《毕业设计：无刷直流电机控制器的设计》.doc

1 绪论 1.1 电动自行车的概述 1.1.1 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,人们希望获得一种轻便快捷、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一大发展趋势。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,其废气排放浓度是一般轿车的3～5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:一类是带减速齿轮的有刷电机,有盘式结构和圆柱结构两种；另一类是不带减速齿轮的直接驱动的无刷直流电机。 1.1.2 电动自行车种类 电动自行车一般分为两类，一种是零启动电动自行车，一般称为电动自行车，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。还有一种智能型电动自行车，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，一般为一比一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一起，通过功能选择按键可以选择相应的骑行模式。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、不禁止的双政策，但短短几年，便风靡一时。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。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。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、生态平衡造成破坏据统计，一组电动车的废电池会污染上万吨水。铅不易被排出体外，还会引发人体代谢、生殖及神经等方面的疾病，而人体的铅含量一旦超标，就会导致智力下降、胎儿畸形，易诱发儿童的恶性肿瘤，甚至导致死亡。目前有部分厂商开始使用锂电池作为电动车的动力源，但锂电池的价格普遍会比铅酸电池高很多，厂家推出这类产品后，是否能够被消费者接收还有待市场的检验。, 主要涉及核心控制电路的构成、IR2103的驱动、调速电路的实现、保证系统运行可靠性的抗干扰等方面的内容。而研究出高效率的绿色环保的电动自行车才是本课题的最终目的。 2 无刷直流电动机概述 2.1 无刷直流电机的发展 近年来, 随着石油能源的日趋紧张以及人们环保意识的增强, 电动自行车越来越受欢迎。用无刷电机驱动已成为电动车的发展方向。永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机。该电机由定子、转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成, 既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点, 又具有直流电机良好的调速特性,并且无机械式换相器, 现已广泛应用于各种调速场合。无刷直流电机因其体积小、转矩高、可靠性高、维护方便等优点, 在电动自行车等家用设备中得到了广泛的应用。 以前没有一个专用控制芯片能够对霍尔传感器检测出的位置信号进行译码, 它本身更不具备过流、过热、欠压、正反转选择等辅助功能, 因此设计者最初采用分立元件组成的庞大的模拟电路来对它进行控制, 使得系统的设计、调试相当复杂, 而且要占用很大面积的电路板, 有时候与把控制器内嵌到电机内部的要求相矛盾。后来MOTOROLA公司研制了无刷电机控制专用芯MC33035, 它集译码、过流、过热、欠压、正反转选择等诸功能于一身, 组成的系统所需外围电路比较简单。 无刷直流电机控制器结构有多种形式, 最初是采用分离元件组成的庞大而复杂的模拟控制电路, 由于调试难度大, 稳定性差, 已逐渐被淘汰； 以微机(单片机) 为核心构成的数字控制电路调速控制功能强, 但存在着运算速度慢的缺陷, 一般只适用于复杂的运行控制场合； 新型电机控制专用芯片的出现, 给无刷直流电机调速装置的设计带来了极大的便利, 这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定, 组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强, 特别适用于工作环境恶劣、对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。 2.2无刷直流电机的分类 无刷直流电机的电枢线圈是经由电子换向器接到直流电源的，因而可以归为直流电机的一种。近年来，有人从供电变流器的角度将它归为交流同步电机的一种，因为无刷直流电机的转速变化以及电枢绕组中的电流变化是和变流器的频率一致的。因此，按照它们的工作特性，可以把无刷直流电机分为以下两类： （1）具有