Универсальный контроллер для мотор колеса

Пожалуй самый простой бюджетный контроллер для электровелосипеда мощностью 350 Вт с моторколесом (BLDC двигателем). Средняя цена около 700 руб. с доставкой из Китая. Несмотря на дешевизну он вполне надёжный и функциональный.

Доставка из Китая (около месяца)

Видео:Контроллеры для электро велосипеда | Какой контроллер выбрать для электро велосипеда.Скачать

Основные характеристики контроллера

• Питание от батарей с номинальным напряжением 36В, 48В
• Возможна работа моторколеса как с датчиками Холла, так и без них
• Автоматическое определение фазового угла датчиков Холла 60/120 градусов
• Номинальная мощность 350 Вт
• Максимальный ток 16-18A
• 6 FET транзисторов
• Размеры 10.3x7x3.5 см

Назначение проводов

Контроллер работает с ручками и курками газа на датчике Холла. Здесь собраны некоторые из них.

Видео:Как подобрать контроллер для мотор колеса | Как понять мощность контроллераСкачать

Обучение контроллера

Для того, чтобы контроллер понимал, в какую сторону вращать мотор, определить угол датчиков холла, необходимо произвести обучение. Обучение нужно провести только при первом включении системы, в дальнейшем вся нужная информация будет храниться в энергонезависимой памяти контроллера. В процессе обучения также контроллер понимает на какое напряжение установлена батарея – 36 или 48 В. Эту информацию он использует, чтобы отключить питание системы, когда она окажется разряжена. Функция защиты от переразряда присутствует и в BMS литиевой батареи, так что защита получается двойная и что-то из них сделает это первым.

При обучении необязательно, чтобы батарея была заряжена полностью. Ему достаточно любого значения из диапазона возможного напряжения. У батарей номиналом 36 В этот диапазон 30…42 В, у батарей 48 В – 39…54,6 В. Так как напряжение 48-ми вольтовой батареи при низком заряде залазит в область напряжений батареи 36-ти вольт, нужно её подзарядить перед обучением хотя-бы до 43 вольт.

Обучение проводится очень просто:

1. Нужно вывесить колесо, чтобы оно могло свободно вращаться
2. Соединить два провода обучения
3. Подключить батарею
4. Включить “зажигание” (красный тонкий провод на + батареи)
5. Если колесо вращается в верном направлении – выключаем “зажигание” и разъединяем провода обучения. Обучение закончено
6. Если колесо вращается не в ту сторону, размыкаем провода обучения и соединяем снова, направление вращения изменится, выключаем “зажигание” и разъединяем провода обучения. Обучение закончено

Видео:мощный контроллер за очень дёшевоСкачать

Что интересного внутри контроллера

Если вскрыть контроллер можно увидеть не совсем опрятную плату, по крайней мере у меня произошло так. Плату проверить всё же желательно, я обнаружил неотмытые капельки припоя, которых по хорошему там быть не должно. Также стоит обратить внимание на наличие термопасты на радиаторе с мосфетами. Электролитические конденсаторы по питанию установлены на 63 В. Мосфеты P65NF06 с предельно допустимым напряжением сток-исток (Uds): 60 В. То есть контроллер можно запитывать от батарей с немного более высоким напряжением, чем привычных, 48 В (54,6 мах). Это литий-ионная батарея 14S или литий-железо-фосфатная 16S. Напряжения этих полностью заряженных батарей 58,8 В и 58,4 В соответственно. Максимальная скорость в этом случае будет чуть больше.

Все функции контроллера

Кроме того на плате есть точки дополнительных функций, которые не выведены в общем пучке проводов. Функция срабатывает при подключении точки к общему проводу (GND). (Любой черный провод на плате это общий или GND).

Точки подписаны следующим образом:

Возможно кому-то эти функции пригодятся для своих проектов.

Принципиальная схема контроллера электровелосипеда 350 Вт

По этой схеме собран не только этот контроллер, но и некоторые другие контроллеры для электровелосипеда мощностью до 350 Вт.

R16 (шунт) на схеме это и есть тот шунт, который можно немного залудить для увеличения мощности велосипеда. Я этим тоже занимался и вот к чему это привело. Контроллер при этом не пострадал, но моторколесо пришлось ремонтировать.

