Ontleding van Sin/Cos Seinvervorming in Reluksie-tipe resolvers onder sterk elektromagnetiese interferensie -EV Resolver Sensor

In toepassings soos nuwe energie voertuig elektriese aandrywers en industriële servo's, onwilligheid-tipe resolvers word wyd gebruik as motor rotor posisie sensors. Hulle bevat geen halfgeleierskyfies nie, weerstaan hoë temperature en weerstaan vibrasie - hulle kom baie 'robuig' voor. Baie ingenieurs ondervind egter 'n raaiselagtige probleem op die terrein: sodra die motorkrag toeneem en die PWM-skakelfrekwensie styg, ontwikkel die resolver se sinus/kosinus-uitsetseine foute, plat-topping, envelop-vervorming, en ander anomatiese distorsies, wat lei tot verdraaiing van rimpeling, en selfs beheerderfoute.

I. Hoe lyk 'n normale sinus-/kosinus-sein?

Die struktuur van 'n reluksie-tipe resolver is relatief eenvoudig: die stator dra 'n opwekkingswikkeling en twee ruimtelik ortogonale uitsetwikkelings, terwyl die rotor gemaak is van spesiaal gevormde silikon-staal opvallende pole sonder windings. 'n Hoëfrekwensie sinusvormige opwekking word op die opwekkingswikkeling toegepas:

Wanneer die rotor met 'n hoek θ roteer , induseer die twee uitsetwikkelings onderskeidelik:

In die praktyk is elke sein differensieel, bv. S1-S3 en S2-S4. Soos gesien kan word, is die resolveruitset 'n hoëfrekwensiedraer waarvan die amplitude deur die rotorhoek  θ gemoduleer word  . Op 'n ossilloskoop verskyn die golfvorms as twee omhulsels wat met hoek as onderskeidelik sinus en cosinus verskil.

Die dekoderingskyfie -die Resolver-to-Digital Converter (RDC) -demoduleer hierdie seine, onttrek die koeverte en bereken die hoek d.m.v.  

II. Waar kom sterk elektromagnetiese interferensie vandaan

Die resolwer is tipies aan die motorkant gemonteer, omring deur 'n tipiese sterk elektromagnetiese interferensie-omgewing:

·  Hoëspoed-skakeling van IGBT's/MOSFET's : Die PWM-draerfrekwensie van die motorbeheerder is gewoonlik in die reeks van 'n paar kHz tot tiene kHz, maar die skakelrande is slegs tiene tot honderde nanosekondes, met spektra wat tot tiene MHz strek.

·  Kragrails en fasekabels : Vinnige veranderinge in hoë stroom en hoë spanning genereer sterk elektriese en magnetiese velde.

·  Kontaktor- en aflosbewerkings : Produseer boog- en verbygaande pulse.

·  Kragomsetters : rimpeling en harmonieke van omskakeling van kragbronne.

Sodra hierdie steurings in die resolver seinlyne gekoppel is, plaas hulle op die andersins skoon sinus/kosinus seine.

III. Hoe interferensie die seinketting binnedring

Daar is vier hoofpaaie waardeur interferensie die resolverseinketting binnedring:

1. Stralingskoppeling
Kraglyne en skakelnodusse dien soos uitstuurantennas, terwyl resolver-bedradingsbome soos ontvangsantennas optree. Wanneer resolver harnasse parallel aan kragkabels gelei word, veroorsaak hoëfrekwensie elektromagnetiese velde spanning direk op die harnasse.

2. Geleidende koppeling
Interferensie gaan die resolverstelsel binne deur die opwekkingskragtoevoerlyne of die dekodeerderbordkragtoevoer, en koppel dan in die seinkant.

3. Grondpotensiaalverskille
Groot strome veroorsaak spanningsval op grondspore of metaalbehuizings, wat ongelyke grondpotensiale tussen die resolverkant en die dekodeerderkant skep, wat gemeenskaplike-modusspannings vorm.

4. Kruisspraak tussen lyne
Wanneer resolver-harnasse parallel loop met fasekabels, rails, ens., koppel parasitiese kapasitansie en wedersydse induktansie tussen lyne interferensie oor.

