅為0.4V左右，T14、T13是截止的，對電路工作沒有影響。當某種原因（過載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14下降，導(dǎo)致T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管T10的基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降，從而達到過熱保護的目的。
電路中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。
值得指出的是：當出現(xiàn)故障時，上述幾種保護電路是互相關(guān)聯(lián)的。
圖 5-4-2三端穩(wěn)壓器的典型接法
圖5-4-2是應(yīng)用78L05輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時，輸入、輸出電壓差應(yīng)大于2～3V。電路中接入電容C1、C2是用來實現(xiàn)頻率補償?shù)模煞乐狗€(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器C3一個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。
三端穩(wěn)壓器的參數(shù)
參 數(shù)
單位
7805
輸出電壓范圍
V
4.8~5.2
最大輸入電壓
V
35
最大輸出電流
A
1.5
△V0(I0變化引起)
mV
100(I0=5mA~1.5A)
△V0(Vi變化引起)
mV
50(Vi=7~25V)
△V0(溫度變化引起)
mV/℃
±0.6(I0=500mA)
器件壓降(Vi-V0)
V
2~2.5(I0=lA)
偏置電流
mA
6
輸出電阻
mΩ
17
輸出噪聲電壓(10~100kHz)
μV
40
5．5 集成轉(zhuǎn)速傳感器KMI15-1
集成轉(zhuǎn)速傳感器具有靈敏度高、測量范圍寬、抗干擾能力強、外圍電路簡單等優(yōu)點，是傳統(tǒng)的分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級換代產(chǎn)品。下面是KMI15系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與典型應(yīng)用。
轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測參數(shù)。測量轉(zhuǎn)速時經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進行非接觸性測量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動齒輪的最大間隙（亦稱磁感應(yīng)距離）只有零點幾毫米；第二，在測量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時，因安裝不牢固或受機械振動，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號，因此，需要經(jīng)過放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計測量轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無法測量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因為這時磁阻式傳感器可能檢測不到轉(zhuǎn)速信號。
目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展5.5.1 ＫＭＩ１５－１型傳感器的性能特點 ＫＭＩ１５－１芯片內(nèi)含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和ＩＣ。它利用ＩＣ來完成信號變換功能，其輸出的電流信號頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比，電流信號的變化幅度為７ｍＡ～１４ｍＡ。由于其外圍電路比較簡單，因而很容易配二次儀表測量轉(zhuǎn)速。
ＫＭＩ１５－１器件的測量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉(zhuǎn)動頻率范圍是０～２５ｋＨｚ，而且即使在轉(zhuǎn)動頻率接近于零時，它也能夠進行測量。傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為２．９ｍｍ（典型值），由于與齒輪相距較遠，因此使用比較安全。
該傳感器抗干擾能力強，同時具有方向性，它對軸向振動不敏感。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾（ＥＭＩ）濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。
ＫＭＩ１５－１的體積較小，其最大外形尺寸為８×６×２１ｍｍ，能可靠固定在齒輪附近。
ＫＭＩ１５采用＋１２Ｖ電源供電（典型值），最高不超過１６Ｖ。工作溫度范圍寬達－４０～＋８５℃。
工作原理
ＫＭＩ１５－１型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖１所示，它的兩個引腳分別為ＵＣ（接＋１２Ｖ電源端）和Ｕ－（方波電流信號輸出端）。為使信號變換器ＩＣ處于較低的環(huán)境溫度中，設(shè)計時專門將ＩＣ與傳感元件分開，以改善傳感器的高溫工作性能。
該傳感器的簡化電路如圖２所示。其內(nèi)部主要包括以下六部分：磁敏電阻傳感器；前置放大器Ａ１；施密特觸發(fā)器；開關(guān)控制式電流源；恒流源；電壓控制器。
