Т.к. коллекторные двигатели и соответствующие контроллеры для электровелосипедов уже практически не применяются, в этой статье будут рассматриваться контроллеры для бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC, PMSM). Такие контроллеры получили широчайшее распространение и контроллер для электровелосипеда купить проще простого.
Итак, зачем нужен контроллер? Во-первых он нужен для того чтобы электродвигатель, как внешний, так и мотор-колесо (далее МК) в принципе мог запуститься. Ведь у батареи два полюса – «плюс» и «минус», а у МК три фазных провода, и подключить, напрямую не получится. Контроллер создает вращающееся магнитное поле в обмотке статора, получая обратную связь о положении ротора либо по датчикам Холла, либо по противо-ЭДС (при управлении двигателями без датчиков). Во-вторых, контроллер обеспечивает управление двигателем: позволяет регулировать скорость вращения электродвигателя, обеспечивает торможение двигателем (рекуперация). Контроллер работает по принципу понижающего преобразователя, и благодаря этому, фазный ток, протекающий по обмоткам электродвигателя, может значительно превышать батарейный ток, протекающий от батареи до контроллера. Именно контроллер определяет мощность, поступающую в электродвигатель, если у Вас есть МК номинальной мощностью 1кВт, то при «правильном» контроллере возможно кратковременно «вкачивать» до 2-2,5кВт мощности, при постоянном контроле температуры, разумеется.
Схема контроллера электровелосипеда
Обычно контроллер представляет собой алюминиевую коробочку с пучком цветных проводов. Иногда контроллер устанавливается в специальный бокс для контроллера электровелосипеда для защиты от внешней среды и с эстетической точки зрения. Схема контроллера электровелосипеда обобщенно выглядит так: внутри контроллера находится его сердце – управляющий микроконтроллер, понижающие преобразователи на 12В и 5В для питания микроконтроллера и периферии (ручки газа, датчиков Холла в МК) и силовые элементы – транзисторы, конденсаторы, токоизмерительные шунты.
Подключение контроллера электровелосипеда
С подключением контроллера электровелосипеда обычно не возникает проблем, но если Вы делаете это в первый раз, то вас может отпугнуть обилие разноцветных проводов. Если Вы купили комплект контроллер + мотор-колесо, то их разъемы должны совпадать, если нет, то общий принцип такой: толстые черный» -» и красный» +» провода подключаются к батарее (не перепутайте полярность!); три толстых провода, обычно синий + зеленый + желтый подключаются к соответствующим фазным проводам трехфазного электродвигателя; пучок из 5 тонких проводков черный + красный + синий + зеленый + желтый (питание и сигналы датчиков Холла) подключаются к соответствующим проводам МК; одиночный тонкий красный провод – «зажигание», при замыкании этого провода на» +» батареи контроллер включается; три провода черный + красный + зеленый (иногда белый) это ручка газа; с остальными проводами четкой системы уже нет, они могут быть различных цветов. В момент подключения контроллера к батарее может возникнуть «искра», даже могут подгореть разъемы, не пугайтесь, это заряжаются входные конденсаторы контроллера. Избежать этого можно кратковременно соединив контроллер и батарею через резистор в несколько десятков Ом или используя автомобильную лампочку, после зарядки конденсаторов можно будет соединить их напрямую.
Типы контроллеров для электровелосипедов
и электроскутеров
По типу обратной связи с двигателем контроллеры подразделяются на: предназначенные для работы с датчиками Холла; предназначенные для работы без датчиков; универсальные, способные работать как с датчиками Холла, так и без.
Контроллеры различаются по форме выходного сигнала: одни создают сигналы прямоугольной формы (так называемый меандр, такие контроллеры обычно дешевле),
другие могут создавать чистую синусоиду. Существует и промежуточный вариант «модифицированная синусоида», можно сказать сглаженный меандр, но такие контроллеры не пользуются популярностью.
