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1、精品文档毕业设计论文题目: 无刷电机驱动的电动自行车 的控制系统设计 专业: 数控技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 欢迎下载精品文档摘 要近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成城市空气的严重污染。于是开展绿色交通工具已经成为一个重要的课题。考虑到我国的国情，开展电动自行车具有重要的环保意义。随着电机技术及功率器件性能的不断提高，电动自行车的控制器开展迅速。本文设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33033为控制芯片，以功率器件MOSFET为开关器件驱动电机，实现对无刷直流电机的控制。设计出了电路原理图、印制板电路图和电路板实物的3维效果图。关键词： 无刷直流电机 MC33033 原理
2、图 印制板电路图AbstractIn recent years, transportation fuel emission problem has been caused by urban air pollution levels. So the development of green transport has become an important issue. Taking into account Chinas national conditions, development of electric bicycles has important environmental signi
3、ficance. With the motor technology and continuously improve the performance of power devices, the rapid development of electric bicycle controller. This design uses a brushless DC motor for the control of dedicated control chip MC33033 chip, in order to power MOSFET devices as the switching device d
4、rive motor, to achieve control of the electric bike. Design a circuit diagram, PCB circuit diagrams and circuit board real 3-D renderings. Keywords：brushless DC motor MC33033 Schematic PCB circuit目录摘 要IABSTRACTII第1章 引言51.1课题的研究背景及开展状况5当今社会的能源问题5无刷直流电机的开展过程5无刷直流电机的特点61.2电动自行车的组成 局部71.3课题研究的内容7第2章 电动自
5、行车的主要技术92.1电动自行车的根本性能92.2电动自行车的主要技术参数10整车主要技术参数10蓄电池主要技术参数10电动机主要技术参数11控制器主要技术参数112.3电动自行车的电机控制技术122.4无刷直流电机的结构与原理122.5无刷直流电机的调速方法142.6无刷直流电机的位置检测15第3章 系统元器件选择173.1控制芯片MC33033173.2功率器件MOSFET203.3无刷电机驱动芯片IR2103223.4闭环无刷电机适配器MC33039233.5蓄电池的选择24第4章 系统电路设计274.1普通无刷电动机控制电路274.2主电路设计28电源电路设计28驱动电路设计28刹车电
6、路设计29调速电路设计30钥匙开关设计31整体电路图32第5章 印制电路板设计345.1确定元件封装345.2生成网络表355.3印制电路板环境设置355.4绘制PCB板36结 论38致谢39参考文献40附 录 141附 录 242附 录 343欢迎下载精品文档第1章 引言1.1课题的研究背景及开展状况1.1.1当今社会的能源问题能源是人类社会存在和开展的物质根底。当今社会，能源和环境问题已经成为困扰人类社会进步和开展的重大课题。自从英国工业革命以来，以煤炭、石油和天然气等化石燃料为一次能源的供能系统极大地促进和推动了世界各国的经济开展。但与此同时，大量使用化石燃料所带来的严重后果：资源枯竭、
7、环境污染、生态资源破坏等。自从20世纪70年代发生能源危机以来，人类探寻一种新的、清洁、平安可靠的可持续能源系统，世界各国对新能源与可再生能源日益重视，不断加大人力和物力的投入力度，促进了新能源与可再生资源利用技术和装置的研发，加快了新能源与可再生资源的商业化进程。进入21世纪，我国的能源问题，尤其是石油问题，也变得日益严重。我国的矿物能源储量比拟丰富，但是人均能源资源却只有世界人均能源资源的二分之一左右。二十多年来，我国经济快速、持续开展，其开展速度与质量为世界所瞩目。但同时又面临着有限的化石燃料资源和更高的环境保护要求的严峻挑战，目前我国已经世界第二大石油进口国，能源问题十分紧迫。由此可发
8、现在交通方面开展一种绿色可再生的能源已显得非常重要。无刷直流电机的开展过程一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已普及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造本钱高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。进入 70 年代晶闸管
