Ինչպե՞ս գնահատել առանցքային հոսքի շարժիչների բարձր արագությամբ դաշտը թուլացնելու ունակությունը:

Վերջին տարիներին, առանցքային հոսքի շարժիչները ձեռք են բերել աճող ձգողականություն էլեկտրական շարժիչ համայնքում: Դրանք շատերի կողմից համարվում են հաջորդ սերնդի բարձր արդյունավետությամբ շարժիչների ներկայացուցչական ուղղություններից մեկը, հատկապես այն ծրագրերում, որտեղ ծավալը և քաշը կարևոր են, ինչպիսիք են անիվի շարժիչները, դրոնները, էլեկտրական սպորտային մեքենաները և հիբրիդային համակարգերը: Առանցքային հոսքի կառուցվածքը այս սցենարներում առաջարկում է եզակի առավելություններ:

Այնուամենայնիվ, արագությամբ էլեկտրական շարժիչ համակարգերում առանցքային հոսքի շարժիչները իսկապես կիրառելու համար անխուսափելի է մեկ տեխնիկական մարտահրավեր.  բարձր Իսկ ինչպե՞ս պետք է դա գնահատել։

I. Նախ, հասկացեք. Ինչո՞ւ է «դաշտի թուլացումը» միշտ անհրաժեշտ բարձր արագությամբ:

Մշտական ​​մագնիսների համաժամանակյա շարժիչների (PMSMs) հիմնական բնութագիրը այն է, որ հետևի EMF-ն ավելանում է արագությամբ:

Հետևի EMF-ը պարզապես կարելի է հասկանալ որպես լարման 'գեներացված' հենց շարժիչի կողմից, երբ այն պտտվում է: Երբ արագությունը բարձրանում է մինչև որոշակի կետ, հետևի EMF-ը մոտենում կամ նույնիսկ գերազանցում է առավելագույն լարումը, որը կարող է մատակարարել կարգավորիչը, այսինքն՝ DC ավտոբուսի լարումը: Այդ պահին շարժիչն այլևս չի կարող հոսանք ներարկել կամ մեծացնել արագությունը. այն արդյունավետորեն արգելափակված է «լարման պատով»:

Այսպիսով, ի՞նչ կարելի է անել:

Մեթոդը հետևյալն է.  ակտիվորեն նվազեցնել շարժիչի հոսքի կապը, այսինքն՝ դարձնել մագնիսական դաշտը 'թույլ' ՝ դրանով իսկ իջեցնելով հետևի EMF-ը և ազատելով լարման գլխի տարածքը բարձր արագությունների համար: Սա այն է, ինչ մենք սովորաբար անվանում ենք «դաշտի թուլացման հսկողություն»:

Համեմատություն.
Ստանդարտ հեծանիվը մեկնարկի համար անհրաժեշտ է փոխանցման մեծ հարաբերակցություն և մեծ ոլորող մոմենտ; եթե դուք պահպանում եք այդ մեծ հարաբերակցությունը բարձր արագությամբ, ձեր ոտքերը չեն կարող համընթաց քայլել: Դաշտի թուլացման կառավարումը նման է մեծ արագությամբ փոխանցման ավելի փոքր հարաբերակցության անցնելուն, ինչը թույլ է տալիս մեքենայի արագությունը շարունակել աճել, մինչ ձեր ոտքի արագությունը մնում է նույնը:

II. Առանցքային հոսքի շարժիչների առանձնահատկությունները դաշտի թուլացման մեջ

Առանցքային հոսքի շարժիչները մեկ ֆիքսված դիզայն չեն, այլ ավելի շուտ տոպոլոգիաների լայն կատեգորիա: Նրանց ընդհանուր առանձնահատկությունն այն է, որ օդի բաց հոսքը հոսում է առանցքային ուղղությամբ, այլ ոչ թե ճառագայթային, ինչպես սովորական ճառագայթային հոսքի շարժիչներում:

Այս կառուցվածքը բերում է առավելություններ, ինչպիսիք են մեծ ոլորող մոմենտ խտությունը, հարթ ձևի գործակիցը և կարճ առանցքի երկարությունը, բայց նաև ներկայացնում է որոշ բնութագրեր, որոնք վերաբերում են դաշտերի թուլացմանը:

Ամենաազդեցիկ գործոններից մեկն այն է, որ  առանցքային հոսքի շատ շարժիչներ ունեն համեմատաբար ցածր ինդուկտիվություն:

