New Energy Electric Drive Sensors Resolver: Self-Learning and Failure Mode Analysis

**1. Επισκόπηση του Αναλυτής σε συστήματα ηλεκτροκίνησης νέας ενέργειας 

Ο αναλυτής είναι ένας κοινός αισθητήρας σε νέα ενεργειακά συστήματα ηλεκτρικής κίνησης, που μετατρέπει κυρίως τη γωνιακή θέση και τη γωνιακή ταχύτητα της αξονικής περιστροφής σε ηλεκτρικά σήματα. Η δομή του περιλαμβάνει κυρίως τον αναλυτή στάτορα και ρότορα, με τον πιο συχνά χρησιμοποιούμενο τύπο να είναι ο αναλυτής μεταβλητής απροθυμίας.

**2. Working Principle of Resolver**

Η δομή του πυρήνα ενός αναλυτή έγκειται στον σχεδιασμό περιελίξεώς του, που αποτελείται κυρίως από περιελίξεις διέγερσης R1 και R2 και δύο σετ ορθογώνιων περιελίξεων ανάδρασης S1, S3 και S2, S4, όλα σχολαστικά διατεταγμένα στον στάτορα. Σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, σήματα διέγερσης υψηλής συχνότητας εφαρμόζονται στα R1 και R2, δημιουργώντας ένα ημιτονοειδές ρεύμα. Τα σήματα που προκαλούνται στις περιελίξεις ανάδρασης έχουν σαφή λειτουργική σχέση με την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Επομένως, αναλύοντας διεξοδικά αυτά τα σήματα ανάδρασης, μπορούμε να προσδιορίσουμε με ακρίβεια την κατάσταση περιστροφής του κινητήρα.

**3. Προσδιορισμός της μηδενικής θέσης του αναλυτή ηλεκτρικής μονάδας**

Ο προσδιορισμός της μηδενικής θέσης του κινητήρα είναι ζωτικής σημασίας, καθώς επηρεάζει την ακρίβεια ελέγχου του κινητήρα. Στα πρώτα στάδια ανάπτυξης νέας ενεργειακής ηλεκτρικής μονάδας, η λειτουργικότητα του λογισμικού ήταν περιορισμένη και η βαθμονόμηση μηδενικής θέσης γινόταν συνήθως χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο όργανο μηδενικής ρύθμισης, ακολουθούμενο από προσαρμογές λογισμικού. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: δεν μπορεί να διορθώσει τη γωνία μηδενικής θέσης κατά τη χρήση, οδηγώντας σε επιδείνωση της ακρίβειας ελέγχου με την πάροδο του χρόνου.

Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, έχει προκύψει τεχνολογία αυτόματης εκμάθησης μηδενικής γωνίας θέσης για συσκευές ανάλυσης. Αυτή η τεχνολογία ενσωματώνει έναν αλγόριθμο αυτόματης εκμάθησης στον ελεγκτή κινητήρα, επιτρέποντας στον ελεγκτή να ανιχνεύει και να διορθώνει αυτόματα την απόκλιση της θέσης μηδέν μεταξύ του αναλυτή και του κινητήρα. Κατά τη διαδικασία αυτομάθησης, ο ελεγκτής λαμβάνει πρώτα την πραγματική τιμή απόκλισης μέσω συγκεκριμένων διαδικασιών δοκιμής (π.χ. στατικές ή δυναμικές δοκιμές). Μόλις αποκτηθεί η τιμή απόκλισης, ο ελεγκτής αποθηκεύει αυτές τις πληροφορίες και αντισταθμίζει αυτόματα κατά τις επόμενες λειτουργίες ελέγχου κινητήρα. Αυτό επιτρέπει στον ελεγκτή να ελέγχει με μεγαλύτερη ακρίβεια την κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα με βάση τα βαθμονομημένα σήματα του αναλυτή, βελτιώνοντας έτσι την ακρίβεια και την απόδοση του ελέγχου.