實際上，該傳感器是由４只磁敏電阻構(gòu)成的一個橋路，可固定在靠近齒輪的地方，其測量原理如圖３所示。
當齒輪沿Ｙ軸方向轉(zhuǎn)動時，由于氣隙處的磁力線發(fā)生變化，磁路中的磁阻也隨之改變，從而可在傳感器上產(chǎn)生電信號。此外，該傳感器具有很強的方向性，它對沿Ｙ軸轉(zhuǎn)動的物體十分敏感，而對沿Ｚ軸方向的振動或抖動量很不敏感。這正是測量轉(zhuǎn)速所需要的。
工作時，傳感器產(chǎn)生的電信號首先通過ＥＭＩ濾波器濾除高頻電磁干擾，然后經(jīng)過前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器進行整形以獲得控制信號ＵＫ，并將其加到開關(guān)控制式電流源的控制端。ＫＭＩ１５－１的輸出電流信號ＩＣＣ是由兩個電流疊加而成的，一個是由恒流源提供的７ｍＡ恒定電流ＩＨ，另一個是由開關(guān)控制式電流源輸出的可變電流ＩＫ。它們之間的關(guān)系式為：
ＩＣＣ＝ＩＨ＋ＩＫ
當控制信號ＵＫ＝０（低電平）時，該電流源關(guān)斷，ＩＫ＝０，ＩＣＣ＝ＩＨ＝７ｍＡ。當ＵＫ＝１（高電平）時，電流源被接通，ＩＫ＝７ｍＡ，從而使得ＩＣＣ＝１４ｍＡ。圖４給出了從Ｕ－端輸出的方波電流信號的波形，其高電平持續(xù)時間為ｔ１，周期為Ｔ。輸出波形的占空比Ｄ＝ｔ１／Ｔ＝５０％±２０％。上升時間和下降時間分別僅為０．５μｓ和０．７μｓ。
ＫＭＩ１５芯片中的電壓控制器實際上是一個并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，可用于為傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓ＵＣ。而電阻Ｒ３、穩(wěn)壓管ＶＤＺ和晶體管ＶＴ１則可構(gòu)成取樣電路，其中ＶＴ１接成射極跟隨器。Ａ２為誤差放大器，ＶＴ２為并聯(lián)式調(diào)整管。這樣，ＩＨ在經(jīng)過Ｒ１、Ｒ２分壓后可給Ａ２提供基準電壓ＵＲＥＦ，從而在ＵＣＣ發(fā)生變化時，由Ａ２對取樣電壓與基準電壓進行比較后產(chǎn)生誤差電壓Ｕｒ，同時通過改變ＶＴ２上的電流來使ＵＣ保持不變。
5.5.3 ＫＭＩ１５－１的典型應(yīng)用
安裝方法ＫＭＩ１５－１應(yīng)當安裝在轉(zhuǎn)動齒輪的旁邊。若被測轉(zhuǎn)動工件上沒有齒輪，亦可在轉(zhuǎn)盤外緣處鉆一個小孔，套上螺扣，再擰上一個螺桿并用彈簧墊圈壓緊，以防止受震動后松動，并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標記信號。
5.5.6 典型應(yīng)用電路
ＫＭＩ１５－１型集成轉(zhuǎn)速傳感器的典型應(yīng)用電路如圖５（ａ）所示。工作時，轉(zhuǎn)速傳感器輸出方波電流信號，從而在負載電阻ＲＬ與負載電容ＣＬ上形成電壓頻率信號ＵＯ（ｆ），并送至二次儀表。通常?。遥蹋剑保保郸?、ＣＬ＝０．１μＦ。需要指出：ＫＭＩ１５－１輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動頻率ｆ（單位是Ｈｚ，即次／ｓ）信號，欲得到轉(zhuǎn)速ｎ（ｒ／ｍｉｎ），還應(yīng)將ｆ除以齒輪上的齒數(shù)Ｎ，并將時間單位改成分鐘，公式如下：
ｎ＝６０ｆ／Ｎ
圖５（ｂ）所示電路是由二極管ＶＤ、穩(wěn)壓管ＶＤＺ和電容Ｃ１構(gòu)成的靜電放電（ＥＳＤ）保護電路，該電路可吸收２ｋＶ的ＥＳＤ電壓，因而可對芯片起到保護作用。此外，還需注意，在存放ＫＭＩ１５系列產(chǎn)品時，不要將多個芯片放在一起以防磁化。
5.6 譯碼器
串行移位譯碼器74LS164內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下： 74LS164時序圖
74LS164為串行移位譯碼器，它主要由時鐘線控制，時鐘線每來一個上升弦，數(shù)據(jù)線將把一位數(shù)移進去，移八次就進一個字節(jié)，同時在數(shù)碼管顯示出來。
譯碼器是實現(xiàn)組合邏輯的功能部件。它的輸入是二進制的代碼，輸出是一組高低電平信號，每輸入一組不同的代碼，只有一個輸出端呈現(xiàn)有效信號。
74LS245芯片是一個八位的總線收發(fā)器，其輸入/輸出引腳分成兩組，其工作原理如下：
允許E 方向控制DIR 操作
低電平 低電平 B數(shù)據(jù)到A總線
低電平 高電平 A數(shù)據(jù)到B總線
高電平 懸空 隔離
一.程序設(shè)計
開始啟動A/D轉(zhuǎn)換
棧針初始化分配顯示緩沖區(qū)
設(shè)置中斷開CPU中斷允許INT0 INT1中斷
掃描鍵盤
未按下
按下
掃描IN0—IN6
掃描IN7
啟動A/D轉(zhuǎn)換
調(diào)用調(diào)寬程序
返回
啟動A/D轉(zhuǎn)換
調(diào)用顯示程序
1主程序框圖
2 INT0中斷服務(wù)程序
保護現(xiàn)場
讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果
送至顯示緩沖區(qū)
啟動A/D轉(zhuǎn)換
恢復(fù)現(xiàn)場
返回
3部分子程序
延時子程序：定時功能。
PWM子程序：用于控制馬達轉(zhuǎn)速。89C51芯片沒有PWM輸出功能，需要通過編程實現(xiàn)。為了在輸出PWM波時，單片機仍能執(zhí)行其他程序，可以利用單片機內(nèi)部的定時器溢出中斷來實現(xiàn)。占空比占用一個字節(jié)的RAM，占空比D=N/256。（脈寬調(diào)速是使用單片機內(nèi)部中斷產(chǎn)生周期約為8ms的方波，通過改變高電平的寬度來進行改變電機的轉(zhuǎn)速）
利用單片機輸出PWM信號.實現(xiàn)了從0%——100%線性可調(diào)。?