Смотрите также как своими руками прошить плату (контроллер) от гироскутера под управление с ручки или педалей газа. На основе такой платы можно построить электросамокат, электровелосипед, трайк, детский электромобиль с приводом на одно или два колеса.

Видео:Контроллер мотор колеса для Электровелосипеда (350W, 48/36V 18A)Скачать

Как выбрать и установить контроллер для электровелосипеда самостоятельно

Электрический велосипед предполагает наличие в своей конструкции контроллера, регулирующего работу двигателя. Техническое развитие области позволило создать новые виды устройства, которые не только лучше выполняют свою функцию, но и занимают гораздо меньше места. Агрегат исключает наличие движущихся частей, а команды к электромотору передаются при помощи импульсов. В статье ниже расскажем о контроллере и его функциях. Опишем процесс выбора и подключения.

Видео:как ПОДКЛЮЧИТЬ БЕЗЫМЯННЫЙ контроллер к электровелосипеду.Скачать

Что такое контроллер для электровелосипеда

Контроллер – это сложное устройство, которое выполняет следующие задачи:

• осуществляет преобразование постоянного напряжения аккумуляторов в трехфазный ток для электрического колеса;
• производит регулировку мощности двигателя, в зависимости от силы нажима на ручку газа;
• защищает двигатель.

Обратите внимание! Дополнительно, на некоторых моделях велосипедов, осуществляется обратное преобразование в момент торможения. Эту функцию обеспечивает наличие режима рекуперации и специальных тормозных ручек.

Внешне контроллер выглядит как металлическая коробочка с множеством выходящих наружу проводов. Последние соединяются с ручками управления на руле, аккумулятором, мотор-колесом, датчиком холла и бортовым компьютером.

Читайте также: Лодочные моторы 5 лс с выносным баком

Во время самостоятельной сборки электровелосипеда часто наблюдается типичная ошибка – контроллер размещается в непроветриваемом чехле. Во время своей работы он сильно нагревается, что может привести к оплавлению проводов и контактов, а также полной поломке устройства.

Видео:Контроллер электровелосипеда синусный или трапеция | обзор и сравнение мощного контроллера на 45АСкачать

Принцип работы контроллера

Информация на устройство поступает от ручки газа. Контроллер считывает данные и на их основе изменяет скорость вращения двигателя. Для увеличения срока службы агрегата, при торможении требуется плавное снижение длительности импульсов. Также полезной функцией контроллера выступает возможность включения заднего хода.

Продление жизненного цикла работы батарей требует исключения возможности глубокого разряда. Пороговый показатель заряда вшивается в контроллер и по его достижению производится отключение электромотора.

Устройство следит за температурой в системе, что исключает токовую перегрузку. При подборе контроллера важно учитывать такие показатели, как напряжение батарей, максимальный рабочий ток и пр.

Видео:ПРОДАВЦЫ СКРЫВАЮТ ЭТО ОТ ВАС! Скрытые функции контроллера электровелосипеда как выбрать контроллерСкачать

Принцип работы электровелосипеда

Благодаря входящему в состав электрическому мотору, на таком велосипеде обеспечивается движение без участия ездока. Другими словами, не приходится крутить педали. Также электропривод позволяет легче преодолевать подъемы и горки, быстрее набирать скорость при разгоне.

Колеса двигаются за счет установленного электромотора. Особенно распространены модели с мотор-колесом – бесколлекторной машиной постоянного тока. При нажатии на педаль газа контроллер запускает мотор и регулирует его работу. Питание обеспечивают аккумуляторные батареи, и чем больше их емкость, тем дольше велосипед может двигаться на электрической тяге. Устанавливаются батареи на раму или багажник.

Не обходится современный велосипед и без велокомпьютера , отображающего оставшийся заряд, скорость движения, состояние батарей и прочие важные параметры.

Видео:Китайский контроллер 36-48 вольт 350Watt. Подробное подключениеСкачать

Схема контроллера электровелосипеда

Внутри корпуса контроллера находится плата с конденсаторами, транзисторами, токоизмерительными шунтами и управляющим микропроцессором. Также там располагаются преобразователи на 12В и 5В, которые обеспечивают подачу питания на микроконтроллер и периферию (ручки, датчик Холла).