IV. Tipiese manifestasies van vervorming

Op 'n ossilloskoop kan die sinus/kosinus seine onder sterk EMI in die volgende vorms verskyn.

1. Hoëfrekwensie glitch superposisie
Spikes en lui wat gesinchroniseer is met PWM-rande verskyn op die draer. Dit is omdat hoëfrekwensiestrome wat tydens skakelmomente gegenereer word, in seinlyne koppel deur parasitiese kapasitansie. Glitch-amplitudes kan tientalle mV of selfs honderde mV bereik, terwyl normale differensiële seinamplitudes tipies slegs 'n paar volts is, wat 'n aansienlike daling in SNR tot gevolg het.

2. Gemeen-modus tot differensiële-modus geraas
Differensiële seine is teoreties sensitief slegs vir die spanningsverskil tussen die twee drade en het verwerpingsvermoë teen gemeenskaplike-modus interferensie. Werklike kabels, verbindings en filternetwerke is egter nooit perfek simmetries nie. Wanneer hoëfrekwensie gemeenskaplike-modus-interferensie intree, word 'n deel daarvan omgeskakel na differensiële-modusspanning en op die sinus/kosinus-seine gesuperponeer. Hierdie geraas verskyn dikwels as periodieke 'fuzz' op die koevert.

3. Knip en versadiging
Wanneer interferensie-amplitude groot is, en die gesuperponeerde seinpiek die RDC-invoerreeks of die op-versterkertoevoerrelings oorskry, word die golfvormtoppe 'geknip.' Sny vernietig direk die sin/cos-omhulsel, wat ernstige nie-lineêre foute in die gedekodeerde hoek veroorsaak.

4. GS offset drif
Lae-frekwensie komponente in die interferensie, grond lus strome, of regstelling effekte kan 'n DC offset in die sein veroorsaak, wat die golfvorm asimmetries maak. RDC-dekodering neem tipies suiwer AC-seine aan; offset lei tot hoekfoute en spoedrimpeling.

5. Harmoniese vervorming
Nie-lineariteit van magnetiese materiale en intermodulasie tussen interferensie en die opwekkingsdraer genereer harmoniese komponente. Sodra harmonieke die RDC binnekom, kan hulle gedemoduleer word in hoë-orde harmoniese foute in die hoek, wat manifesteer as wringkragrimpeling of geraas.

6. Sinus/kosinus amplitudewanbalans en faseverskuiwing
Indien die twee seinpaaie vir sin en cos verskillende filterparameters, kabellengtes of verbindingskontakimpedansies het, word die twee kanale verskillend beïnvloed onder sterk interferensie, wat lei tot amplitudewanpassing of faseverskuiwing. Die RDC bereken die hoek gebaseer op sinθ/cosθ; amplitude of fasewanbalans produseer direk hoekfoute.

V. Impak van vervorming op die stelsel

Seinvervorming is nie bloot 'n 'visuele probleem' op die ossilloskoop nie; dit reflekteer direk op stelselprestasie:

·  Hoek-uitset-jitter : Geraas gedemoduleer deur die RDC veroorsaak hoëfrekwensie-jitter in die hoekwaarde, wat spoedterugvoergeraas versterk.

·  Periodieke hoekfoute : Omhulselvervorming en harmonieke veroorsaak hoekfoute wat periodiek met rotorposisie varieer, wat lei tot dq-as stroomskommelings en wringkragrimpeling.

·  Foute en verlies van slot : Erge steuring kan veroorsaak dat die RDC-volglus slot verloor, wat lei tot hoekspronge en oorstroom- of oorspanningbeskerming veroorsaak.

·  Stelselwerkverrigting agteruitgang : In elektriese voertuie kan dit lei tot verminderde motordoeltreffendheid, verhoogde vibrasie en geraas, en selfs voertuigveiligheid in gedrang bring.

