Подключение контроллера электровелосипеда своими руками

Электровелосипед своими руками: контроллер

Как выбрать контроллер для электровелосипеда, какие контроллеры бывают и в чём их разница?

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте разберёмся, зачем вообще нужен контроллер.

Для чего электровелосипеду контроллер

Наверняка почти каждый любознательный представитель мужской половины человечества в детстве имел дело с моторчиками, установленными в детских игрушках, например, электрических машинках или лодках.

Эти моторчики представляли собой двигатели постоянного тока. Для вращения к ним достаточно было подключить батарейку, и направление вращения менялось в зависимости от полярности подключения.

В том случае обмотки ротора (вращающейся части электродвигателя) подключаются к источнику питания по очереди через пару графитовых щёток, таким образом ротор приводится во вращение.

В электровелосипедах же используются бесщёточные моторы, а точнее трёхфазные асинхронные двигатели, которым недостаточно просто подать напряжение питания от батареи. На первый взгляд кажется, что всё только усложнилось, но дело вот в чём.

Во-первых, двигатели постоянного тока имеют узел, который требует обслуживания и периодического ремонта — это как раз те самые щётки и коллектор, по которому они скользят.

Во-вторых, КПД этих двигателей ниже, а вес больше. В третьих, они имеют ограниченный диапазон скоростей вращения. Всех этих недостатков трёхфазные асинхронные двигатели лишены.

Но последним требуется контроллер — устройство, обеспечивающее коммутацию обмоток строго по определённому алгоритму.

В зависимости от типа двигателя (с датчиками положения ротора или без) от контроллера к двигателю идёт либо только три силовых провода, либо к ним добавляются 5 или 6 тонких проводов.

Силовые провода — это те, которые непосредственно подключены к обмоткам двигателя. А тонкие (слаботочные) провода — это провода питания и сигналов с датчиков положения.

На фото силовые провода (синий, зелёный и жёлтый) спрятаны в стеклоармированных трубках, а слаботочные видны: синий, зелёный и жёлтый — это сигналы с датчиков положения, красный и чёрный — это питание датчиков, а белый — с датчика температуры, который спрятан под платой ближе к обмоткам.

Источник

Инструкция по сборке

Сборка электровелосипеда дома совсем не страшная и занимает один-два часа если делать это в первый раз.

Инструменты

• Велосипедный набор шестигранников и отвёрток;
• Рожковый, накидной или разводной ключ (для гаек мотора);
• Что-нибудь для снятия покрышки — специальные пластиковые съёмники, либо отвёртки (если не жалко обод), или, в крайнем случае, пара чайных ложек;
• При наличии усилителей дропаутов — тонкий напильник или надфиль;
• При наличии PAS-сенсора — специальный съёмник шатуна (либо сила+удача+настойчивость).

Так же очень пригодятся нейлоновые кабельные стяжки для фиксации проводов и придания велосипеду достойного вида.

Установка

1. Снимите старое колесо с велосипеда. Переставьте покрышку, камеру и ободную ленту на мотор-колесо. (В случае отсутсвия ободной ленты — можно промотать внутреннюю сторону обода обычной изолетной в несколько слоёв)

2. Установите мотор-колесо на велосипед на место старого колеса. Провод должен выходить с правой стороны. Прорезь на оси мотора (откуда выходит провод) должна быть направлена вниз, для предотвращения попадания влаги внутрь колеса. Возможно для этого придётся снять, повернуть на пол оборота и надеть обратно фиксирующие шайбы с зубцом, надетые на ось мотора.

3. Для любых передних моторов, а также для мощных задних моторов (Classic, Turbo) — необходима установка усилителей дропаутов. Допустимо не ставить усилители для заднего мотора Лайт. Для переднего мотора Лайт можно ограничиться одним.

Из-за немного различающихся от экземпляра к экземпляру осей моторов, отверсие под ось на усилителе специально сделано немного уже, для того чтобы на любом моторе усилитель сидел плотно и не болтался. Поэтому, скорее всего, с внутренней стороны отверстия усилителя придётся доработать напильником так, чтобы усилитель налезал на ось, но сидел очень плотно. Очень важно не переборщить — усилитель не должен болтаться!

4. Перед установкой всего остального рекомендуем подключить к контроллеру колесо, ручку газа и батарею (см ниже) и убедиться что всё работает нормально.

5. Закрепите на велосипеде батарею и контроллер.

• Батарея должна быть защищена от ударов о раму или контроллер мягким уплотнителем.
• При вертикальной установке контроллера — лучше располагать его проводами вниз, чтобы по ним внутрь не затекала влага.

6. Установите на руль ручку газа.