源碼如下：
?;單片機串口通信+PWM輸出程序
?;在P1.3輸出調(diào)寬信號。
?;定時器0工作在方式3，TL0為調(diào)寬值，TH0為脈沖頻率。
?;定義：TH0=30H?，TL0=31H
?;TH0DAT?EQU?30H??;脈沖頻率
?;TL0DAT?EQU?31H??;脈沖寬度
??ORG?0000H
???AJMP?START
???ORG?000BH
???AJMP?PWM_TUN?;調(diào)寬子程序
???ORG?001BH
???AJMP?PWM?????;脈頻率子程序
START:CLR?P1.3
??????MOV?TCON,#00H
??????MOV?TMOD,#03H??;T0工作在方式3定時。
??????MOV?TH0,#56????;200uS?頻率為50KHz
??????MOV?TL0,#186???;70uS?脈沖寬度為35%?用示波儀實測相合。
?????SETB?TR1
?????SETB?TR0
?????SETB?ET0
?????SETB?ET1
?????SETB?EA
?????AJMP?MAIN1
MAIN1:
??????......
;========================================
?;PWM子程序
?;定時值通過串口接收，在P1.0輸出調(diào)寬信號。
?;定時器0工作在方式3，TL0為調(diào)寬值，TH0為脈沖頻率。
?;定義：TH0=30H?，TL0=31H
?;程序入口PWM，輸入：TH0DAT、TH0DAT
??PWM:?????????????????;TH0使用T1的中斷標志。本段為脈沖頻率。
????????MOV?TCON,#00H
??????CLR?ET0?????????;暫停中斷以仿干擾?
?????SETB?P1.3?
??????MOV?TMOD,#03H
??????MOV?TH0,#56??????;12MHz晶振時PWM為50KHz，脈寬35%.
??????MOV?TL0,#186
?????SETB?TR1
?????SETB?TR0
?????SETB?ET0
?????SETB?EA
?????RETI?????
;?-------------------------------????
??PWM_TUN:
?????CLR?P1.3?
?????CLR?TF0???;脈寬結(jié)束，輸出低電平。
?????CLR?TR0???;同時關(guān)TL0中斷。
???????????????RETI??
END
5．7電動自行車的核心蓄電池
1電動車的電池的性能
為什么天冷性能差天熱性能好？
蓄電池的充放電過程是一個電化學(xué)的反應(yīng)過程，是受溫度影響的，以25度為標準溫度，放電過程中，每下降一度，電池容量幾乎下降百分之一，充電過程更明顯，所以在冬天，盡量放在溫暖的環(huán)境中充電（當然也不是溫度越高越好，溫度過高會影響電池壽命，甚至發(fā)生危險），以便充電飽滿。電動車電池的充電基本都是三段式充電，第一階段是恒定電流充電，第二階段是恒壓充電，第三階段是浮充充電，第一、二階段時，充電器顯示紅燈，隨著電池趨于飽和，充電電流越來越小，當電流小于設(shè)計值后，充電器指示燈有紅色變?yōu)榫G色，繼而轉(zhuǎn)為第三階段，2小時后即認為充滿，此過程是由電子元件完成，并非雙金屬片
2電動車的電池原理是什么
電池的內(nèi)部一般是22～28％的稀硫酸。電池正放的時候電解液可以淹沒極板并且還剩下一點空間如果把電池橫放的話會有一部分電極板暴露在空氣中，這對電池的極板非常不利，而且一般的電池的觀察孔或者電池的頂部都有排氣口與外界相通，所以電池橫放電解液很容易流出。蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲存起來，在合適的地方使用。它的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用22～28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時，金屬鉛是負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V。汽車上用的是6個鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時間后要補充硫酸，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸。
放電時,電極反應(yīng)為:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O
負極反應(yīng): Pb + SO42- - 2e- = PbSO4
總反應(yīng): PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反應(yīng)是放電,向左反應(yīng)是充電)
蓄電池的應(yīng)用十分廣泛，可用于UPS，電動車，滑板車，汽車，風(fēng)能太陽能系統(tǒng)，安全報警等等方面。
鉛酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種，其用途分布如下：
起動型蓄電池：主要用于汽車、摩托車、拖拉機、柴油機等起動和照明；
固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計算機系統(tǒng)作為保護、自動控制的備用電源；
牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動力電源；
鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機車、電力機車、客車起動、照明之動力；
儲能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、太陽能等發(fā)電用電能儲
5.8控制器與保護功能
車用電機控制器近年來的發(fā)展速度之快，使人難以想象，操作上越來越“傻瓜”化，而顯示則越來越復(fù)雜化。比如，車速的控制已經(jīng)發(fā)展到“巡航鎖定”；驅(qū)動方面，有的同時具有電動性能和助力功能，如果轉(zhuǎn)換到助力狀態(tài)，借助鏈條張力測力器，或中軸扭力傳感器，只要用腳踏動腳蹬，便可執(zhí)行助力或確定助力的大小。這期本刊開始給您講述控制器的知識，讓您對控制器有一個更全面的了解。
