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.

Схема назначения разъёмов контроллеров типа «стандарт», для мотор колёс, с напряжением 24, 36, 48v и мощностью 250 – 1000 ватт.

На фото слева-направо:

1. Подключение датчиков управления мотор колесом.

2. Подключение одной из ручек тормоза (любой).

3. Подключение велокомпьютера.

4. Подключение второй ручки тормоза (любой).

5. Подключение ручки газа.

6. Подключение питания контроллера от аккумулятора.

7. Подключение системы PAS.

8. Подключение кнопки ограничения скорости.

9. Подключение силовых проводов мотор колеса.

схема подключения к контроллеру стандарт

Примечания:

— Если ручки тормозов не подключены, это не влияет на работу мотор колеса, но отключаться в этом случае, оно будет только при сбросе газа.

— Отсутствие велокомпьютера не влияет на работоспособность комплекта. Если велокомпьютер не установлен, то провод зелёного цвета, выходящий отдельно из жгута проводов от ручек газа типов Z-2, Z-3, Z-8 следует вынуть из фишки и соединить с красным проводом разъёма №3 на контроллере. Это даст возможность следить за уровнем заряда аккумуляторов на индикаторе ручки газа.

— В разъёме №6, более тонкий провод красного цвета предназначен для подключения к замку зажигания. Если замок зажигания не используется, этот провод следует соединить с более толстым проводом красного цвета (соединить оба красных провода в разъёме №6)

— Если система PAS не подключена, это не влияет на работу комплекта.

— Если кнопка ограничения скорости не устанавливается, на контроллерах серии «стандарт», разъём №8, можно реализовать один из двух вариантов скорости: с ограничением – при разомкнутых проводах белого цвета в разъёме №8; без ограничения – при соединённых проводах белого цвета в разъёме №8.

— Силовые провода мотор колеса должны подключаться к проводам и изоляцией такого же цвета на контроллере.

Контроллер для электровелосипеда и электроскутера

Контроллер управления для бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC, PMSM) – это важное звено в системе электрокомпонентов. Без контроллера электродвигатель не сможет даже запуститься, не говоря о его полноценной работе. Аккумуляторная батарея имеет 2 полюса – положительный и отрицательный, а мотор-колесо – 3 фазных провода. Поэтому подключить аккумулятор и двигатель напрямую невозможно. Для этого используется дополнительное звено – контроллер управления.

Выполняемые функции

Именно контроллер формирует в обмотке статора мотор-колеса вращающееся магнитное поле и получает ответные сигналы о позиции ротора. Сигналы поступают от датчиков Холла, а при управлении моторами без датчиков позиция роторов определяется по противо-ЭДС.

К тому же, контроллер управляет электродвигателем:

• позволяет менять скорость движения – при смене положения ручки газа меняется число импульсов напряжения, подаваемых за секунду на обмотки, и вращение колеса ускоряется или замедляется;
• обеспечивает рекуперацию энергии при торможении двигателем.

Контроллер выступает в роли понижающего преобразователя, поэтому проходящий по обмоткам мотора фазный ток может быть гораздо выше батарейного тока, поступающего от АКБ к контроллеру. Именно от него зависит мощность, поступающая на двигатель. Например, при использовании мотор-колеса номинальной мощностью 1000 Вт можно кратковременно получать значения до 2000–2500 Вт. Главное – использовать подходящий контроллер и постоянно контролировать температуру, чтобы не допустить перегрева двигателя.

Схема контроллера для электровелосипеда или электроскутера

Контроллер для электрического велосипеда или скутера имеет алюминиевый корпус, из которого выходят разноцветные провода с разъемами для подключения разных устройств. Внутри скрыты:

• главный узел – микроконтроллер;
• силовые компоненты – шунты для измерения тока, конденсаторы, транзисторы;
• понижающие преобразователи на 12 В и 5 В – обеспечивающие питание микроконтроллера и периферических устройств (датчиков положения, рычага газа).

Схема подключения

Контроллер для электроскутера, е-байка или электросамоката подключается в соответствии с прилагаемой к нему схемой. Главное – не спешить и внимательно разобраться с назначением проводов. Лучше всего покупать контроллер в комплекте с мотор-колесом, тогда их разъемы будут гарантированно совместимыми.

