'العيون النارية' لمحركات الدفع الرئيسية للمركبات الكهربائية - تخصيص محللات التردد المتغير

مقدمة: 'عين' لا غنى عنها للتحكم في المحركات

في محرك سيارات الطاقة الجديدة، هناك عنصر غير واضح ولكنه مهم للغاية - وهو محلل التردد المتغير  (غالبًا ما يتم اختصاره إلى 'المحلل'). إنها بمثابة 'عين' المحرك، حيث تخبر وحدة التحكم في المحرك باستمرار: 'أين يقع الدوار الآن؟ ما هي سرعة الدوران؟'

بدون هذه 'العين'، لا يمكن للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم تحقيق التحكم الدقيق في التبديل، مما يؤدي إلى إنتاج طاقة خشنة ومتشنجة - أو حتى فشل كامل في التشغيل. تشير البيانات إلى أن معدل اختراق وحدات الحل في محركات الدفع الرئيسية لمركبات الركاب التي تعمل بالطاقة الجديدة يصل إلى  78.6%  - مما يعني أن كل محرك الدفع الرئيسي لمركبات الطاقة الجديدة تقريبًا مزود بواحد.

إذًا، كيف يعمل هذا المستشعر الصغير في الواقع؟ لماذا تحتاج إلى 'تخصيص'؟ وما هي المعلمات الأساسية التي يجب الانتباه إليها أثناء التخصيص؟

1. ما هو محلل التردد المتغير؟

1.1 من المحول إلى المحلل

الجميع على دراية بـ 'المحول' - فهو يرفع الجهد لأعلى أو لأسفل. يمكن اعتبار المحلل بمثابة نسخة متقدمة من المحول: بينما يقوم المحول التقليدي بإخراج جهد ثابت، يقوم المحلل بإخراج جهد يختلف باختلاف زاوية دوران العضو الدوار.

محلل التردد المتغير هو النوع الأكثر استخدامًا. هيكلها الأساسي بسيط بشكل ملحوظ:

·  الجزء الثابت : ثابت في مكانه، ملفوف بملف إثارة (مدخل) ولفات خرج جيبية/جيب التمام.

·  الدوار : مصنوع من شرائح فولاذية سيليكونية مكدسة ذات أسنان،  ولا يحتوي على أي لفات على الإطلاق ، ويدور مع عمود المحرك.

1.2 مبدأ العمل: تحدد تغييرات فجوة الهواء تغييرات الإشارة

عندما يتم تطبيق جهد إثارة التيار المتردد على ملف إثارة الجزء الثابت، يتم إنشاء مجال مغناطيسي متناوب في فجوة الهواء بين الجزء الثابت والعضو الدوار. أثناء دوران الجزء المتحرك، يتغير الممانعة المغناطيسية للفجوة الهوائية بشكل دوري لأن أسنان الجزء الدوار (النتوءات والتجويفات) تمر بأسنان الجزء الثابت بالتناوب.

يؤدي هذا الاختلاف إلى تغير في سعة الفولتية المستحثة في ملفي الخرج (جيب الجيب وجيب التمام) - يتبع أحدهما نمط الجيب، والآخر نمط جيب التمام.

من خلال تفسير هاتين الإشارتين، يمكن لوحدة التحكم في المحرك أن تحسب بدقة الموضع الزاوي المطلق للدوار في أي لحظة.

1.3 لماذا أصبح الخيار الأفضل لمحركات الدفع الرئيسية للمركبات الكهربائية؟

لقد أصبح محلل التردد المتغير 'يهيمن' على قطاع مركبات الطاقة الجديدة بفضل نقاط القوة التالية:

·  بناء بسيط وموثوق للغاية : لا يوجد لفات دوارة، ولا فرش، ولا توجد مشاكل في التآكل، وعمر الخدمة النظري الخاص به يمكن أن يتطابق مع عمر المعدات نفسها.

·  مرونة بيئية استثنائية : تتراوح درجة حرارة التشغيل من -50 درجة مئوية إلى +155 درجة مئوية، ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، والاهتزاز، والتلوث الزيتي.