При использовании меандровых контроллеров Вы получите немного большую скорость вращения, чем при использовании синусных, но за это придется расплачиваться повышенным шумом двигателя, возникающем из-за микровибрации обмоток двигателя под действием сигнала такой формы. При использовании синусного контроллера Вы будете наслаждаться тишиной, но немного потеряете в максимальной скорости при таком же напряжении батареи.
Контроллеры могут по-разному реагировать на сигналы ручки газа, в одних вы управляете скоростью, в других мощностью, или даже крутящим моментом.
Как выбрать контроллер для электровелосипеда?
На контроллере, как правило, имеется маркировка с основными его параметрами: номинальное рабочее напряжение, максимальный батарейный ток, иногда указывается номинальная мощность электродвигателя для которого этот контроллер предназначен. Например, если на контроллере имеется вот такая маркировка,
то это означает, что этот контроллер для бесщеточного электродвигателя номинальной мощностью 350Вт, предназначен для подключения к батарее номинальным напряжением 36В (максимальное напряжение около 44В); минимальное напряжение батареи, при котором контроллер отключится 31,5В; максимальный батарейный ток 25А. Датчики Холла должны быть расположены в электродвигателе через 60, либо 120 электрических градусов. Чтобы определить мощность контроллера нужно умножить максимальное напряжение на максимальную силу тока, в результате получим максимальную мощность контроллера, т.е. 44В*25А=1100Вт. Разброс по мощности контроллеров очень широк, для электровелосипедов обычно применяются контроллеры номинальной мощностью от 350-2кВт, для электроскутеров 1-4кВт, электромотоциклов 5-10кВт, электромобилей 10-50кВт и более.
Контроллер, предназначенный для работы с 36В батареей нельзя подключать к более высоковольтным батареям, сначала нужно вскрыть контроллер и убедиться, что установленные внутри силовые транзисторы и конденсаторы рассчитаны на такое напряжение, также может потребоваться замена резистора в делителе напряжения. Так что без опыта работы с паяльником лучше не экспериментировать. Существуют универсальные контроллеры с широким диапазоном входного напряжения, например 48-72В, или даже 24-100В.
Программируемые контроллеры и их функции
Все большую популярность набирают программируемые контроллеры, они соединяются с компьютером при помощи кабеля или со смартфоном/планшетом при помощи Bluetooth и, в зависимости от модели, позволяют изменять различные параметры: от величины батарейного и фазного токов до углов опережения фаз и ослабления поля.
При выборе контроллера стоит обратить внимание на наличие дополнительных функций: функция заднего хода, рекуперация, отдельный выход для питания фары и стоп-сигнала, наличие режимов выбора скорости / мощности, круиз-контроль и т.д.
Как купить подходящий контроллер для электровелосипеда или электроскутера?
Выбор контроллеров в настоящее время позволяет не бросаться на первые обнаруженные модели в интернете, а выбрать действительно именно то, что нужно. В отличие от обычных интернет-магазинов, предлагающих контроллеры есть продвинутые мастерские, позволяющие дополнительно вывести провода из контроллера под необходимые вам функции. Большинство печатных плат контроллеров имеют максимальный функционал, но изначально при поставке он выводится не весь. Допустим, может быть отключена рекуперация или не выведен задний ход или круиз-контроль. Эти и многие другие функции можно вывести сразу при покупке контроллера по приемлемой цене. В дополнение можно сказать, что существуют различные ценовые линейки контроллеров. В Москве представлены контроллеры, начиная от контроллеров для внутреннего Китайского рынка выполненные по схеме дешево и сердито, предназначенные для того чтобы ехать, они как в основном двух режимные, способные работать как с датчиками Холла, так и без них. Далее идут экспорные китайские контроллеры с подключаемыми дисплеями и беспроводным управлением и немецкие и американские контроллеры, представляющие линейку дорогих контроллеров электровелосипедов.