• Если грипса тугая, резиновая и никак не хочет сниматься сама — можно положить велосипед на бок, грипсой вниз, и забить под неё отвёртку на всю длину. Затем в образовавшуюся щель между отвёрткой и рулём, под грипсу, залить воды. Затем вынуть отвёртку и провернуть грипсу — после этого она должна сняться очень легко!

(7.) Установите на руль дисплей, если есть.

(8.) Устаровите на руль ручку(

и) тормоза, если есть.

(9.) Установите сенсор помощи педалям, если есть. Для этого понадобится специальный съёмник шатуна.

10. Подключите к контроллеру все провода (см ниже).

11. Убедитесь что всё работает.

12. Зафиксируйте провода стяжками или другим способом.

Подключение

Назначения проводов и разъёмы немного отличаются в зависимости от контроллера:

• 
• 
• 

• 
• 
• 
• 
• 

Infineon 3 (6-FET)

Infineon 3 (12-FET)

Infineon 4 (6-FET)

Infineon 4 (12,18-FET)

Infineon 4 (24-FET)

1. Подключите к контроллеру ручку газа

• На контроллерах Light и Mark I (с моторами Light, Light+ и Classic) — чёрный трёхпиновый разъём «папа» (включение и индикатор заряда) и чёрный трёхпиновый разъём «мама» (сигнал ручки газа);

На контроллерах Mark II и Infineon — белый шестипиновый разъём «папа» (включение и сигнал ручки газа) и чёрный трёхпиновый разъём «мама» (переключатель мощности)

• 
• 

Light, Mark I (Light+, Classic)

Mark II, Infineon

2. Подключите к контроллеру провода мотора: разъём датчиков холла и фазные провода

• 
• 
• 

Чёрный водонепроницаемый разъём совмещает датчики холла и фазные провода. Стрелки на обоих разъёмах должны ровно указывать друг на друга. Разъём нужно вставить до линии. Это может быть непросто 🙂 Mark I (Light+, Classic)

Белый шестипиновый разъём «мама» и три цветных разъёма Anderson, подключаемых по цветам.

Иногда ответный белый разъём со стороны мотора бывает не собран, в таком случае нужно его собрать, затолкав контакты так, чтобы все цвета полностью совпадали. Mark II, Infineon

Белый шестипиновый разъём «мама» и три чёрных разъёма XT150, подключаемых по цветам проводов.

Если у мотора есть несколько комплектов датчиков холла — подключить нужно только один.

3. Подключите контроллер к батарее

Перед подключением убедитесь что кнопка включения на ручке газа находится в положении «выкл» (отжата).

Подключите жёлтый разъём XT60 (или XT90) на одном из проводов батареи к контроллеру. Второй провод на батарее будет использоваться для зарядки. Если провода разной толщины — к контроллеру нужно подключить более толстый.

В момент подключения может проскочить искра — это нормально.

• 

Теперь можно включить контроллер (кнопкой включения на ручке газа) и аккуратно подать газ, чтобы убедиться что всё работает как надо.

• 
• 
• 

(Опционально) 4. Подключите сенсор помощи педалям

Чёрный трёхпиновый разъём «папа» со стороны контроллера.

• 

(Опционально) 5. Подключите дисплей

• На контроллерах Light, Mark I и Mark II (с моторами Light, Light+ и Classic) — белый пятипиновый разъём «папа» — для дисплея KT-LCD3. Перед подключением дисплея из разъёма нужно вынуть перемычку. В случае отключения дисплея — перемычку нужно вернуть обратно. Без неё и работать не будет.

На контроллерах Infineon — чёрный шестипиновый разъём «папа» — для дисплея CycleAnalyst.

• 
• 

(Опционально) 6. Подключите тормозные ручки

Два чёрных двухпиновых разъёма «папа» с чёрным и жёлтым проводами со стороны контроллера.

Можно подключить две ручки, можно одну, можно не подключать вовсе. В случае двух ручек — тормоз будет срабатывать при использовании хотя бы одной из них.

Источник

Самодельный контроллер для электровелосипеда

Цикл работы

Чтобы привести в движение трёхфазный двигатель, нужно рассмотреть цикл его работы за электрический оборот. Итак, имеем три фазы — A, B, C. Каждая из фаз получает положительную и отрицательную полярности в определённый момент времени. Поочерёдно по шагам пропускается ток от «плюса» одной фазы к «минусу» другой фазы. В итоге получается шесть шагов = три фазы × две полярности.