一、控制器與保護功能
（一） 控制器簡介
簡略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機）組成。周邊器件是一些功能器件，如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開關(guān)電路，以及輔助單片機或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件；單片機也稱微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開關(guān)電路功率管導(dǎo)通或截止、通過方波控制功率管的的導(dǎo)通時間以控制電機轉(zhuǎn)速的驅(qū)動電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計算機片。這就是電動自行車的智能控制器。它是以“傻瓜”面目出現(xiàn)的高技術(shù)產(chǎn)品。
控制器的設(shè)計品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率。不同品質(zhì)的控制器，用在同一輛車上，配用同一組相同充放電狀態(tài)的電池，有時也會在續(xù)駛能力上顯示出較大差別。
（二） 控制器的型式
目前，電動自行車所采用的控制器電路原理基本相同或接近。
有刷和無刷直流電機大都采用脈寬調(diào)制的PWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動電路、集成電路、開關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不大相同?？刂破鲝慕Y(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。
1、分離式 所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離（圖4-22、圖4-23）。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動箱內(nèi)，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機間連線距離縮短，車體外觀顯得簡潔。
2、一體式 控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開有數(shù)量不等的小孔，孔徑4~5mm，外敷透明防水膜?？變?nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量。
（三）控制器的保護功能
保護功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電，以及電動機在運行中，因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時，電路根據(jù)反饋信號采取的保護措施。電動自行車基本的保護功能和擴展功能如下：
1、制動斷電 電動自行車車把上兩個鉗形制動手把均安裝有接點開關(guān)。當制動時，開關(guān)被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關(guān)狀態(tài)。這個變化形成信號傳送到控制電路中，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護了功率管本身，又保護了電動機，也防止了電源的浪費。
2、欠壓保護 這里指的是電源的電壓。當放電最后階段，在負載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計劃自己的行程。當電源電壓已經(jīng)達到放終時，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護電路即按預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護電子器件和電源。
3、過流保護 電流超限對電機和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應(yīng)當避免的?？刂齐娐分?，必須具備這種過電流的保護功能，在過流時經(jīng)過一定的延時即切斷電流。
4、過載保護 過載保護和過電流保護是相同的，載重超限必然引起電流超限。電動自行車說明書上都特別注明載重能力，但有的騎行者或未注意這一點，或抱著試一下的心理故意超載。如果沒有這種保護功能，不一定在哪個環(huán)節(jié)上引起損傷，但首當其沖的就是開關(guān)功率管，只要無刷控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動機運轉(zhuǎn)即變得無力，騎行者立即可以感覺到脈動異常；若繼續(xù)騎行，接著就燒毀第2個、第3個功率管。有兩相功率管不工作，電動機即停止運行，有刷電機則失去控制功能。因此，由過載引起的過電流是很危險的。但只要有過電流保護，載重超限后電路自動切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。
5、欠速保護 仍然屬于過流保護范疇，是為不具備0速起步功能的無刷控制系統(tǒng)而設(shè)置。
6、限速保護 是助力型電動自行車獨有的設(shè)計控制程序。車速超過某一預(yù)定值時，電路停止供電不予助力。對電動型電動自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h，車用電動機在設(shè)計時，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動自行車只能在不超過這個速度狀態(tài)下運行。
控制器的位置不會影響到性能，主要視設(shè)計者的意圖。但有幾項原則：（1）在運行操作允許時；（2）在整體布置允許時；（3）在線路布設(shè)要求時；（4）在配套設(shè)施要求時。
第六章 電動自行車的維修和保養(yǎng)