(二)无刷电动机驱动电路
电动自行车常用的是三相无刷电机,在三相电机中又有不同的绕组、槽数、磁钢片数,同时又有导通的绕组数,以及在什么相位角导通,导通时电流的方向等。
现在假定这些够是已知的,我们为它确定一个驱动电路。
还以TL494为逻辑分配电路,配以相应的功能电路,在上面的有刷电机电路就不相同了,变成一个无刷电机驱动电路。为此,电路应做如下处理:
(1)首先配一个驱动功率开关管的执行电路。假定已经选定了如图4-31所示的IR2130模块,它可以按逻辑分配电路的指令顺序,产生高电平或低电平,在瞬间使6个功率开关管处于正确工作状态,各磁极下的线圈馈给相应方向的电流,产生相同方向的转矩。
(2)逻辑分配电路。有两个主要作用:一是将电机中霍尔传感器送来的信号,经译码后按预先设定的顺序表编定导通和截止的指令,送到驱动电路;二是将自身产生的PWM信号,与功率电路中要导通的下臂功率管高电平信号混合,调制下桥臂管的输出电压,控制电机转速。
(3)TL494除去要产生PWM的锯齿波震荡电路外,还要接受外界的指令,对反馈信号进行译码和分析,并按保护功能要求再制定指令并编码和对状态进行校正。
(4)功率电路是6个MOSFET功率管,接受功率驱动电路的驱动信号实施导通或截止,向电机的三相绕组供电。由于电机工作电压VM比集成电路或控制模块电压Vcc高,所以要与控制电路电流互相分流。图4-32是一种典型电路原理示意图。
这里介绍一下功率管驱动电路,由于功率管主要采用MOSFET,而MOSFET又是栅极驱动,所以MOSFET驱动电路又称栅极驱动电路。现在栅极驱动电路已经集成化,形成专用集成电路。栅极驱动集成电路品类很多,适用于MOSFET驱动的有HL系列、IR系列、TDA系列和ML系列等。
有传感器的无刷直流电动机还需要霍尔传感器信号的译码和编码,并送到栅极驱动电路,图4-32中已经表示出来。这样,电路中已经有了可以进行全面控制的PWM电路、确定驱动顺序的编码电路、功率管的栅极驱动电路,以及功率开关电路,基本上组成了一个完整的无刷直流电动机的控制电路。这个完整的驱动电路组合在一起,除去功率管桥式开关电路以外,也已经集成在一块集成电路内。这就是我们称之为“专用集成电路”MC33035,电路原理如图4-32所示。
(5)无刷直流电动机常用驱动专用集成电路。早期使用CD4051、DAC1210、Z80、8098和通用型DSP芯片,虽然是单板机,由于它们不是专用集成电路,所以需要多片集成电路和周边器件来配合才能达到控制要求,组成较完整的控制系统。要达到同样的功能,电路并不简单。后来出现的MC33035、UC3625、TLS7260、7262等,是功能比较齐全的专用集成电路。其中UC3625具有软启动功能。另外如TDA5140/TDA5141/TDA5142T和ML4411是具有测定转子位置的无刷无传感器电机驱动专用集成电路。
(三)无刷无传感器直流电动机的驱动 无传感器电机,没有传感器识别磁钢位置,如何向绕组供电,必须由控制器电路测定绕组反电动势方向,哪一个绕组,反电动势是什么方向,经分析后,确定如何供电,按编入的程序使电机正确运行。
在磁场中的直导线通电流后,导线会按左手定则拇指方向在磁场内运动;反过来,如果导线在磁场中运动,则导线会按右手定则四指方向产生电动势。如果两者同时作用,且运动方向相同,则驱动电流方向与反电动势方向相反。左手定则适用于电动机,右手定则适用于发电机。电动机在通电运转时,绕组也同时在磁场中感应并产生反向电动势,当不提供驱动电流时,电机将发电电流输出;当提供驱动电流时,电机产生反电动势。无刷无传感器直流电动机控制器正是利用导线在磁场中运动产生反电动势这一特点来判断相绕组在磁场中的位置,以此确定向各相绕组供给哪一方向的电流。
静止的电动机绕组不运动,没有反电动势产生,必须经试启动后,在电机运转中,电枢中已经产生了反电动势,经过反复测定并确定每相绕组在磁极中的具体相对位置,饶后确定如何供电。但是电动自行车在行驶起来以后,电机也在运转,绕组切割磁场并且产生反电动势,电路不难测出各相绕组的反电动势情况,自然就可以建立按顺序馈送电流的程序,行驶起来只要转动调速手柄,自然也就正常运行。对电动三轮、电动轮椅等,情况就不同了,他们必须软启动,但电枢在一开始就不存在反电动势,必须按三步法,在试运行中、短时间内反复地、迅速测定N、S极位置,来确定供电方式。为此,目前这三种车基本不采用无刷无传感器电机,而是使用有刷电机,或有传感器的无刷电机。
四、控制器的检测
控制器的检测主要是测定控制器的效率和各种功能是否准确和迅速,以判断其品质;故障状态下,则是为了查明哪一种功能失常。
控制器功能检测有两种方法:即一起测定法和简易测定法,实际都是模拟方式,即在电动自行车的电路中加入仪器仪表进行测定。也可以对单个控制器做测定,方法如下:
(一)基本设置
1.直流电源箱 DC电压100V,电流30A;调整电压旋钮,调整电流旋钮;电压、电流数码显示管,精度00.00级。
2.接线板 接线板上按需要设接线柱,最好选择弹簧卡接线柱,导线拆装方便。
3.车用电机支架 电机轴能固定在具有抗拒转矩的支架上,设刹车带并能控制不同力矩,制动电机或使电机堵转。
4.调速手柄 与电机、控制器远配套的调速手柄。
(二) 测定项目
测定项目主要包括时间常数、调速平稳性、欠压保护、过流保护、限流保护、制动断电等控制器的基本功能。
(三) 测试原理及线路布置
1.测试无刷电机
(1)直流可调电源箱,可提供要求的电压和电流,模拟车用电池向控制器供电,以及提供电机和控制器需要的极限状态电压、电流和欠电压等。
(2)电源和控制器间电源连线。
(3)KZQ代表被试控制器。
(4)分离式仪表显示盘,盘上设有电源显示、制动断电、过电流、欠电压、速度、里程等显示。
(5)控制器与显示盘连接的专用配套多芯电缆。
(6)常开(或常闭)触点,实际用一个翘板开关或闸刀开关代替制动断电触点即可。对常开触点,开关置于断开状态。
(7)两条细的引线,连接控制器与断电触点。
(8)调速手柄。
(9)调速手柄与控制器连线。
(10)由控制器到电机的3根电源引线与电机绕组引线的连接线。
(11)5根细线组成的霍尔传感器传递线,将电机内3个霍尔传感器信号传送给控制器。
(12)电源开关。
2.检测有刷电机 只是控制器与电机间接线有所区别。另外,控制器设计的显示功能,也决定接线的多少,显示盘也应当与控制器配套。
只要懂点电器知识的读者,做上面的实验和设置并不困难。准备完成之后即了进行下面工序。