Найти схемы отдельных моделей можно в интернете. Они подразделяются на электрические и принципиальные. Разобраться с обозначениями и расположением элементов сможет только человек с соответствующими знаниями.

При подключении устройства к электровелосипеду следует учитывать распиновку контроллера. Если мотор-колесо и управляющий агрегат приобретались в комплекте, то разъемы будут совпадать и проблем не возникнет. В противном случае необходимо установить соответствие цвета провода тому или иному компоненту байка.

Обычно красный и черный провод подаются на «+» и «-» аккумулятора соответственно. Толстые кабеля синего, зеленого и желтого цвета соединяются с трехфазным электродвигателем. Тонкие пять проводков идут к МК. Отдельно выделенный красный провод используется для «зажигания» – при его замыкании с плюсом аккумулятора происходит включение контроллера. Группа из черного, красного и зеленого цвета соответствует ручке акселератора. Для остальных проводов четкой схемы нет – все зависит от конкретной модели.

Видео:Контроллер 36-48 вольт 350 ватт. О чем не сказал продавецСкачать

Выбор контроллера и его виды

Разделение устройств происходит по нескольким критериям. Так, по типу обратной связи они бывают:

• предназначенные для работы с датчиком Холла;
• работающие без него;
• универсальные.

Второе разделение – тип выходного сигнала:

• Сигнал прямоугольной формы (меандр), используется в более дешевых моделях. Позволяет получить большую скорость вращения, но повышает шум работы двигателя.
• Сигнал в виде синусоиды. Скорость меньше, зато полностью отсутствует звук вращения мотора.

Зачастую контроллер для электровелосипеда имеет маркировку или наклейку, которые обозначают его основные параметры:

• номинальная мощность электродвигателя;
• минимальное и максимальное напряжение аккумулятора;
• расположение датчика Холла в электродвигателе: через 60 или 120 градусов.

Сопоставив цифры с имеющимся в наличии мотор-колесом, можно определить подходящую модель контроллера. Также следует вычислить его мощность: умножить максимальную силу тока на максимальное напряжение. Диапазон мощности контроллеров широк. Распространены универсальные модели на 350-2000 Вт.

Важно! Следует понимать, что контроллер, изготовленный для 36В батареи, нельзя подключать к более мощным аккумуляторам. Важно проверить параметр входного напряжения перед монтажом. Чтобы не столкнуться с проблемой несовместимости, рекомендуется приобретать универсальные модели, которые работают с диапазонов 48-72В или 24-100В.

Видео:Как влияет мощность контроллера на мотор | Замена контроллера электровелосипедаСкачать

Электробайк. Контроллер двигателя своими руками

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.

Читайте также: Ротакс мотор для гидроцикла

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.

Видео:Контроллер для электровелосипеда 36/48 вольтСкачать

Применение

В электровелосипедах используются трёхфазные бесщёточные электродвигатели с датчиками Холла. Стоит отметить, что применение подобных трёхфазных двигателей достаточно обширно:

• Бытовая техника
• Оргтехника
• Электротранспорт
• Промышленность

Видео:Синусный контроллер KT для электровелосипеда. А надо ли?Скачать

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.

Видео:контроллер 5000W по Супер ЦенеСкачать

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.

Видео:Контроллер электровелосипеда: Типы, функции, разъемы | EVEL.UAСкачать

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.

Читайте также: Мотор тойота рав 4 2014 года

Видео:Подробно о контроллере электро велосипеда.Скачать

Прототип на Ардуино

Под рукой у меня была Arduino UNO, и я решил собрать контроллер на её основе.

Первым делом я подал на датчики Холла питание 5 вольт от Ардуино (его достаточно для датчиков). Сигнальные провода от датчиков подключил на цифровые пины Ардуино, написав простейшую программу для считывания и обработки сигналов с датчиков.