·  مناعة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي : بناءً على مبادئ الحث الكهرومغناطيسي، فهو محصن بشكل طبيعي ضد البيئة الكهرومغناطيسية القاسية داخل المحرك.

·  إخراج الموضع المطلق : يوفر الزاوية الحالية فورًا عند تشغيل الطاقة، دون الحاجة إلى إجراء 'التوجيه'.

2. لماذا يتطلب محرك الدفع الرئيسي محللاً 'مخصصًا'؟

قد يتساءل البعض: أليست أدوات الحل مكونات قياسية جاهزة للاستخدام؟ لماذا لا تشتري واحدة جاهزة فقط؟

والحقيقة أبعد ما تكون عن هذه البساطة.  تم تصميم كل محرك رئيسي لمركبة الطاقة الجديدة بقدرة وسرعة ومساحة تركيب وظروف تشغيل مختلفة - وتحدد هذه الاختلافات بشكل مباشر أن جهاز الحل يجب أن يكون 'مصممًا خصيصًا'.

2.1 أبعاد التركيب تختلف على نطاق واسع

تأتي المحركات المختلفة بأحجام إطارات مختلفة، من 25 إلى 300، ويتطلب كل منها وحدة تحليل ذات أبعاد متطابقة. تختلف طرق التثبيت أيضًا - التثبيت من خلال الفتحة، والتركيب على السطح، وتركيب الحافة - كل منها يتوافق مع تصميم واجهة ميكانيكية مختلفة.

2.2 اختلاف المعلمات الكهربائية

جهد الإثارة، تردد الإثارة، عدد أزواج الأقطاب، نسبة التحويل - كل هذه المعلمات الكهربائية يجب أن تتطابق تمامًا مع نظام التحكم في المحرك. يمكن أن يؤدي استخدام محلل ذي معلمات غير متطابقة، في أفضل الأحوال، إلى تقليل دقة القياس، وفي أسوأ الأحوال، إلى جعل نظام التحكم في المحرك بأكمله غير صالح للعمل.

2.3 تختلف متطلبات الدقة بشكل كبير

تختلف دقة الموقع المطلوبة لمحرك قيادة سيارة الركاب العادية تمامًا عن تلك الخاصة بالمركبة عالية الأداء. كلما زاد عدد أزواج الأقطاب، زادت الدقة - حيث تتراوح من 2 أو 4 إلى 6 أو أكثر من أزواج الأقطاب، مع تحسين الدقة من 25 دقيقة قوسية إلى 10 دقائق قوسية أو حتى أعلى.

2.4 ظروف التشغيل ليست موحدة

تعمل بعض المحركات في البيئات المبردة بالزيت، مما يتطلب أن يكون جهاز الحل متوافقًا مع الزيت؛ يسعى البعض الآخر إلى تحقيق سرعات عالية للغاية، مما يستلزم دعم 20000 دورة في الدقيقة أو أعلى؛ ولا يزال البعض الآخر يتطلب شهادة AEC-Q من فئة السيارات - حيث يفرض كل شرط متطلبات تصميم مميزة على وحدة الحل.

3. تخصيص المحلل: ما الذي يمكن تخصيصه بالضبط؟

3.1 التخصيص الميكانيكي

·  الأبعاد الخارجية : القطر الخارجي، الطول، مواضع فتحة التركيب، إلخ.

·  طريقة التركيب : من خلال الثقب، أو التثبيت على السطح، أو نوع الحافة.

·  فتحة عمود الدوار : يجب أن تتطابق بدقة مع قطر عمود المحرك.

·  مواصفات سلك الرصاص : طول السلك، وقياسه، ونوع الموصل.

3.2 التخصيص الكهربائي

·  عدد أزواج القطب : معلمة رئيسية تحدد دقة القياس؛ يمكن أن تكون مصممة للمتطلبات.

·  جهد الإثارة : عادة AC 7 Vrms، ولكن قابل للتعديل حسب احتياجات النظام.

·  تردد الإثارة : عادة 10 كيلو هرتز، ولكن يمكن تحديد ترددات أخرى.

·  نسبة التحويل : تحدد سعة إشارة الخرج، مما يؤثر على معالجة الإشارة لشريحة فك التشفير النهائية.