VI. Hoe om te identifiseer en probleme op te los

In praktiese ontfouting kan die volgende metodes vinnig bepaal of resolver seine deur sterk EMI geraak word:

·  Gebruik  differensiële probes  om S1-S3 en S2-S4 te meet, vermy enkel-einde probes wat grondlusse kan inbring.

·  Neem beide die opwekkingsein en die uitsetseine gelyktydig waar om te bepaal of interferensie deur die opwekkingskant ingevoer word.

·  Vergelyk golfvorms met die motor stilstaande vs. loop, en met PWM-aanskakeling vs. af, om te bepaal of interferensie van die kragkring afkomstig is.

·  Gebruik die ossilloskoop se FFT om die interferensiespektrum te ontleed en kyk of dit saamval met die PWM-draerfrekwensie of randharmoniese.

·  Meet die gemeenskaplike-modus-spanning van die twee lyne na grond om die gemeenskaplike-modus-steuringsvlak te bepaal.

VII. Onderdrukkingsmaatreëls

Om vervorming te onderdruk vereis gelyktydige pogings op drie fronte: die steuringsbron, die koppelingspad en die ontvanger.

1. Optimaliseer bedrading en afskerming

·  Gebruik afgeskermde gedraaide pare vir resolverseinlyne, met die skild geaard by 'n enkele punt aan die dekodeerderkant om grondlusse te vermy wat veroorsaak word deur dubbeleinde aarding.

·  Lei seinlyne afsonderlik van kragkabels, vermy lang parallelle lopies; as kruising onvermydelik is, kruis hulle loodreg.

·  Indien nodig, gebruik metaalpype of dubbellaag afskerming om hoëfrekwensie afskermingsdoeltreffendheid te verbeter.

2. Filtrering en beskerming

·  Voeg gemeenskaplike-modus-chokes en RC-laagdeurlaatfilters by die RDC-invoer by om gewone-modus-geraas en hoëfrekwensie-fouties te onderdruk.

·  Die filter afsnyfrekwensie moet hoër wees as die resolver-opwekkingsfrekwensie, terwyl buitensporige fasevertraging vermy word, wat andersins nuwe hoekfoute sou inbring.

·  Voeg beskermingstoestelle soos TVS-buise by om te verhoed dat verbygaande oorspanning die dekodeerderkringe beskadig.

3. Uitleg en begronding

·  Plaas die dekodeerderbord so na as moontlik aan die resolverkonneksie om analoog seinspore te verkort.

·  Skei analooggrond van kraggrond, verbind hulle by 'n enkele punt om te verhoed dat groot strome deur die analooggrond vloei.

·  Gee aandag aan skildkontinuïteit in koppelaarkeuse, en verseker dat die skild nie by die koppelstuk gebreek word nie.

4. Opwekking kant behandeling

·  Gebruik afgeskermde gedraaide pare ook vir opwekkingslyne, en voeg filtering by die opwekkingskragtoevoer.

·  Vermy die deel van verbindings of harnasse tussen opwekkingseine en kragkabels.

5. Stelsel en algoritmiese maatreëls

·  Kies RDC-skyfies met sterk anti-interferensievermoë, soos dié met ingeboude sinchroniese demodulasie en digitale filtering.

·  In sagteware, pas filtering, tempobeperking en aanneemlikheidstoetse toe op die hoeksein om te verhoed dat individuele steuringsimpulse beheerafwykings veroorsaak.

·  Optimaliseer PWM-randswaaitempo's en voeg dempstroombane by om steuring by die bron te verminder.

VIII. Gevolgtrekking

Die magnetoresistiewe resolwer is inherent 'n robuuste sensor, maar sy sinus/kosinus-uitsette is lae-vlak analoog seine wat onder sterk EMI vatbaar is vir vervorming. Om die bronne van interferensie en koppelingspaaie te verstaan, en die implementering van behoorlike afskerming, filtering, begronding en uitleg, is noodsaaklik om die akkuraatheid en betroubaarheid van hoekterugvoer te verseker.

Vir ingenieurs is die golfvorm op die ossilloskoop die beste 'gesondheidsverslag.' Hoe vroeër seinvervorming bespeur word, hoe laer is die waarskynlikheid van stelselkwessies.