無刷電機控制器的發(fā)展方向標準化問題

www.bomingjun.com 來源：寧波北斗科技有限公司　　　電動車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-5-10

寧波北斗科技有限公司控制器總工程師——薛德賢電動助動車無刷電機控制器是電動車無刷電機系統(tǒng)中相對復(fù)雜和相對容易出故障且又是一個十分重要的部分。無刷電機系統(tǒng)由無刷電機、控制器、相應(yīng)的車身車架三大部分組成，忽視了其中的任一部分，都會影響系統(tǒng)的性能發(fā)揮。電動助動車無刷電機控制器的發(fā)展方向，主要歸結(jié)為標準化、結(jié)構(gòu)化模塊化、高安全高可靠、簡單化與低成本、智能化與多功能等五個方面，在不同的應(yīng)用中體現(xiàn)出不同的側(cè)重。在從事電動助動車行業(yè)無刷電機及控制器推廣工作的過程中，我們接觸到了這樣一個有趣的現(xiàn)象：很多大力提倡電動車無刷電機系統(tǒng)的專家學者，很多長期從事電動自行車生產(chǎn)的企業(yè)主管，他們中的大部分沒有明確的無刷電機系統(tǒng)的相對一致的標準，這對電動自行車無刷電機系統(tǒng)的發(fā)展和推廣相當不利。究其原因，可能有以下幾個方面：自身需求不明確或不急迫；產(chǎn)品不成熟、故障概率較高，系統(tǒng)相對脆弱；系統(tǒng)安裝相對復(fù)雜，聯(lián)接件沒有明確規(guī)范；系統(tǒng)功能沒有層次概念，必須功能和輔助功能混為一談；購置過程復(fù)雜，無法象家電一樣隨意購買或更換，不同的車型，不同廠家的產(chǎn)品不能相互兼容；價格偏貴。出現(xiàn)這一現(xiàn)象，顯示了巨大市場(Rialto)前景面前行業(yè)基礎(chǔ)工作的不成熟：標準化工作滯后，行業(yè)割踞嚴重。另外，無刷電機系統(tǒng)產(chǎn)品鏈中的社會化服務(wù)滯后，也是造成目前狀況的一個重要原因。標準化——行業(yè)發(fā)展的必由之路目前，中國境內(nèi)的無刷電機系統(tǒng)產(chǎn)品很多，據(jù)估計有數(shù)百個品種，小至三、五個人的小公司，大至幾千人的國企，都有人涉足無刷電機系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)。于是，中國就產(chǎn)生了幾百個互不兼容的標準，至今還沒有一個能夠占領(lǐng)國內(nèi)市場(Rialto)20%的無刷電機系統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)品。隨著市場(Rialto)競爭的加劇，大部分中小企業(yè)會被迫退出這個市場(Rialto)，但他們已推銷在各地的的產(chǎn)品將變成“孤兒”，受害者當然是用戶。這將是一種十分可怕的情景。由此可見，推進標準化進程是電動自行車行業(yè)的必由之路，也是當務(wù)之急。（1）模式分析及性能定位　　我們所碰到的難題是，服務(wù)對象多是一些有自主權(quán)的個體，無法實現(xiàn)統(tǒng)一的模式（城市、鄉(xiāng)村、山區(qū)等），因此，如何在個性生活中提煉出共性模式將是一大難點。不分析人們的生活模式，就制造不出有價值的實用的無刷電機系統(tǒng)。根據(jù)對有刷大量電機和山區(qū)、鄉(xiāng)村，城市等道路(Strada)和客戶生活模式，期望要求，購買能力和性價比分析，參照有關(guān)國際國內(nèi)標準,在大量實驗數(shù)據(jù)的支持下，我們建立了相對完善的抽象系統(tǒng)模型，在此基礎(chǔ)上，對電機的啟動力和啟動轉(zhuǎn)矩、限流值與啟動力、啟動轉(zhuǎn)矩與啟動力、平均電流與峰值電流等核心指標進行了認真的研究分析，作為我廠產(chǎn)品的理論依據(jù)。