·  مقاومة الإدخال/الإخراج : يجب أن تتطابق مع دائرة القيادة.

3.3 تخصيص الأداء

·  درجة الدقة : من الدقة القياسية إلى الدقة العالية (على سبيل المثال، ±4 دقيقة قوسية) متاحة.

·  سرعة الدوران القصوى : 20.000 دورة في الدقيقة القياسية؛ يمكن تخصيص سرعات أعلى.

·  نطاق درجة حرارة التشغيل : مصمم خصيصًا لظروف العمل الفعلية.

·  فئة الحماية : على سبيل المثال، IP69 أو أعلى.

3.4 التخصيصات الخاصة

·  توافق الزيت : مواد خاصة وتصميمات مانعة للتسرب للمحركات المبردة بالزيت.

·  التسامح مع الانحراف : مخططات لف حاصلة على براءة اختراع للتعويض عن أخطاء الانحراف المتزايدة.

·  استشعار درجة الحرارة المتكامل : الثرمستور NTC الاختياري للكشف عن الموقع ودرجة الحرارة.

4. عملية التخصيص: من المتطلبات إلى التسليم

تتضمن عملية تخصيص وحدة الحل النموذجية عمومًا المراحل التالية:

الخطوة 1: التواصل مع المتطلبات  - يقدم العميل معلمات المحرك والمساحة المتاحة وأهداف الأداء وما إلى ذلك.

الخطوة 2: تصميم الحل  - يقوم المورد بتطوير التصميمات الكهرومغناطيسية والميكانيكية بناءً على المتطلبات.

الخطوة 3: التحقق من المحاكاة -  يتم استخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA) لتحسين الأداء الكهرومغناطيسي.

الخطوة 4: تصنيع النموذج الأولي -  يتم إنتاج عينات النموذج الأولي واختبارها على مقاعد الاختبار.

الخطوة 5: الإنتاج الضخم  - بعد التحقق من الصحة، ينتقل المنتج إلى الإنتاج بكميات كبيرة.

حاليًا، قام كبار موردي وحدات الحل المحلية بتقصير دورة تسليم التخصيص إلى أقل من 4 إلى 6 أسابيع. وقد قام البعض بالفعل ببناء خطوط إنتاج مؤتمتة بالكامل بقدرات سنوية تتجاوز المليون وحدة.

5. اتجاه الصناعة: الاستبدال المحلي يكتسب زخما

لفترة طويلة، سيطرت العلامات التجارية الأجنبية مثل Tamagawa وMinebeaMitsumi اليابانيتين على سوق أجهزة الحل المتطورة. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، حققت تكنولوجيا المحلل الصيني اختراقات كبيرة؛ وفي الوقت نفسه، تتقدم رقائق المحول المحلي إلى الرقمي (RDC) بسرعة أيضًا. حققت منتجات Xinchi Semiconductor SC2121 وغيرها من المنتجات تكافؤًا وظيفيًا مع النماذج المشهورة عالميًا، كما أطلقت Fengchao Technology أيضًا شرائح RDC عالية الأداء.  إن الاستبدال المحلي للسلسلة الكاملة - من أجهزة الاستشعار إلى شريحة فك التشفير - يتسارع.

خاتمة

على الرغم من صغر حجمه، إلا أن محلل التردد المتغير هو مستشعر أساسي لا غنى عنه في نظام التحكم لمحركات الدفع الرئيسية لمركبات الطاقة الجديدة. يؤثر تخصيصه بشكل مباشر على دقة التحكم في المحرك، وكفاءة التشغيل، والموثوقية.

ومع النمو المستمر لصناعة مركبات الطاقة الجديدة وتعميق الاستبدال المحلي، ستصبح خدمات تخصيص وحدة الحل أكثر نضجًا وكفاءة. بالنسبة لمهندسي السيارات، أصبح فهم مبادئ العمل وأساسيات التخصيص الخاصة بوحدات الحل بمثابة دورة إلزامية بالفعل.

بعد كل شيء،  فقط عندما يكون المحرك مزودًا بـ 'العيون' الصحيحة، يمكنه الرؤية بوضوح والعمل بثبات.