Микроконтроллерами можно производить управление мощными устройствами - лампами накаливания, нагревательными ТЭНами, даже электроприводами. Для этого используются транзисторные ключи - устройства для коммутации цепи. Это универсальные приборы, которые можно применить буквально в любой сфере деятельности - как в быту, так и в автомобильной технике.
Что такое электронный ключ?
Ключ - это, если упростить, обыкновенный выключатель. С его помощью замыкается и размыкается электрическая цепь. У биполярного транзистора имеется три вывода:
- Коллектор.
- Эмиттер.
- База.
На биполярных полупроводниках строятся электронные ключи - конструкция простая, не требует наличия большого количества элементов. При помощи переключателя осуществляется замыкание и размыкание участка цепи. Происходит это с помощью сигнала управления (который вырабатывает микроконтроллер), подаваемого на базу транзистора.
Коммутация нагрузки
Простыми схемами на транзисторных ключах можно производить коммутацию токов в интервале 0,15... 14 А, напряжений 50... 500 В. Все зависит от конкретного типа транзистора. Ключ может производить коммутацию нагрузки 5-7 кВт при помощи управляющего сигнала, мощность которого не превышает сотни милливатт.
Можно применять вместо транзисторных ключей простые электромагнитные реле. У них имеется достоинство - при работе не происходит нагрев. Но вот частота циклов включения и отключения ограничена, поэтому использовать в инверторах или импульсных блоках питания для создания синусоиды их нельзя. Но в общем принцип действия ключа на полупроводниковом транзисторе и электромагнитного реле одинаков.
Электромагнитное реле
Реле - это электромагнит, которым производится управление группой контактов. Можно провести аналогию с обычным кнопочным выключателем. Только в случае с реле усилие берется не от руки, а от магнитного поля, которое находится вокруг катушки возбуждения. Контактами можно коммутировать очень большую нагрузку - все зависит от типа электромагнитного реле. Очень большое распространение эти устройства получили в автомобильной технике - с их помощью производится включение всех мощных потребителей электроэнергии.
Это позволяет разделить все электрооборудование автомобиля на силовую часть и управляющую. Ток потребления у обмотки возбуждения реле очень маленький. А силовые контакты имеют напыление из драгоценных или полудрагоценных металлов, что исключает вероятность появления дуги. Схемы транзисторных ключей на 12 вольт можно применять вместо реле. При этом улучшается функциональность устройства - включение бесшумное, контакты не щелкают.
Выводы электромагнитного реле
Обычно в электромагнитных реле имеется 5 выводов:
- Два контакта, предназначенных для управления. К ним подключается обмотка возбуждения.
- Три контакта, предназначенных для коммутации. Один общий контакт, который нормально замкнут и нормально разомкнут с остальными.
В зависимости от того, какая схема коммутации применяется, используются группы контактов. Полевой транзисторный ключ имеет 3-4 контакта, но функционирование происходит таким же примерно образом.
Как работает электромагнитное реле
Принцип работы электромагнитного реле довольно простой:
- Обмотка через кнопку соединяется с питанием.
- В разрыв цепи питания потребителя включаются силовые контакты реле.
- При нажатии на кнопку подается питание на обмотку, происходит притягивание пластины и замыкание группы контактов.
- Подается ток на потребителя.
Примерно по такой же схеме транзисторные ключи работают - нет только группы контактов. Их функции выполняет кристалл полупроводника.
Проводимость транзисторов
Один из режимов работы транзистора - ключевой. По сути, он выполняет функции выключателя. Затрагивать схемы усилительных каскадов нет смысла, они не относятся к этому режиму работы. Полупроводниковые триоды применяются во всех типах устройств - в автомобильной технике, в быту, в промышленности. Все биполярные транзисторы могут иметь такой тип проводимости:
- P-N-P.
- N-P-N.
К первому типу относятся полупроводники, изготовленные на основе германия. Эти элементы получили широкое распространение более полувека назад. Чуть позже в качестве активного элемента начали использовать кремний, у которого проводимость обратная - n-p-n.
