O artigo apresenta um projeto simples de circuito de patinete elétrico que também pode ser modificado para fazer um auto-riquixá elétrico. A ideia foi solicitada pelo Sr. Steve.
O Pedido de Circuito
Tive a sorte de encontrar seu blog, coisas realmente incríveis que você conseguiu projetar.
Estou procurando um DC para DC Step Up e Controlador para Motor de Scooter Elétrico
Entrada: Bateria SLA (ácido de chumbo selado) 12V, que é carregada com ~13,5V
tensão mínima – cortada em ~ 10,5V
Saída: motor 60V DC 1000W.
Você já se deparou com um circuito assim?
Eu posso imaginar que será do tipo push-pull, mas não tenho idéia dos tipos de mosfets (dê a potência 80-100A), acionando-os, depois o transformador, o tipo de núcleo e depois os diodos.
Além da tensão mínima cortada para limitar o ciclo de trabalho do PWM.
Encontrei mais algumas informações. O motor é trifásico sem escovas com sensores hall.
Existem duas maneiras de abordá-lo, a/ deixar o controlador existente no lugar e apenas aumentar 12V para 60V ou b/ substituir o controlador também.
Não haverá diferença na eficiência de energia, o controlador simplesmente alterna qual fase recebe corrente com base nos sensores do hall. Portanto, mantendo o plano a.
Muito obrigado,
Steve
O design
Hoje, fazer um veículo elétrico é muito mais fácil do que antigamente, e isso se tornou possível devido a dois elementos principais no design, a saber, os motores BLDC e as baterias Li-ion ou Li-polímero.
Esses dois membros ultra eficientes permitiram fundamentalmente que o conceito de veículos elétricos se tornasse uma realidade e praticamente viável.
Por que BLDC Motor
O motor BLDC ou motor brushless é eficiente porque foi projetado para funcionar sem contatos físicos, exceto os rolamentos de esferas do eixo.
Nos motores BLDC o rotor gira apenas por força magnética tornando o sistema extremamente eficiente, ao contrário dos motores escovados anteriores que tinham seus rotores ligados à fonte de alimentação através de escovas, causando muito atrito, faíscas e desgaste no sistema.
Por que bateria de íon de lítio
Em linhas semelhantes, com o advento das baterias de íons de lítio muito atualizadas e as baterias Lipo, hoje, obter eletricidade a partir de baterias não é mais considerado um conceito ineficiente.
Anteriormente, tínhamos apenas baterias de chumbo-ácido à nossa disposição para todos os sistemas de backup CC que apresentavam duas grandes desvantagens: essas contrapartes precisavam de muito tempo para carregar, possuíam taxa de descarga restrita, vida útil menor e eram volumosas e pesadas, tudo isso apenas adicionando à sua natureza ineficiente de trabalho.
Ao contrário disso, as baterias Li-ion ou Li-po são mais leves, compactas, carregáveis rapidamente em altas taxas de corrente e são descarregáveis em qualquer taxa de corrente alta desejada, têm maior vida útil, são do tipo SMF, todos esses recursos os tornam os candidato certo para aplicações como scooters elétricos, riquixás elétricos, drones quadcopter etc.
Embora os motores BLDC sejam extremamente eficientes, eles exigem ICs especializados para acionar suas bobinas do estator, hoje temos muitos fabricantes produzindo esses módulos IC exclusivos de próxima geração que não apenas fazem a função básica de operar esses motores, mas também são especificados com muitos características, tais como: controle de malha aberta PWM, controle de malha fechada assistida por sensor, múltiplas proteções à prova de falhas, controle reverso/avançado do motor, controle de frenagem e uma infinidade de outros recursos integrados de última geração.
Usando um circuito de driver BLDC
Eu já discuti um desses chips excelentes no meu post anterior, projetado especificamente para lidar com motores BLDC de alta potência, é o IC MC33035 da Motorola.
Vamos aprender como este módulo pode ser implementado de forma eficaz para fazer uma scooter elétrica ou um riquixá elétrico, diretamente em sua casa.