Рассмотрим эти шесть шагов цикла. Предположим, что положение ротора установлено в точке первого шага, тогда с датчиков Холла мы получим код вида 101, где 1 — фаза А, 0 — фаза B, 1 — фаза С. Определив по коду положение вала, нужно подать ток на соответствующие фазы с заданными полярностями. В результате вал проворачивается, датчики считывают код нового положения вала — и т. д.

В таблице указаны коды датчиков и смена комбинаций фаз для большинства электродвигателей. Для обратного хода колеса (реверса) достаточно перевернуть знаки полярности фаз наоборот. Принцип работы двигателя довольно прост.

Цикл двигателя представлен в gif-анимации.

Транзисторы и Н-мост

Но чтобы поочерёдно подавать ток на каждую из фаз и менять их полярность, необходимы транзисторы. Ещё нам нужна передача больших токов, высокая скорость переключения и чёткость открытия/закрытия затворов. В данном случае удобнее управлять затворами по напряжению, а не по току. Поэтому оптимальны полевые (MOSFET) транзисторы. Чаще всего их используют в контроллерах. Очень редко можно встретить комбинированный вариант транзисторов.

Для переключения фаз со сменой их полярностей используют классическую схему Н-моста (H-Bridge) из полевых транзисторов.

Он состоит из трёх пар транзисторов. Каждая из пар подключается к соответствующей фазе обмотки двигателя и обеспечивает подачу тока со значением (+ или –). Транзисторы, отвечающие за включение фазы с положительным значением, называют верхними ключами. С отрицательным — нижними. Для каждого шага открывается пара ключей: верхний одной фазы и нижний соседней фазы. В результате ток проходит от одной фазы к другой и приводит электродвигатель в движение.

Из схемы видно, что мы не можем включить одновременно верхний и нижний ключ у одной и той же фазы: произойдёт короткое замыкание

Поэтому очень важно быстрое переключение верхних и нижних ключей, чтобы в переходных процессах не появилось замыкание. И чем качественнее и быстрее мы обеспечим переключения, тем меньше у нас будет потерь и нагрева/перегрева транзисторов H-моста

Для запуска остаётся обеспечить управление затворами ключей H-моста. Для управления H-мостом нужно:

1. Считать показания датчиков Холла.
2. Определить, в каком положении какую пару ключей включать.
3. Передать сигналы на соответствующие затворы транзисторов.

Устройство двигателя

Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.

Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.

Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.

У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.

Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.

На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.

В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.

Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.

Аппаратное прерывание

И тут я понял, в чём дело: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому необходимо было использовать пины Ардуино с аппаратным прерыванием. Так как у Ардуино УНО таких пинов всего два, а под датчики нужно три пина, надо взять Ардуино Леонардо или Искра Нео, где таких пинов — четыре штуки.

Переписав программу под прерывания и подключив Искру Нео вместо УНО, я повторил испытания.

Колесо наконец-то заработало чётко, без вибраций, шумов, отлично стало набирать обороты без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это ещё не полноценный контроллер, поскольку в нём не было обвязки с защитами и обеспечением качественного ШИМ-сигнала.

Электробайк. Контроллер двигателя своими руками +39

DIY или Сделай сам, Электроника для начинающих, Энергия и элементы питания, Блог компании Mail.Ru Group

Как вы уже знаете из прошлых постов, у нас в компании есть DIY-движение. В свободное от работы время коллеги занимаются фрезеровкой печатных плат в домашних условиях, делают тепловизор на FLIR Lepton, а также решают семейные разногласия с помощью 4 контроллеров и 2 умных часов. Продолжим серию увлекательный историй! Сегодня я расскажу, как сделать контроллер к трехфазному двигателю электровелосипеда своими руками. Целью создания такого контроллера было:

1. Изучение работы трехфазного мотора под управлением контроллера.
2. Большинство контроллеров для электровелосипедов, представленных на рынке, — китайские. Они хоть и относительно дешевые (около 2.000 руб в зависимости от мощности), но являются неведомой коробкой, в которой неизвестно что происходит. И сразу к ней возникает очень много вопросов — экономично ли она потребляет и распределяет ток, какой у нее запас мощности, почему так сильно перегревается, преждевременно срабатывает защита по току и т.д.

В тоже время на рынке представлены европейские качественные контроллеры для электробайков. Они оснащаются расширенными функциями, работают на разных напряжениях и токах и их можно программировать. Устанавливаются они на сверхмощные электровелосипеды. Но цена у них кусается — 10-20 тыс. рублей.

В итоге я решил пойти своим путем: разобраться в устройстве контроллера, сделать его прототип, а затем попытаться сделать контроллер качественнее китайского контроллера. На текущий момент проект у меня в разработке только и на уровне прототипа, готового варианта пока нет. Буду рад услышать ваши комментарии и советы.

Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.

Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.

Источник