Принцип работы у приборов одинаков, отличаются они только лишь полярностью питающего напряжения, а также отдельными параметрами. Популярность у кремниевых полупроводников на данный момент выше, они почти полностью вытеснили германиевые. И большая часть устройств, включая транзисторные ключи, изготавливаются на биполярных кремниевых элементах с проводимостью n-p-n.
Транзистор в режиме ключа
Транзистор в режиме ключа выполняет те же функции, что и электромагнитное реле или выключатель. Ток управления протекает следующим образом:
- От микроконтроллера через переход "база - эмиттер".
- При этом канал "коллектор - эмиттер" открывается.
- Через канал "коллектор - эмиттер" можно пропустить ток, величина которого в сотни раз больше, нежели базового.
Особенность транзисторных переключателей в том, что частота коммутации намного выше, нежели у реле. Кристалл полупроводника способен за одну секунду совершить тысячи переходов из открытого состояния в закрытое и обратно. Так, скорость переключения у самых простых биполярных транзисторов - около 1 млн раз в секунду. По этой причине транзисторы используют в инверторах для создания синусоиды.
Принцип работы транзистора
Элемент работает точно так же, как и в режиме усилителя мощности. По сути, к входу подается небольшой ток управления, который усиливается в несколько сотен раз за счет того, что изменяется сопротивление между эмиттером и коллектором. Причем это сопротивление зависит от величины тока, протекающего между эмиттером и базой.
В зависимости от типа транзистора меняется цоколевка. Поэтому, если вам нужно определить выводы элемента, нужно обратиться к справочнику или даташиту. Если нет возможности обратиться к литературе, можно воспользоваться справочниками для определения выводов. Еще есть особенность у транзисторов - они могут не полностью открываться. Реле, например, могут находиться в двух состояниях - замкнутом и разомкнутом. А вот у транзистора сопротивление канала "эмиттер - коллектор" может меняться в больших пределах.
Пример работы транзистора в режиме ключа
Коэффициент усиления - это одна из основных характеристик транзистора. Именно этот параметр показывает, во сколько раз ток, протекающий по каналу "эмиттер - коллектор", выше базового. Допустим, коэффициент равен 100 (обозначается этот параметр h 21Э). Значит, если в цепь управления подается ток 1 мА (ток базы), то на переходе "коллектор - эмиттер" он будет 100 мА. Следовательно, произошло усиление входящего тока (сигнала).
При работе транзистор нагревается, поэтому он нуждается в пассивном или активном охлаждении - радиаторах и кулерах. Но нагрев происходит только в том случае, когда проход "коллектор - эмиттер" открывается не полностью. В этом случае большая мощность рассеивается - ее нужно куда-то девать, приходится «жертвовать» КПД и выпускать ее в виде тепла. Нагрев будет минимальным только в тех случаях, когда транзистор закрыт или открыт полностью.
Режим насыщения
У всех транзисторов имеется определенный порог входного значения тока. Как только произойдет достижение этого значения, коэффициент усиления перестает играть большую роль. При этом выходной ток не изменяется вообще. Напряжение на контактах "база - эмиттер" может быть выше, нежели между коллектором и эмиттером. Это состояние насыщения, транзистор открывается полностью. Режим ключа говорит о том, что транзистор работает в двух режимах - либо он полностью открыт, либо же закрыт. Когда полностью перекрывается подача тока управления, транзистор закрывается и перестает пропускать ток.
Практические конструкции
Практических схем использования транзисторов в режиме ключа очень много. Нередко их используют для включения и отключения светодиодов с целью создания спецэффектов. Принцип работы транзисторных ключей позволяет не только делать «игрушки», но и реализовывать сложные схемы управления. Но обязательно в конструкциях необходимо использовать резисторы для ограничения тока (они устанавливаются между источником управляющего сигнала и базой транзистора). А вот источником сигнала может быть что угодно - датчик, кнопочный выключатель, микроконтроллер и т. д.