Não vou discutir os detalhes mecânicos do veículo, mas apenas o circuito elétrico e os detalhes da fiação do sistema.
Diagrama de circuito
Lista de peças
Todos os resistores, incluindo Rt, mas excluindo Rs e R = 4k7, 1/4 watt
Ct = 10nF
Potenciômetro de velocidade = 10K Linear
BJTs de potência superior = TIP147
Mosfets Inferiores = IRF540
Rs = 0,1/máxima capacidade de corrente do estator
R = 1K
C = 0,1uF
A figura acima mostra um driver de motor DC trifásico sem escova de alta potência e completo IC MC33035 que se torna perfeitamente adequado para a aplicação de scooter elétrica ou riquixá elétrica proposta.
O dispositivo tem todos os recursos básicos que podem ser esperados nesses veículos e, se necessário, o IC pode ser aprimorado com recursos avançados adicionais por meio de muitas configurações alternativas possíveis.
Os recursos avançados tornam-se especificamente possíveis quando o chip é configurado em um modo de loop fechado, no entanto, a aplicação discutida é uma configuração de loop aberto que é uma configuração mais preferida, pois é muito simples de configurar e ainda é capaz de atender a todos os recursos necessários que pode ser esperado em um veículo elétrico.
Já discutimos as funções de pinagem deste chip no capítulo anterior, vamos resumir o mesmo e também entender como exatamente o IC acima pode ser necessário para implementar as várias operações envolvidas em um veículo elétrico.
Como funciona o CI
A seção sombreada em verde é o próprio MC 33035 IC que mostra todos os circuitos sofisticados embutidos dentro do chip e o que o torna tão avançado com seu desempenho.
A parte sombreada em amarelo é o motor, que inclui um estator trifásico indicado pelas três bobinas na configuração “Delta”, o rotor circular indicado com os ímãs polares N/S e três sensores de efeito Hall na parte superior.
Os sinais dos três sensores de efeito Hall são alimentados nos pinos 4, 5, 6 do IC para processamento interno e geração da sequência de comutação de saída correspondente através dos dispositivos de potência de saída conectados.
Funções de pinagem e controles
Os pinos 2, 1 e 24 controlam os dispositivos de potência superior configurados externamente, enquanto os pinos 19, 20, 21 são atribuídos para controlar os dispositivos de potência de série inferior complementares. que juntos controlam o motor automotivo BLDC conectado de acordo com os vários comandos alimentados.
Como o IC está configurado em modo de malha aberta, ele deve ser ativado e controlado por meio de sinais PWM externos, cujo ciclo de trabalho deve determinar a velocidade do motor.
No entanto, este IC inteligente não requer um circuito externo para gerar os PWMs, mas é manipulado por um oscilador embutido e alguns circuitos de amplificadores de erro.
Os componentes Rt e Ct são selecionados adequadamente para gerar a frequência (20 a 30 kHz) para os PWMs, que são alimentados no pino 10 do IC para processamento adicional.
O acima é feito através de uma tensão de alimentação de 5V gerada pelo próprio CI no pino 8, esta alimentação é usada simultaneamente para alimentar os dispositivos de efeito Hall, parece que tudo é feito precisamente aqui …. nada é desperdiçado.
A parte sombreada em vermelho forma a seção de controle de velocidade da configuração, como pode ser visto é feita simplesmente usando um único potenciômetro comum….empurrando-o para cima aumenta a velocidade e vice-versa. Isso, por sua vez, é possível através dos ciclos de trabalho PWM correspondentes em todo o pino nº 10, 11, 12, 13.
O potenciômetro pode ser convertido em um circuito de montagem LDR/LED, para obter um controle de velocidade do pedal sem atrito no veículo.
Pin#3 é para determinar a direção para frente, reversa da rotação do motor, ou melhor, a direção da scooter ou do riquixá. Isso implica que agora sua scooter elétrica ou seu riquixá elétrico terão a facilidade de voltar atrás…. imagine um veículo de duas rodas com uma facilidade reversa, …..interessante?