Затем собрал Н-мост из полевых NPN-транзисторов. Подвёл к мосту независимое питание на 12 вольт. Но при отладке, чтоб убедиться в работоспособности, я подключил напрямую шесть пинов 5V из Ардуино на затворы H-моста. У большинства полевых транзисторов затвор работает на 20 вольт. Так делать нельзя, потому что Н-мост будет плохо работать и перегреваться. Но для кратковременных тестов это пойдёт. Кое-как, с сильными перегревами и страшными звуками, вибрациями и толчками колесо медленно закрутилось. Начало положено.

Видео:Свой контроллер для мотор-колесаСкачать

Мостовые драйверы

Далее предстояла работа над напряжением 20 вольт на управление затворами. Для этого существуют мостовые драйверы транзисторов, они обеспечивают стабильные импульсы в 20 вольт на затвор и высокую скорость отклика. Сначала у меня были популярные драйверы для маломощных моторов L293D.

Для управления затворами его достаточно, к тому же их очень просто использовать. Один такой драйвер может обеспечить питанием две пары ключей. Поэтому я взял две штуки L293D. Собрал контроллер с этими драйверами, и колесо начало крутиться существенно плавнее, посторонних звуков стало меньше, нагрев транзисторов уменьшился. Но при увеличении оборотов синхронизация с контроллером пропадала, появлялся посторонний звук, колесо дёргалось, вибрировало и полностью останавливалось.

В это же время я наткнулся на два варианта мостовых драйверов:

Что касается HIP4086, то это полноценный мостовой драйвер, предназначенный для трёхфазного электродвигателя. Мне он показался несколько замороченным, и мои попытки использовать его в контроллере не увенчались успехом: он у меня так и не заработал. Углублённо разбираться в причинах не стал.

А взял я IR2101 — полумостовой драйвер, обеспечивающий работу нижнего и верхнего ключей для одной фазы. Несложно догадаться, что таких драйверов нужно три. К слову, драйвер очень прост в использовании, его подключение происходит безболезненно и легко. Получилась такая схема:

Собрал контроллер с этим драйвером и запустил двигатель. Ситуация с работой электродвигателя кардинально не поменялась, симптомы остались те же, как и в случае с драйвером L293D.

Видео:Свой контроллер мотор-колеса на STM32G4Скачать

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.

Видео:Контроллер мотор колеса клона электросамоката Xiaomi m365Скачать

Прототип на базе микросхемы MC33035

Параллельно с разработкой контроллера на Ардуино я рассматривал альтернативные варианты логической части контроллера. И это привело меня к микросхеме MC33035. Это старая разработка от Motorola, сейчас её выпускает ON Semiconductor. Создана специально для мощных трёхфазных двигателей.

• Отвечает за всю логическую часть контроллера
• Считывает показания с датчиков Холла
• Определяет положения вала
• Выдаёт сигналы для затворов Н-моста на их драйверы
• Имеет возможность подключения индикатора ошибок, перегрева
• Обрабатывает и передает ШИМ-сигнал (PWM)
• Осуществляет реверс (обратный ход колеса)

Одним словом, микросхема содержит всё необходимое для управления электродвигателем. Её стоимость очень низкая: на Алиэкспрессе — около 50 рублей. Для сборки полноценного контроллера на её основе потребуется микросхема MC33035, полумостовые драйверы и Н-мост из полевых транзисторов. Я также собрал контроллер на этой микросхеме. Работает отлично, стабильно, колесо крутится как надо на различных оборотах. Но функционал микросхемы ограничен, если необходимо наворотить различные функции, вывод на дисплей скорости, одометр, расход батареи, то опять же возникает необходимость дополнительно подключить Ардуино или что-то аналогичное.

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.

Видео:Ремонт контроллера мотор колесаСкачать

Планы на будущее контроллера

Продолжая работу над контроллером, планирую сделать следующее:

• IGBT-транзисторы для H-моста вместо полевых транзисторов.
• Обвязку с защитами по току, перегреву и т. п.
• Полноценный круиз-контроль с возможностью выставлять необходимую скорость движения.
• Расходомер. Когда задаётся необходимое расстояние, а контроллер, исходя из этого значения и заряда аккумулятора, дозирует разряд аккумулятора на всём протяжении маршрута так, чтобы зарядки хватило.

🎦 Видео

Как выбрать ЭЛЕКТРОНАБОР - мощность мотор-колеса, емкость аккумулятора - ответы на вопросыСкачать