Работа с микроконтроллерами
При расчете транзисторного ключа нужно учитывать все особенности работы элемента. Для того чтобы работала система управления на микроконтроллере, используются усилительные каскады на транзисторах. Проблема в том, что выходной сигнал у контроллера очень слабый, его не хватит для того, чтобы включить питание на обмотку электромагнитного реле (или же открыть переход очень мощного силового ключа). Лучше применить биполярный транзисторный ключ, которым произвести управление MOSFET-элементом.
Применяются несложные конструкции, состоящие из таких элементов:
- Биполярный транзистор.
- Резистор для ограничения входного тока.
- Электромагнитное реле.
- Источник питания 12 вольт.
Диод устанавливается параллельно обмотке реле, он необходим для того, чтобы предотвратить пробой транзистора импульсом с высоким ЭДС, который появляется в момент отключения обмотки.
Сигнал управления вырабатывается микроконтроллером, поступает на базу транзистора и усиливается. При этом происходит подача питания на обмотку электромагнитного реле - канал "коллектор - эмиттер" открывается. При замыкании силовых контактов происходит включение нагрузки. Управление транзисторным ключом происходит в полностью автоматическом режиме - участие человека практически не требуется. Главное - правильно запрограммировать микроконтроллер и подключить к нему датчики, кнопки, исполнительные устройства.
Использование транзисторов в конструкциях
Нужно изучать все требования к полупроводникам, которые собираетесь использовать в конструкции. Если планируете проводить управление обмоткой электромагнитного реле, то нужно обращать внимание на его мощность. Если она высокая, то использовать миниатюрные транзисторы типа КТ315 вряд ли получится: они не смогут обеспечить ток, необходимый для питания обмотки. Поэтому рекомендуется в силовой технике применять мощные полевые транзисторы или сборки. Ток на входе у них очень маленький, зато коэффициент усиления большой.
Не стоит применять для коммутации слабых нагрузок мощные реле: это неразумно. Обязательно используйте качественные старайтесь напряжение выбирать таким, чтобы реле работало в нормальном режиме. Если напряжение окажется слишком низким, то контакты не притянутся и не произойдет включение: величина магнитного поля окажется маленькой. Но если применить источник с большим напряжением, обмотка начнет греться, а может и вовсе выйти из строя.
Обязательно используйте в качестве буферов транзисторы малой и средней мощности при работе с микроконтроллерами, если необходимо включать мощные нагрузки. В качестве силовых устройств лучше применять MOSFET-элементы. Схема подключения к микроконтроллеру такая же, как и у биполярного элемента, но имеются небольшие отличия. Работа транзисторного ключа с использованием MOSFET-транзисторов происходит так же, как и на биполярных: сопротивление перехода может изменяться плавно, переводя элемент из открытого состояния в закрытое и обратно.
Полевые транзисторы служат опорой современной микроэлектроники. Без них не было бы ни СБИС, ни ПЛИС, ни MK. Все современные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки построены на полевых транзисторах, и достойной альтернативы им пока не видно.
На выходах портов MK находятся каскады с полевыми транзисторами. Казалось бы, что подключить к ним ещё одного полевого «тёзку» - проще простого. Однако новичок-радиолюбитель впадает в шоковое состояние, узнав, что существуют десятки разновидностей полевых транзисторов с разной структурой проводимости, разной топологией изоляции затвора, разной технологией легирования канала, разными фирменными названиями и брэндами, а также разными условными графическими изображениями на электрических схемах.
К счастью, в цифровой, импульсной и преобразовательной технике, как правило, используются полевые МДП-транзисторы с изолированным затвором, имеющие n- или -проводимость канала. Это достаточно узкий класс электронных приборов, хорошо исследованный и легко поддающийся изучению.