Общий принцип подключения выглядит так:

1. Толстые провода черного и красного цвета – с соблюдением полярности подводятся к аккумуляторной батарее. При этом может появиться «искра», и даже возможно подгорание разъемов. Это нормально – так заряжаются конденсаторы на входе контроллера. Чтобы исключить искрение, достаточно ненадолго соединить контроллер и АКБ через резистор с сопротивлением в десятки Ом или воспользоваться лампочкой. Когда конденсаторы зарядятся, контроллер можно спокойно соединить с АКБ без посредников.
2. Тройка толстых проводов разных цветов – обеспечивают подключение к фазным проводам 3-фазного электромотора.
3. Связка из 5 тоненьких разноцветных проводов – идет к проводкам мотор-колеса, обеспечивают питание и передачу сигналов от датчиков положения.
4. Отдельный красный проводок – «зажигание». При его замыкании на «плюс» АКБ происходит включение контроллера.
5. Тройка тонких проводов (обычно – черный, красный и зеленый) – для подключения ручки газа.

Разновидности контроллеров управления

По принципу взаимодействия с электромотором

Для использования с датчиками Холла

Совместимы с мотор-колесами, оснащенными датчиками Холла.

Для работы без датчиков

Совместимы с моторами без датчиков, определяют позицию роторов по противо-ЭДС.

Могут работать и с датчиками положения, и без них.

По виду выходного сигнала

Создающие сигналы прямоугольного вида (меандр)

Цена таких моделей – ниже. При их использовании обеспечивается увеличенная скорость, но из-за вибрации обмоток двигатель шумит сильнее.

Создающие чистые синусоидальные сигналы.

Дороже. Обеспечивают тихую работу мотора и небольшое снижение максимальной скорости – по сравнению с меандровым контроллером при том же напряжении АКБ.

Сознающие сигналы в виде «модифицированной синусоиды» или сглаженного меандра.

По принципу реагирования на сигналы ручки газа

Обеспечивающие управление скоростью, мощностью или крутящим моментом.

Как выбрать контроллер для электровелосипеда?

При выборе контроллера для электровелосипеда или другого транспорта на электротяге нужно оценить рабочие характеристики устройства. Ключевые параметры обычно указаны в маркировке. По ней можно узнать:

• рабочее напряжение батареи и мощность мотора (номинал), для применения с которыми предназначено устройство;
• предельный ток АКБ;
• минимум напряжения АКБ, когда происходит отключение контроллера;
• подходящее расположение датчиков Холла в электромоторе – в электрических градусах по отношению друг к другу.

Для расчета предельной мощности контроллера находим произведение допустимых величин напряжения и силы тока. Диапазон мощности у таких приборов широкий. Для велосипедов на электротяге обычно используются модели с номиналом мощности от 350 до 2000 Вт. Для электрических скутеров – от 1000 до 4000 Вт. Для электромотоциклов – от 5000 до 10 000 Вт. Для электромобилей – от 10 000 до 50 000 Вт и более.

О совместимости

Контроллер, рассчитанный на использование с батареей напряжением 36 В, не стоит подключать к АКБ большего вольтажа. Вначале необходимо вскрыть контроллер и проверить, рассчитаны ли на увеличенное напряжение его компоненты, включая транзисторы и конденсаторы. Возможно, понадобится заменить и резистор в делителе напряжения. Но в продаже встречаются универсальные контроллеры с большим разбросом допустимых входных напряжений, к примеру, от 48 до 72 В или от 24 до 100 В.

Программируемые модели и их задачи

Программируемые контроллеры соединяются по Bluetooth со смартфоном и позволяют настраивать рабочие характеристики – от значений аккумуляторного и фазного токов до углов фазного опережения.

При выборе управляющих контроллеров учитывается и наличие второстепенных функций:

• круиз-контроля;
• обратного хода;
• возможности выбора скоростного режима или мощности;
• рекуперации энергии при торможении;
• отдельного выхода для электропитания фары и габаритных огней.

Расширение функционала

Широкий ассортимент контроллеров позволяет выбрать прибор, по максимуму подходящий под конкретные цели. Наряду с интернет-магазинами, есть специализированные мастерские, для которых не составляет проблемы вывести из контроллера управления провода под нужные заказчику функции.

Многие печатные платы имеют большой функционал, но в серийно поставляемых моделях он используется только частично. К примеру, у многих моделей не выведен провод для круиз-контроля, заднего хода, рекуперации энергии и других возможностей. Но специалисты мастерской VoltBikes могут вывести провода под конкретные задачи непосредственно при покупке контроллера.

О цене

Контроллеры можно купить в разных категориях:

1. Дешевые модели, предназначенные для внутреннего китайского рынка. Они не имеют расширенного функционала и просто позволяют ехать. Как правило, бывают 2-режимные, могут работать совместно с датчиками Холла и без них.
2. Китайские модели, ориентированные на экспорт. Позволяют подключать дисплеи и обеспечивать беспроводное управление по Bluetooth.
3. Устройства производства Германии и США – самые дорогие.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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.