Ένας κοινός αλγόριθμος αυτομάθησης βασίζεται στην εκμάθηση οπίσθιας ηλεκτροκινητικής δύναμης (EMF), με έναν ρυθμιστή PI γωνίας μηδενικής θέσης ως πυρήνα. Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τη διαδικασία αυτομάθησης της μηδενικής θέσης σε ένα υβριδικό σύστημα. Ρυθμίζει τον έλεγχο ρεύματος ορίζοντας το iq στο 0 και εκχωρώντας μια τιμή στο id, στη συνέχεια υπολογίζει το Vd (τάση άξονα d) και το χρησιμοποιεί ως είσοδο αναφοράς για τη γωνία μηδενικής θέσης. Η έξοδος Vd από τον βρόχο ρεύματος του ελεγκτή χρησιμεύει ως ανάδραση και ο ρυθμιστής γωνίας μηδενικής θέσης εξάγει τη συγκλίνουσα γωνία μηδενικής θέσης.

**4. Συνήθεις τρόποι επίλυσης αποτυχίας**

- **Ηλεκτρομαγνητική Παρεμβολή (EMI)**

Στα νέα ενεργειακά συστήματα ηλεκτροκίνησης, ο κινητήρας, ο ελεγκτής και άλλα ηλεκτρικά εξαρτήματα μπορούν να δημιουργήσουν ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Εάν η ικανότητα κατά των παρεμβολών του αναλυτή είναι ασθενής, αυτά τα σήματα παρεμβολών μπορεί να επηρεάσουν την κανονική λειτουργία του, οδηγώντας σε παραμόρφωση ή απώλεια σήματος. Προηγουμένως, η θωράκιση χρησιμοποιήθηκε γύρω από τους αναλυτές για την πρόληψη του EMI. Ωστόσο, αυτή η πρακτική έχει σε μεγάλο βαθμό διακοπεί επειδή ο αναλυτής λειτουργεί σε υψηλότερη συχνότητα από την ηλεκτρομαγνητική συχνότητα του κινητήρα και εφόσον δεν είναι πολύ κοντά σε γραμμές υψηλής τάσης, το EMI γενικά δεν αποτελεί πρόβλημα.

- **Ασυμμετρία σε περιελίξεις ημιτονοειδούς και συνημιτονίου**

Η κακή ευθυγράμμιση στη διάταξη του στάτορα και του ρότορα του αναλυτή μπορεί να προκαλέσει ανομοιόμορφη κατανομή του κενού μαγνητικού πεδίου. Αυτή η ανομοιόμορφη κατανομή μπορεί να οδηγήσει σε ασυμμετρία στις περιελίξεις ημιτονοειδούς και συνημιτονίου, με αποτέλεσμα άνισα πλάτη των σημάτων ημιτονοειδούς και συνημιτονίου.

- **Αναντιστοιχία σύνθετης αντίστασης που οδηγεί σε αστάθεια συστήματος**

Η σύνθετη αντίσταση είναι ένας κρίσιμος παράγοντας που επηρεάζει τη μετάδοση του σήματος. Εάν η σύνθετη αντίσταση του αναλυτή δεν ταιριάζει με αυτή άλλων τμημάτων του συστήματος ελέγχου, μπορεί να προκαλέσει ανάκλαση, εξασθένηση ή παραμόρφωση του σήματος, επηρεάζοντας έτσι τη σταθερότητα και την απόδοση ολόκληρου του συστήματος.

**Σύναψη**

Ως κρίσιμος αισθητήρας σε νέα ενεργειακά συστήματα ηλεκτροκίνησης, ο αναλυτής είναι απαραίτητος για τον ακριβή έλεγχο του κινητήρα. Πρέπει επίσης να δώσουμε προσοχή σε πιθανούς τρόπους αστοχίας σε πρακτικές εφαρμογές και να λάβουμε τα κατάλληλα μέτρα για την πρόληψη και το χειρισμό. Μόνο τότε μπορούμε να διασφαλίσουμε τη σταθερή λειτουργία και την υψηλή απόδοση των νέων ενεργειακών συστημάτων ηλεκτροκίνησης.