Для прямого сопряжения с MK подойдут те полевые транзисторы, которые имеют низкое напряжение отсечки «затвор - исток» (параметр Gate Theshold Voltage в пределах 0.5…2.5 В). Технологические достижения последнего десятилетия сделали такие транзисторы малогабаритными и дешёвыми. Мощные полевые транзисторы обычно подключаются к MK через буферные каскады.
Если сравнивать полевые и биполярные транзисторы, то выводы «база - коллектор - эмиттер» (Base - Collector - Emitter) в первом приближении эквивалентны выводам «затвор - сток - исток» (Gate - Drain - Source). Соответственно, схемы ключевых каскадов у них будут очень похожими. Из отличий - полевые транзисторы управляются напряжением, а не током. Они имеют высокое входное и низкое выходное сопротивление, что улучшает экономичность. С другой стороны, большая ёмкость перехода «затвор - исток» 100…3000 пФ снижает быстродействие, а значительный технологический разброс параметров заставляет проектировать схемы с перестраховкой и с запасом «на всякий пожарный случай».
На Рис. 2.69, а…ж и Рис. 2.70, a…r приведены схемы ключевых каскадов соответственно с одним и двумя полевыми транзисторами. На Рис. 2.71, a…r представлены варианты совместного включения полевых и биполярных транзисторов.
Таблица 2.11. Параметры полевых транзисторов
В Табл. 2.11 приведены типовые параметры полевых транзисторов разной мощности. Транзисторы с я-каналом аналогичны транзисторам структуры п-р-п, а транзисторы с -каналом - транзисторам структуры р-п-р. Только вот стрелки на условном изображении полевых транзисторов имеют направление, прямо противоположное своим биполярным аналогам.
Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (начало):
а) классический инвертирующий ключ на л-канальном транзисторе VT1. Главным параметром при выборе транзистора является напряжение отсечки затвора, которое при рабочем токе нагрузки R H не должно превышать напряжение питания MK. Резистор R3 (R1) сопротивлением 51…510 кОм ставят, чтобы транзистор VT1 был закрыт в следующих случаях: при рестарте MK, при срабатывании супервизора просадок питания, при пропадании напряжения +5 В, при переводе линии MK в Z-состояние. Резистор R3 ускоряет разряд ёмкости затвора. Резистор R2 защищает линию MK от наводок большой амплитуды через цепь затвора со стороны стока при коммутации мощных нагрузок. Он обязателен при высоких напряжениях в нагрузке и большом уровне помех. Резисторы R1, R3 допускается не ставить, если нагрузка не критична к случайным включениям. По большому счёту затвор полевого транзистора VT1 в данной схеме может «висеть в воздухе», поскольку его защищают от статического электричества внутренние диоды MK;
б) диоды VD1, VD2 ставят для защиты полевого транзистора VT1 от выбросов напряжения в индуктивной нагрузке и для снижения помех в цепи питания. Современные полевые транзисторы серии MOSFET имеют встроенные мощные диоды, аналогичные VD2. Резисторы R1, R2 можно не ставить при низких напряжениях и резистивной нагрузке;
в) гальванически изолированое включение/выключение транзистора VT1. На выходе MK генерируется ВЧ-сигнал, который выпрямляется и фильтруется элементами VD1…VD4, C3, R2. Стабилитрон VD5 защищает затвор транзистора VT1. Трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30, обмотка I содержит 15, а обмотка II - 30 витков провода ПЭВ-0.2;
г) ключ на полевом -канальном транзисторе VT1 эквивалентен ключу на биполярном транзисторе р-п-р. При ВЫСОКОМ уровне на выходе МК транзистор VT1 закрыт, а при переводе в режим входа с Z-состоянием транзистор открывается из-за наличия резистора R1\ О
О Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (окончание):
д) предохранитель FU1 срабатывает при аварийном токе в нагрузке R H ;
е) часть схемы электронного дверного звонка. Защита транзистора VT1 производится варторами RU1, RU2n конденсатором C1. Индикатор прихода гостей - светодиод HL1\
ж) диод VD1 защищает линию МК от высокого напряжения при пробое транзистора VT1 и от наведенных помех при наличие мощной индуктивной нагрузки R H .