電機的啟動力和啟動轉(zhuǎn)矩啟動力是指在零速啟動時能夠加載的最大阻力，當超過這一阻力時，電機便不能啟動，相應(yīng)的電機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為啟動轉(zhuǎn)矩。本廠出品的電機與控制器的匹配啟動力應(yīng)不小于100N(牛頓),即F0(pldc36)>=100N 本廠生產(chǎn)的電機支持時速定標為20km/h、23km/h、26km/h、28km/h四種，支持的輪徑定標為16、18、20、22(英寸)四種。限流值與啟動力電機與控制器匹配后，啟動力與輪徑無關(guān)，即不管多種輪徑，應(yīng)確保相同的啟動力。啟動功率與車速成正比，與輪徑的大小無關(guān)。 Po0=F0(pldc36)×V Pi0=I0×E Po0=Pi0×η F0(pldc36)×V= I0×E×η I0=( F0(pldc36)×V)/(E×η) 式中：Po0為輸出啟動功率，F(xiàn)0(pldc36)為啟動力，V為車速，Pi0為輸入啟動功率，I0為啟動電流（電機線圈中的電流），E為供電電壓，η為系統(tǒng)效率。上式表明，當F0(pldc36) 、E、η一定時，I0與V成正比與電機的效率成反比。即在同樣的電流下，電機效率越高，其輸出功率越大，其啟動力也越大。令Kiv0= F0(pldc36) /(E×η), 則 I0= Kiv0×V 根據(jù)電機的曲線，可得23km/h的電機，其作功動力為60N時，所需的I0=12A 當達到啟動力為100N時，其所需電流為I0M=12×100/60=20A Kiv0=I0M/V=20/23=0.86(AH/km)----(安時/公里) 因此啟動電流（限流）I0為 I0=0.86×V…………………….式1.1 啟動轉(zhuǎn)矩與啟動力由于不同的車速具有相同的啟動力，即啟動力與車速無關(guān)，因此，啟動轉(zhuǎn)矩與車速也無關(guān)。啟動力與輪徑成正比，即 M0=F0(pldc36)×r……………………….式1.2 M0= 0.0127×F0(pldc36)×D 式中：M0為啟動轉(zhuǎn)矩(Nm0)，F(xiàn)0(pldc36)為啟動力(N)，r為車輪半徑(米),D為車輪直徑(英寸) 當F0(pldc36)=100N時 M0= 1.27×D 平均電流與峰值電流驅(qū)動的平均電流與峰值電流之比kI定義為驅(qū)動電流的矩形糸數(shù)，當電機處在非限流狀態(tài)時，這一數(shù)值越接近于1，說明電機負載的電流特定越理想，電機的轉(zhuǎn)矩波動越小，對驅(qū)動功率管的要求最低。一般情況下很難做到1，大部分在0.6≈0.9之間。當電機處于限流態(tài)運行時，特別是堵轉(zhuǎn)時，驅(qū)動功率管處于高頻斷通狀態(tài)。此時，驅(qū)動的平均電流與峰值電流之比kI等于驅(qū)動電壓的占空比。即： Iid=KI×I0M 堵轉(zhuǎn)時電機的輸入功率Pid為 Pid=E×Iid=E×KI×I0M 電機的消耗功率P0d約為 P0d=I0M×I0M×Rd 式中，KI為驅(qū)動的平均電流與峰值電流之比；I0M為峰值電流，堵轉(zhuǎn)時等于限流值；Iid為堵轉(zhuǎn)時輸入的平均電流；Rd為堵轉(zhuǎn)時的電機等效電阻。