9、开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大开展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出GTR、GTO、功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。而以绝缘栅双极晶体管IGBT为代表的第三代电力电子器件，开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向开展。而进入 90 年代电力电子器件正朝着复台化、标准模块化、智慧化、功率集成的方向开展。正是由于功率器件GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现和开展，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无
10、刷电动机的广泛应用奠定了坚实的根底。采用霍尔组件位置传感器的无刷直流电机结构简单、适应性好、信号容易控制，因此，霍尔组件位置传感器始终是无刷直流电机位置传感器的主流。目前随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率组件进行脉冲调制(pulse width modulation，简称PWM)控制电机已成为主流 。现在国外一些公司相继推出了用于电机调速的数字信号处理DSP芯片，在电冰箱、洗衣机、空调等家用电器领域及工业变频控制领域，以其结构紧凑、使用便捷、可靠性高、功能强和本钱低等优势而被广泛使用。无刷直流电机的特点无刷直流电机 BLDCM : Brushl
11、ess Direct Current Motor 是指无机械电刷和换向器或集电环的直流电机，又称无换向器直流电机，它以电子换向器代替机械电刷和换向器实现直流电机的换向。无刷直流电机克服了有刷直流电机由于电刷环流而引起的磨损，产生火花而又引起噪音，及其对周围电路带来恶劣影响。无刷直流电机回馈装置简单，功率密度更高，输出转矩更大，控制结构更为简单，使电机和逆变器各自潜力得到充分发挥。且调速性能优越，体积小，重量轻，转动惯量小，不存在励磁损耗。同时，无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便的一系列优点，又具备有刷直流电机的运行效率高等诸多特点，同时克服了有刷直流电机由于机械电刷和换向
12、器的存在所带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等弊病，且降低了制造本钱，简化了电机维修。进入九十年代以来，随着电力电子工业的飞速开展，许多高性能半导体功率器件，如 GTR 、 MOSFET 、IGBT 、MCT 等相继问世，以及微处理器、大规模集成电路技术的开展，逆变装置也发生了根本性的变化。这些开关器件本身向着高频化、大容量、智能化方向开展，并出现集半导体开关、信号处理、自我保护等功能为一体的智能功率模块IPM和大功率集成电路，使无刷直流电动机的关键部件逆变器的本钱降低，且向高频化、小型化开展。无刷直流电机的应用和开发进入一个新阶段，目前正朝着超高速、高转矩、高功能化、微型化方向开展。所以
13、无刷直流电机在当今国民经济各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、及计算机驱动器以及家用电器等方面得到了广泛的应用。1.2电动自行车的组成 局部电动自行车一般由动力局部、传动局部、行车局部、操纵制动局部、电气仪表局部组成。1. 动力局部电动自行车的动力局部通常由蓄电池和电机构成，是电动自行车的动力来源。其性能的好坏，直接影响电动自行车的动力性和经济性.2. 传动局部电动自行车传动局部的作用是将动力局部输出的功率传递给驱动轮，驱使电动自行车行驶。通过变速器或调速器，使电动自行车获得行驶所需要的驱动力和速度，并保证电动自行车的平稳起步和停车。它由变速器、后传动装置组成。3. 行车局部行车局部的作用是
14、使电动自行车构成一个整体，支撑全车的总重量，将传动局部传递的扭矩转换成驱使电动自行车行驶的牵引力，同时承受吸收和传递路面作用于车轮上的各种反力，确保电动自行车正常、平安行驶。它主要由车架、前减震器、前后轮、座垫等组成。4. 操纵制动局部操纵制动局部的作用是直接控制行车方向、行驶速度、制动等，以确保电动自行车行驶平安。它由车把、制动装置、调速手把等组成。电气仪表装置是保证车辆平安行驶并反映车辆运动状态的主要装置，它使骑行者能正确、有效地对车辆行驶适时地进行控制。它由数据显示装置、充电器等组成。1.3课题研究的内容由于直流无刷电机具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，在医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用得到日益普及。因此，本文设计开发了一套无刷直流电机驱动的电动自行车的控制系统，36V电源供电，采用MC33033作为主控制芯片，功率器件MOSFET起开关作用驱动电机，采用PWM方式调速实现对电动自行车的控制。第2章 电动自行车的主要技术2.1电动自行车的根本性能按照国家标准?电动自行车通用技术条件?，电动自行车是以蓄电池为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电力助动功能的特种自行车；根据?道路平安法?，把电动自行车划分为非机动车辆，电动自行车的