а) последовательное включение n- и -канальных транзисторов VT1, VT2 для коммутации «высоковольтной» нагрузки R H . Диод VD1 ускоряет разряд ёмкости затвора транзистора VT1\
б) параллельное включение двух полевых транзисторов для увеличения тока нагрузки;
в) DA1 - это специализированный драйвер (фирма International Rectifier), обслуживающий мощные полевые транзисторы VT1, VT2 (ток до 1.5 А). Диод VD1 повышает надёжность; О
О Рис. 2.70. Схемы подключения двух полевых транзисторов к MK (окончание):
г) преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное напряжение 220 В (DC/AC). Двухтактный каскад на транзисторах K77, VT2 управляется буферной логической микросхемой DD1. Сигналы с выходов МК должны быть противофазными, но с небольшой «бестоковой» паузой, равной 10% от длительности периода (для устранения сквозныхтоков и повышения КПД). Конденсатор С/ компенсирует реактивность обмотки трансформатора T1 и приближает форму выходного сигнала 50 Гц к синусоиде.
Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK
а) буферный биполярный транзистор VT1 управляет мощным полевым транзистором VT2. Подбором резистора R4 можно уменьшить выбросы напряжения на стоке транзистора VT2, возникающие в момент переключения сигнала;
б) биполярный ключ на транзисторе VT1 (возможная замена KT503) ускоряет разряд ёмкости затвора мощного полевого транзистора VT2. Конденсатор C1 увеличивает крутизну фронта сигнала, поступающего с выхода MK. Резистор R1 обеспечивает открытое состояние транзистора VT1 и закрытое состояние транзистора VT2 при рестарте MK; О
О Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK
(окончание):
в) резисторы R1, R2 одновременно не дают «висеть в воздухе» базе транзистора VT1 и затвору транзистора VT2npu рестарте MK;
г) маломощный биполярный транзистор VT1, как правило, дешевле полевого аналога, а полевой транзистор VT2 обеспечивает более низкое падение напряжения в открытом состоянии, чем биполярный аналог.
Всё более популярная тема создания электромобилей, постепенно вытесняет обычные бензиновые. Действительно, электромобиль гораздо проще в изготовлении, управлении и эксплуатации. К тому же ещё немаловажное достоинство - это экологичность. В данной статье мы и попытаемся рассмотреть вопрос самостоятельного изготовления электромобиля своими руками.
Но есть два узла, сборка которых вызывает некоторые трудности, особенно у неподготовленных радиолюбителей. Речь идёт об узле регулировки скорости двигателя и зарядном устройстве для мощных, как правило литий - ионных аккумуляторов. Сложность здесь заключается в значительных токах - более 50А. Ведь для легкового электромобиля нужен электродвигатель мощностью около 5 - 20 кВт. Различные микро - и ШИМ контроллеры применяемые в заводских моделях электромобилей слишком сложны в изготовлении и настройке, а простые схемы на КРЕНках никак не выдержат такие токи. Ниже предлагается несложные в сборке схемы регулятора и ЗУ подходящие для тех, кто хочет собрать электромобиль своими руками.
Основой данного регулятора скорости вращения от нуля до максимума, используется импульсная схема с изменением ширины прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку двигателя. Генератором и формирователем импульсов является микросхема HEF4069, причём желательно с индексом UB, имеющая полевые ключи на выходе логических элементов, раскачивающие Н - канальные мосфеты.
С выхода инверторов, сигнал управляет тремя запараллелеными полевыми транзисторами IRF540 или другими аналогичными с током более 25А. К стоку их, подключен двигатель постоянного тока мощностью несколько киловатт. Паралельно ему установлен диод, для защиты полевиков от обратных полуволн отрицательного напряжения возникающих в процессе работы.
