كيفية تفسير دقة زاوية المحلل والخطأ الكهربائي؟

في التحكم في المحركات، أو المحركات الكهربائية لمركبات الطاقة الجديدة، أو اختيار نظام المؤازرة، أو الاختبار، يسأل المهندسون في أغلب الأحيان: 'ما هي دقة محلل البيانات هذا؟' ومع ذلك، غالبًا ما تدرج أوراق البيانات معلمات مثل 'خطأ كهربائي ≥ ±10′'، 'دقة الزاوية ±15′'، 'الدقة 16 بت'، وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تربك الناس بسهولة.

هل الخطأ الكهربائي ودقة الزاوية هما نفس الشيء؟ ما هو حجم 10′ بالضبط؟ كيف يجب أن تقرأ ورقة البيانات دون أن تنخدع بالأرقام؟

أولاً: التمييز بين مفهومين: دقة الزاوية ≠ خطأ كهربائي

يقوم المحلل نفسه بإخراج إشارات جيبية/جيب التمام التناظرية، وليس زاوية رقمية مباشرة. ويتطلب الأمر RDC (محول محلل إلى رقمي) أو إزالة تشكيل البرنامج للحصول على قيمة الزاوية.

ولذلك، فإن ما نسميه عادة 'دقة الزاوية' هو في الواقع  مواصفات على مستوى النظام  تتضمن على الأقل:

• الخطأ الكهربائي الخاص بالمحلل

• خطأ في وحدة فك التشفير (RDC).

• تصاعد الانحراف والتسامح التجمع

• أخطاء من الكابلات، والتدريع، وتكييف الإشارة

'الخطأ الكهربائي' هو الانحراف الزاوي المتأصل لجسم وحدة الحل في ظل ظروف فك التشفير المثالية. ويمكن فهمها على أنها 'الدقة الأولية' للمحلل.

تشبيه:

• الخطأ الكهربائي للمحلل يشبه خطأ تخرج المسطرة نفسها؛

• دقة الزاوية تشبه خطأ القياس النهائي عند استخدام تلك المسطرة لقياس قطعة العمل.

• تعتمد دقة المسطرة على خطأ كهربائي؛ تعتمد دقة القياس أيضًا على مدى ثبات يدك ومدى دقة قراءتك لها.

لذا، فإن الخطأ الكهربائي هو المواصفات الجوهرية الأساسية لجهاز الحل، ولكنه لا يمثل القصة الكاملة لدقة النظام.

ثانيا. ما هو الخطأ الكهربائي ومن أين يأتي؟

في ظل الإثارة المثالية وظروف فك التشفير المثالية، يكون الانحراف بين الزاوية المحسوبة من إشارات خرج المحلل والزاوية الميكانيكية الحقيقية هو الخطأ الكهربائي.

الوحدة المشتركة هي دقيقة القوس، ويرمز لها بـ ′.

تحويل:

•  1° = 60'

•  10′ = 10/60° ≈ 0.167°

•  1′ ≈ 0.0167°

على سبيل المثال، إذا كانت ورقة البيانات تقول 'خطأ كهربائي ≥ ±10′'، فهذا يعني أنه في أي موضع، لا يتجاوز الانحراف بين الزاوية التي تم فك تشفيرها والزاوية الحقيقية 10 دقائق قوسية، أي حوالي 0.167 درجة.

تشمل المصادر الرئيسية للخطأ الكهربائي ما يلي:

تتحد هذه العوامل لتشكل منحنى الخطأ الكهربائي للمحلل.

ثالثا. كيف تقرأ 'خطأ كهربائي' في ورقة البيانات؟

عندما ترى 'خطأ كهربائي ≥ ±10′' في ورقة البيانات، فلا تنظر إلى الرقم فقط. اطرح ثلاثة أسئلة أولاً:

1. هل الوحدة زاوية ميكانيكية أم زاوية كهربائية؟

وهذا مهم بشكل خاص لأجهزة الحل متعددة الأقطاب.