Pin#3 pode ser visto com uma chave, fechar esta chave torna o pino 3 para o terra permitindo um movimento “para frente” para o motor, enquanto abri-lo faz com que o motor gire na direção oposta (o pino 3 tem um resistor interno de pull up, então abrir a chave não causa nada prejudicial ao IC).
Igualmente, a chave do pino 22 seleciona a resposta do sinal de mudança de fase do motor conectado, esta chave precisa ser ligada ou desligada apropriadamente com referência às especificações do motor, se um motor em fase de 60 graus for usado, a chave precisa permanecer fechada , e aberto para um motor faseado de 120 graus.
Pino nº 16 é o pino de aterramento do IC e precisa ser conectado à linha negativa da bateria e/ou à linha de aterramento comum associada ao sistema.
Pino nº 17 é o Vcc, ou o pino de entrada positivo, este pino precisa ser conectado a uma tensão de alimentação entre 10V e 30V, sendo 10V o valor mínimo e 30V o limite máximo de ruptura para o IC.
Pino nº 17 pode ser integrado com o “Vm” ou a linha de alimentação do motor se as especificações de alimentação do motor corresponderem às especificações do IC Vcc, caso contrário, o pino 17 pode ser fornecido a partir de um estágio separado do regulador de redução.
Pin#7 é a pinagem “habilitada” do IC, este pino pode ser visto terminado em terra através de um interruptor, desde que esteja ligado e o pino #7 permaneça aterrado, o motor pode permanecer ativado, quando desligado, o motor é desabilitado, fazendo com que o motor pare por inércia até que finalmente pare. O modo de inércia pode parar rapidamente se o motor ou o veículo estiver sob alguma carga.
Pin#23 é atribuído com a capacidade de “frenagem” e faz com que o motor pare e pare quase instantaneamente quando o interruptor associado é aberto. O motor pode funcionar normalmente desde que esta chave seja mantida fechada e o pino 7 seja mantido aterrado.
Eu recomendaria agrupar o interruptor no pino 7 (ativar) e no pino 23 (freio) juntos para que eles sejam alternados com uma ação dupla e, juntos, isso provavelmente ajudaria a “matar” a rotação do motor de forma eficaz e coletiva e também permitem que o motor funcione com um sinal combinado das duas pontas.
“Rs” forma o resistor sensor responsável por verificar as condições de sobrecarga ou sobrecorrente do motor, nessas situações. a condição de “falha” é acionada instantaneamente desligando o motor imediatamente e o IC entrando em modo de bloqueio internamente. A condição permanece neste modo até que a falha seja corrigida e a normalidade seja restaurada.
Isso conclui a explicação detalhada sobre as várias pinagens das pinagens do módulo de controle de scooter/riquixá elétrica propostas. Ele só precisa ser implementado corretamente de acordo com as informações de conexão mostradas no diagrama para implementar com sucesso e segurança as operações do veículo.
Além disso, o IC MC33035 também inclui alguns recursos de proteção embutidos, como bloqueio de subtensão, que garante que o veículo seja desligado se o IC for inibido da tensão de alimentação mínima necessária, e também uma proteção de sobrecarga térmica garantindo que o IC nunca funciona com temperaturas excessivas.
Como conectar a bateria (fonte de alimentação)
De acordo com a solicitação, o veículo elétrico é especificado para trabalhar com uma entrada de 60V e o usuário solicita um conversor boost para adquirir esse nível mais alto de tensão de uma bateria menor de 12V ou 24V.
No entanto, adicionar um conversor boost pode tornar o circuito desnecessariamente mais complexo e pode aumentar uma possível ineficiência. A melhor ideia é usar 5nos de baterias de 12V em série. Para tempo de backup e corrente suficientes para o motor de 1000 watts, cada bateria pode ser classificada em 25AH ou mais.
A fiação das baterias pode ser implementada consultando os seguintes detalhes de conexão:
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
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