Ещё одним узлом с большими коммутируемыми токами является блок ЗУ для аккумулятора. Как известно в электромобилях стоят аккумуляторы с напряжением 12 - 200В (в зависимости от модели) и ёмкостью в пределах 100 - 500А. Значит заряжать их нужно током около 10 - 50А. Можно реализовать эту функцию на классическом транзисторном стабилизаторе с тремя мощными биполярными транзисторами MJ15003 включенными в параллель.
А можно и на специализированной миросхеме L200, специально предназначенной для использования в стабилизаторах.
Так как максимальный выходной ток миросхемы L200 составляет 10 А, умощним микросхему так-же тремя параллельно включенными транзисторами MJ15004.
Думаю нет необходимости говорить о том, что радиаторы обязательны, причём очень большие радиаторы - рассеиваемая на них мощность может достигать сотни ватт. Эта схема может выдать ток до 40А при входном напряжении 35В. При выборе трансформатора и выпрямителя - лучше всего брать входное напряжение стабилизатора на 10-15В больше выходного. Электролитический конденсатор фильтра должен быть где то 10000 - 40000мф 50В. Аккумуляторы заряжаются таким зарядным устройством током, равным 10 - 20% от номинальной емкости литий - ионных аккумуляторов, примерно за ночь. Можно установить для электромобиля и батарею составленную из обычных свинцовых аккумуляторов, на опытных образцах это позволяло проехать на одной зарядке около 50 км со скоростью до 100 км/ч.
Это приблизительный вид электрооборудования и соединения всех электроузлов.
Конструкция электромобиля может иметь произвольный вид и все элементы располагаются в любом удобном месте корпуса авто. Аккумуляторы, с целью устойчивости электромобиля, обычно расположены в днище машины.
Детский Электромобиль своими руками Бессонова
(информация предоставлена автором Бессоновым Вячеславом Федоровичем)
Статья: Токмаков Н.М.
Довольно рациональный детский электромобиль создал Вячеслав Бессонов, 58 лет из Московской области.
Основой является рама из труб прямоугольного сечения 40х25 мм. Колеса 250 мм. от садовой тележки. Задняя ось калиброванный пруток 20 мм вращается в подшиниках 204. Передний мост самодельный по материалам "Моделист-конструктор" статья "Пионер"- карт для начинающих. Трапеция сделана из элементов дверного доводчика. Рулевая колонка весьма оригинальна.Для задних фонарей использованы блоки от грузовых автомобилей, несколько обрезанные по длине.
Рулевая колонка сделана из трубы диаметром 18 мм и с двух сторон приварены шпильки с резьбой диаметром 12 мм. Опора для рулевой колонки является гайка приваренная к уголку, который на болтах прикреплен к передней балке. Гайка с одной стороны позволяет легко крутится в ней рулевой колонке, а с другой удерживает колонку от вертикального перемещения. Небольшое перемещение рулевой колонки на одну нитку резьбы не влияет на рулевой механизм.
Двигателем является блок из трех электродвигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Электродвигатели предназначены для охлаждения радиатора Газели или Волги, с током 30 ампер, напряжение 12 вольт каждый. Общая мощность составляет порядка 750-1000 Вт. Были испробованы разные схемы соединения двигателей. Каждый вариант был связан с потерей мощности. Соединение валов электродвигателей в один вал решило проблему потери мощности.