بالنسبة لمحلل أحادي القطب، الزاوية الميكانيكية تساوي الزاوية الكهربائية، لذلك ليس هناك حاجة للتمييز. لكن بالنسبة للمحللات متعددة الأقطاب:

الزاوية الكهربائية = الزاوية الميكانيكية × عدد أزواج الأقطاب

إذا حدد محلل رباعي الأقطاب 'خطأ كهربائي ≥ ±10′' ويشير إلى خطأ في الزاوية الكهربائية، فإن خطأ الزاوية الميكانيكية المكافئ هو فقط:

10' ÷ 4 = 2.5'

الدقة الميكانيكية أعلى في الواقع.

لكن إذا حددت خطأ زاوية ميكانيكية قدره ±10′، فإن خطأ الزاوية الكهربائية المكافئة يصبح:

10' × 4 = 40' ≈ 0.667° كهربائي

قد يقترب هذا من الحد الأعلى لتطبيقات FOC (التحكم الميداني).

لذلك، عندما ترى خطأً كهربائيًا، تأكد أولاً مما إذا كان خطأ زاوية ميكانيكيًا أم خطأ زاوية كهربائيًا.  العديد من الشركات المصنعة للمحلل تخطئ في مجال الزاوية الكهربائية، لكن الممارسات تختلف. إذا لزم الأمر، اطلب التوضيح من الشركة المصنعة الأصلية.

2. ما هي شروط الاختبار؟

لم يتم إصلاح الخطأ الكهربائي. يتأثر بدرجة الحرارة والسرعة وجهد الإثارة والتردد.

تتضمن بيانات ورقة البيانات الشائعة ما يلي:

·  خطأ كهربائي في درجة حرارة الغرفة ≥ ±10′

·  خطأ كهربائي في درجة الحرارة الكاملة ≥ ±15′

·  0 ~ 10000 دورة في الدقيقة خطأ ديناميكي ≥ ± 20 ′

النظر فقط إلى مواصفات درجة حرارة الغرفة غير كافٍ. بالنسبة للمحركات الكهربائية لمركبات الطاقة الجديدة، وتطبيقات المؤازرة ذات درجة الحرارة العالية، وما إلى ذلك، يجب عليك الانتباه إلى الخطأ الكهربائي خلال نطاقات درجة الحرارة الكاملة والسرعة الكاملة.

3. هل هو الحد الأقصى للخطأ أم من الذروة إلى الذروة أم RMS؟

يمكن التعبير عن الخطأ الكهربائي بعدة طرق:

•  الحد الأقصى للخطأ المطلق : الحد الأقصى للانحراف المطلق بين جميع النقاط المقاسة

•  الخطأ من الذروة إلى الذروة : الفرق بين الحد الأقصى للانحراف الإيجابي والحد الأقصى للانحراف السلبي

•  خطأ RMS : قيمة الجذر المتوسط، مما يعكس مستوى الخطأ الإجمالي

تحدد أوراق البيانات عادةً 'الحد الأقصى للخطأ الكهربائي' أو 'الخطأ الكهربائي من الذروة إلى الذروة'. إذا كانت تقول ببساطة 'الدقة ±10′'، يتم فهمها عمومًا على أنها الحد الأقصى للخطأ المطلق.

رابعا. كيفية تفسير منحنى الخطأ؟

إذا كان بإمكانك الحصول على تقرير اختبار وحدة الحل، فإن أفضل طريقة هي فحص منحنى الخطأ مباشرةً.

يحتوي منحنى الخطأ الكهربائي النموذجي على زاوية ميكانيكية على المحور الأفقي وخطأ على المحور الرأسي. يساعد شكل المنحنى في تحديد مصادر الخطأ.

خصائص الخطأ الشائع:

القاعدة العامة:

كلما كان منحنى الخطأ أكثر سلاسة وانتظامًا، كلما كانت عملية تصنيع المحلل أكثر استقرارًا، وكان الخطأ قابلاً للتنبؤ به وقابل للتعويض.
إذا كان المنحنى يحتوي على العديد من مواطن الخلل أو القفزات الكبيرة، فتحقق أولاً من بيئة الاختبار والدرع وجودة إشارة الإثارة، بدلاً من التسرع في الحكم على دقة المحلل.