根據(jù)能量守恒定律，有輸入功率應(yīng)等于電機的消耗功率，即 Pid=P0d E×KI×I0M=I0M×I0M×Rd E×KI = I0M×Rd KI= I0M×Rd/E 當電源電壓一定時，在相同啟動力（I0M相同），堵轉(zhuǎn)時的電機等效電阻Rd越小，KI也越小，堵轉(zhuǎn)輸入的平均電流越小，消耗的電源功率越小，也越省電；在相同的堵轉(zhuǎn)輸入的平均電流下，即KI相同，堵轉(zhuǎn)時的電機等效電阻Rd越小，允許的I0M越大，電機的啟動力也越大。為此，堵轉(zhuǎn)時的電機等效電阻Rd是衡量電機啟動性能的十分重要指標。（2）產(chǎn)品的統(tǒng)一功能平臺和接口　　多種產(chǎn)品充斥在市場(Rialto)上，如果沒有通一的功能平臺和標準的接口是很難想象的。在統(tǒng)一的功能平臺和接口的條件下，去發(fā)展個性化產(chǎn)品，正是我們追求的目標。標準化的工作有兩個方面：其一，我們將無刷電機系統(tǒng)看作是一種產(chǎn)品，但與普通單體電器的標準概念不同；第二，我們追求的是它們的外部特征，而不是全部制造標準。這樣，我們將在尊重原不同行業(yè)標準成為事實的基礎(chǔ)上發(fā)展無刷電機系統(tǒng)標準。根據(jù)我公司對國內(nèi)市場(Rialto)的調(diào)查研究，在建立的相對完善的抽象系統(tǒng)模型的此基礎(chǔ)上，按照必須功能和輔助功能分層次產(chǎn)品實現(xiàn)的原則，我們確定了無刷電機控制器的基本功能定位�！　� 主要功能 ● 軟啟動功能：電機從零速經(jīng)3秒鐘左右達到額定轉(zhuǎn)速 ● 啟動/停止功能 ● 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能 ● 恒轉(zhuǎn)矩功能 ● 輕過載軟保護功能：驅(qū)動器在電機額定負載、轉(zhuǎn)速下運行，當電機出現(xiàn)1.5-2倍額定負載的輕過載時，驅(qū)動器，進入軟保護運行狀態(tài)，此時驅(qū)動器根據(jù)驅(qū)動電流的大小，自動調(diào)節(jié)控制電壓，以達到最佳轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動電流的匹配，防止驅(qū)動器過載損壞。 ● 重過載保護和保護狀態(tài)自復(fù)位功能：驅(qū)動器在電機額定負載、轉(zhuǎn)速下運行，當電機驅(qū)動電流大于極限值的重過載時，驅(qū)動器直接進入保護狀態(tài)，并間歇性檢測電機驅(qū)動電流，當電機驅(qū)動電流回到正常工作值后，自動進入正常運行狀態(tài)。 ● 測速驅(qū)動功能精確的測速能夠給用戶提供車速指示，測速驅(qū)動器能夠驅(qū)動大于500歐姆的多種速度(Tempo)表。 ● 26km/小時、20km/小時限速功能 ● 過電壓、欠電壓保護功能 ● 過熱保護功能使用環(huán)境 ● 使用溫度： -25℃-60℃ ● 使用濕度： 40%-80% ● 保存溫度： -20℃-+65℃ ● 使用場合：盡量避免粉塵,油霧及腐蝕性氣體 ● 冷卻方式：自然冷卻助動車控制器接口控制器與車輛結(jié)束語電動車無刷電機系統(tǒng)標準化問題是一個十分重要和十分艱巨的工作，我們所做的工作也剛剛開始，許多的問題也都在研究中。我們希望行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)們及管理部門、；希望包括無刷電機、控制器、車身車架及儀表盤等研發(fā)生產(chǎn)的同仁們、希望市場(Rialto)開拓、維修維護服務(wù)的同仁們，共同攜起手來，建立和不斷完善我們的產(chǎn)品標準，推動無刷電機系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用推廣，開創(chuàng)我們事業(yè)的新的輝煌。