В двух моторах на задних крышках по центру просверливались отверстия. В задних выступы осей этих моторов по центру сделаны резаком (болгаркой) прорези на глубину порядка 5-7 мм. На этот хвостовик первого мотора надевалась трубка внутри которой располагалась пластина входящая в прорезь. Также на второй конец трубки с пластиной насаживался второй мотор и сами моторы фиксировались 8 мм гайками на основании состоящей из 3 осей. Третий мотор устанавливался лицом к лицу к второму мотору через надетую на валы трубку и зафиксированной шпильками из пружинного провода. И также посредством гаек достигалась соосность валов моторов. В результате получился двигатель состоящий из трех моторов соединенных между собой. Посредством велосипедной цепи крутящийся момент с понижением оборотов примерно в 3 раза передается на велосипедную втулку SHIMANO Nexus Inter 8 (Inter 8 Rоллер)Шимано. Затем также цепью передается вращение на заднее левое колесо. На втулке Шимано вместо роллерного тормоза установлена маленькая звездочка и передача осуществляется на ведомую звездочку установленную непосредственно на задней оси электромобиля. Ведущее колесо одно, но этого достаточно для езды по асфальтовым дорогам.. Для натяжения цепей, втулка размещена на уголках с прорезями и натяжным винтом.
Требует пояснения что такое втулка Shimano. Это велосипедная втулка заднего колеса велосипеда со встроенным переключателем скоростей. Переключение осуществляется рычогом-шифтером, аналогично тому как это делается на старых спортивных велосипедах, т.е. с помощью тросика.
Дисковый тормоз сделан из колодок от ВАЗ, но только на ведущее колесо.
Пока нет задней скорости, так как во втулке Шимано стоит обгонная муфта и не решен пока вопрос о ее блокировании. Тормоз на одно заднее колесо не очень эффективен при экстренном торможении.
Управление двигателем осуществляется посредством переделанного блока Мастер Кит NM4511.
На рисунке оригинальный блок до переделки. Установлено 4 спаренных выходных полевых транзистора. Выходные транзисторы установлены на радиаторе процессора с вентилятором охлаждения. В качестве переменного сопротивления управления газом использовался спаренный блок сопротивлений по 100 ком. Поворот стержня сопротивления осуществляется леской, намотанной на специальный шкив. Весь механизм установлен в моторном отсеке. Передача усилия с педали осуществляется тросом.
Для движения задним ходом используются 4 реле (Rel1, Rel2, Rel3, Rel4) меняющие полярность подключения двигателя. Реле подключены попарно параллельно. Это связано с переключением больших токовых нагрузок и с этой целью реле включены параллельно. При отказе от задней скорости можно не применять указанные реле. Однако в настоящее время задняя скорость отсутствует, так как во втулке Шимано стоит обгонная муфта и пока не решен вопрос о ее блокировании.
Подключение каждого мотора осуществляется через реле(Rel5, Rel6, Rel7). Реле второго и третьего мотора включаются через тумблеры, позволяющие электромобилю работать на 1, на 2 и на 3 моторах. Это, на мой взгляд, продиктовано следующим. Автомобильчик рассчитан на разных категорий водителей, поэтому для начинающих включается один мотор, потом два и три. Реле R8/1 и R8/2 включаются при полностью нажатом газе и напрямую подключают питание аккумуляторов на двигатель, минуя электронный регулятор. Это позволяет частично снять нагрузку на выходные транзисторы при большом токе.
Для управления переключением скоростей применен Шифтер SHIMANO (ДисплэйБрэйк) одноходовой TAP FIRE с аналоговым дисплеем. Переключается кнопками под большой палец. Переключатель установлен под рулем электромобиля. Кстати, руль самодельный из 188 мм трубы, одет резиновый шланг и обмотан изолентой.
Электромобиль построен для использования одного или двух соединенных в параллель автомобильных аккумулятора. Оптимально планируется использовать морские аккумуляторы глубокого разряда. Несколько слов о педалях: На первом варианте этой машины педаль тормоза была сделана как на промышленных картингах под левую ногу. Практика эксплуатации предыдущего электромобиля показала, что дети начинают тормозить левой ногой не отпуская правую с педали газа, что приводит к перегрузкам двигателя и потере энергии. В настоящем варианте электромобиле педаль тормоза установлена как и в настоящих, больших автомобилях. И педаль тормоза, и педаль газа установлены под правую ногу, чтобы дети могли уже на этой стадии привыкать к правильному расположению педалей. В дальнейшем им эти навыки пригодятся. При отпускании педали газа двигатели обесточиваются
Электромобиль прошел реальный испытание. Основными испытателями были внуки Вячеслава Федоровича- Антон и Ярослав. Вес порядка 32 кг. Летает вокруг дома уже на 6 скорости. На первой ездит с дедом (88 кг) плюс на багажнике еще два внука (32 кг + 20 кг). Правда идет приличный разряд аккумуляторов. Скорость электромобиля рассчитывалась от 10 до 30 км в час. Спидометр пока еще не устанавливал. На низких скоростях, если резко газ в пол, то даже буксует ведущее колесо. Переключение передач четкое, но старались при переключении сбрасывать газ.
ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ СВОИМИ РУКАМИ
Всё более популярная тема создания электромобилей, постепенно вытесняет обычные бензиновые. Действительно, электромобиль гораздо проще в изготовлении, управлении и эксплуатации. К тому же ещё немаловажное достоинство - это экологичность. В данной статье мы и попытаемся рассмотреть вопрос самостоятельного изготовления электромобиля своими руками.
Но есть два узла, сборка которых вызывает некоторые трудности, особенно у неподготовленных радиолюбителей. Речь идёт об узле регулировки скорости двигателя и зарядном устройстве для мощных, как правило литий - ионных аккумуляторов. Сложность здесь заключается в значительных токах - более 50А. Ведь для легкового электромобиля нужен электродвигатель мощностью около 5 - 20 кВт. Различные микро - и ШИМ контроллеры применяемые в заводских моделях электромобилей слишком сложны в изготовлении и настройке, а простые схемы на КРЕНках никак не выдержат такие токи. Ниже предлагается несложные в сборке схемы регулятора и ЗУ подходящие для тех, кто хочет собрать электромобиль своими руками .
Основой данного регулятора скорости вращения от нуля до максимума, используется импульсная схема с изменением ширины прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на обмотку двигателя. Генератором и формирователем импульсов является микросхема HEF4069, причём желательно с индексом UB, имеющая полевые ключи на выходе логических элементов, раскачивающие Н - канальные мосфеты.
С выхода инверторов, сигнал управляет тремя запараллелеными полевыми транзисторами IRF540 или другими аналогичными с током более 25А. К стоку их, подключен двигатель постоянного тока мощностью несколько киловатт. Параллельно ему установлен диод, для защиты полевиков от обратных полуволн отрицательного напряжения возникающих в процессе работы.
Ещё одним узлом с большими коммутируемыми токами является блок ЗУ для аккумулятора. Как известно в электромобилях стоят аккумуляторы с напряжением 12 - 200 В (в зависимости от модели) и ёмкостью в пределах 100 - 500 А. Значит заряжать их нужно током около 10 - 50 А. Можно реализовать эту функцию на классическом транзисторном стабилизаторе с тремя мощными биполярными транзисторами MJ15003 включенными в параллель. Более совершенный вариант схемы смотрим
А можно и на специализированной микросхеме L200, специально предназначенной для использования в стабилизаторах.
Так как максимальный выходной ток микросхемы L200 составляет 10 А, умощним микросхему так-же тремя параллельно включенными транзисторами MJ15004.
Думаю нет необходимости говорить о том, что радиаторы обязательны, причём очень большие радиаторы - рассеиваемая на них мощность может достигать сотни ватт. Эта схема может выдать ток до 40 А при входном напряжении 35 В. При выборе трансформатора и выпрямителя - лучше всего брать входное напряжение стабилизатора на 10-15 В больше выходного. Электролитический конденсатор фильтра должен быть где то 10000 - 40000 мкф 50 В. Аккумуляторы заряжаются таким зарядным устройством током, равным 10 - 20% от номинальной емкости литий - ионных аккумуляторов, примерно за ночь. Можно установить для электромобиля и батарею составленную из обычных свинцовых аккумуляторов, на опытных образцах это позволяло проехать на одной зарядке около 50 км со скоростью до 100 км/ч.