في محركات الأقراص المؤازرة أو أنظمة المحركات الكهربائية، تقوم بعض الحلول بتنفيذ جداول تعويض الأخطاء. ومع ذلك، يتطلب التعويض أن يكون الخطأ قابلاً للتكرار. إذا كان الخطأ يختلف في كل اختبار، فإن التعويض لا معنى له.

خامساً: طريقة عملية مختصرة لقياس الخطأ الكهربائي

إذا كنت تريد قياس الخطأ الكهربائي للمحلل بنفسك، فإن النهج الأساسي هو:

1. استخدم جهاز تشفير عالي الدقة، أو شبكة بصرية، أو رأس فهرسة كمرجع للزاوية.

2. توفير إشارات الإثارة القياسية للمحلل.

3. احصل في نفس الوقت على مخرجات الجيب/جيب التمام الخاصة بالمحلل.

4. فك تشفير الزاوية عبر RDC أو الخوارزمية.

5. قارن بالزاوية المرجعية وسجل الخطأ على 360 درجة.

6. حساب الحد الأقصى للخطأ، من الذروة إلى الذروة، RMS، ورسم منحنى الخطأ.

الاحتياطات أثناء الاختبار:

• حافظ على السرعة منخفضة لتجنب الاختلاط بالأخطاء الديناميكية.

• استخدم الكابلات القصيرة، والاكتساب التفاضلي، والتدريع.

• ضبط تردد الإثارة والجهد لتتناسب مع ظروف التشغيل الفعلية.

• بالنسبة لأجهزة الحل متعددة الأقطاب، سجل بوضوح ما إذا كانت النتيجة زاوية كهربائية أو ميكانيكية.

سادسا. كيفية استخدام هذه المواصفات في الاختيار؟

مثال:

لنفترض أن المحرك يحتوي على 4 أزواج من الأقطاب، وأن التحكم في FOC يتطلب التحكم في خطأ الزاوية الكهربائية ضمن 1 درجة كهربائية.

إذا كان الخطأ الكهربائي للمحلل هو ±10′ كهربائيًا، أي حوالي ±0.167° كهربائيًا، فإن خطأ الجسم يكون صغيرًا. بعد إضافة وحدة فك التشفير وأخطاء التثبيت، لا يزال من الممكن الاحتفاظ بخطأ الزاوية الكهربائية الشاملة للنظام في حدود 1 درجة، وبالتالي يكون الحل ممكنًا.

ومع ذلك، إذا حدد محلل آخر خطأ زاوية ميكانيكيًا قدره ±10′، فبالنسبة للمحرك ذي 4 أقطاب، سيتم تضخيم خطأ الزاوية الكهربائية إلى حوالي ±0.667 درجة. بعد إضافة تفاوتات فك التشفير والتجميع، قد يقترب خطأ الزاوية الكهربائية الإجمالي أو حتى يتجاوز 1 درجة، مما يتطلب إعادة التقييم.

ولذلك، عند اختيار محلل، لا تقارن الأرقام ببساطة؛ قم بتحويل الكل إلى زاوية كهربائية بشكل موحد، ثم قم بإضافة ميزانية خطأ النظام.

خاتمة

الخطأ الكهربائي هو المؤشر الأساسي لدقة جسم وحدة الحل، لكنه لا يمثل القصة الكاملة لدقة زاوية النظام. لفهم دقة المحلل بشكل صحيح، هناك ثلاث نقاط أساسية ضرورية:

1. التمييز بين الخطأ الكهربائي ودقة الزاوية على مستوى النظام؛

2. تأكد ما إذا كانت الوحدة زاوية ميكانيكية أو كهربائية؛

3. خذ بعين الاعتبار ظروف الاختبار ومنحنيات الخطأ وظروف التشغيل الفعلية.

ما إذا كان الرقم يبدو جيدًا على الورق هو شيء واحد؛ إن ما إذا كانت مستقرة ودقيقة عند دمجها في النظام هو المعيار النهائي.