Շարժիչի դաշտը թուլացնելու հնարավորությունը սերտորեն կապված է ուղիղ առանցքի ինդուկտիվության  Ld-ի  և հոսքի միացման  Ψm հարաբերակցության հետ : Պարզ ասած, որքան մեծ է ուղիղ առանցքի ինդուկտիվությունը և որքան փոքր է հոսքի կապը, այնքան ավելի հեշտ է դառնում դաշտի թուլացումը տեսականորեն, և այնքան ուժեղ է բարձր արագության երկարացման հնարավորությունը:

Շատ առանցքային հոսքի շարժիչներ, որոնք ձգտում են մեծ ոլորող մոմենտ ստեղծելու խտության, ունեն կարճ մագնիսական ուղիներ և կարճ վերջավոր ոլորուններ, ինչը հանգեցնում է բնականաբար ցածր ինդուկտիվության: Հետևաբար, դաշտի թուլացման ավելի մեծ հոսանք է պահանջվում հոսքի կապը չեղարկելու համար, ինչը հանգեցնում է պղնձի կորստի զգալի աճի բարձր արագությամբ, արդյունավետության անկման և, հնարավոր է, նույնիսկ դաշտի թուլացման անբավարար կարողության:

Բայց նշեք.  ոչ բոլոր առանցքային հոսքի շարժիչներն ունեն դաշտի թուլացման վատ կատարում:
Դա կախված է կոնկրետ դիզայնից: Օրինակ, բազմաշերտ մագնիսների օգտագործումը, բևեռների զույգերի թիվը մեծացնելը, ոլորուն կոնֆիգուրացիաների օպտիմալացումը կամ դժկամության ոլորող մոմենտը մեծացնելը կարող են բարելավել դաշտի թուլացման աշխատանքը:

Հետևաբար, գնահատելիս չի կարելի պարզապես ասել «առանցքային հոսքի շարժիչները միշտ ունեն դաշտի թույլ թուլացում»; այն պետք է գնահատվի առանձին-առանձին յուրաքանչյուր կոնկրետ նախագծի համար:

III. Որո՞նք են դաշտերի թուլացման կարողությունների գնահատման հիմնական ցուցանիշները:

Ինժեներական պրակտիկայում առանցքային հոսքի շարժիչի բարձր արագությամբ դաշտի թուլացման հնարավորությունը գնահատելը սովորաբար ներառում է հետևյալ հիմնական պարամետրերը և կորերը:

1. Բնութագրական հոսանքը

Բնութագրական հոսանքը սահմանվում է որպես.

 որտեղ  Ψm-ը  մշտական ​​մագնիսական հոսքի կապն է, իսկ  Ld-ը  ՝ ուղիղ առանցքի ինդուկտիվությունը։

Եթե ​​բնութագրիչ հոսանքը պակաս է կարգավորիչի առավելագույն ելքային հոսանքից, ապա շարժիչը տեսականորեն կարող է մտնել 'անսահման դաշտի թուլացման' շրջան՝ թույլ տալով շատ բարձր արագության երկարացում:
Եթե ​​բնութագրիչ հոսանքն ավելի մեծ է, քան առավելագույն հոսանքը, դա նշանակում է, որ նույնիսկ ամբողջ հոսանքի օգտագործումը դաշտի թուլացման համար անբավարար է հոսքի կապը չեղարկելու համար՝ սահմանափակելով բարձր արագության երկարացման հնարավորությունը:

Բնութագրական հոսանքը դաշտերի թուլացման ներուժը գնահատելու ամենաինտուիտիվ ցուցանիշն է:

2. Լարման սահմանային շրջանակ և ընթացիկ սահմանային շրջան

Ընթացիկ վեկտորային հարթության վրա շարժիչի աշխատանքը սահմանափակվում է երկու շրջանակով.

• Ընթացիկ սահմանային շրջան . որոշվում է վերահսկիչի առավելագույն ելքային հոսանքով;

• Լարման սահմանային շրջան . որոշվում է DC ավտոբուսի լարման և ընթացիկ արագության միջոցով:

Երբ արագությունը մեծանում է, լարման սահմանային շրջանակը փոքրանում է: Շարժիչի աշխատանքային կետը պետք է ընկած լինի այս երկու շրջանների խաչմերուկում:

Դաշտը թուլացնելու հզոր ունակությամբ շարժիչը դեռևս ունի մեծ արագությամբ հատման բավարար տարածք՝ օգտակար ոլորող մոմենտ հաղորդելու համար:
Դաշտը թուլացնելու ունակությամբ շարժիչը տեսնում է, որ լարման սահմանային շրջանակը շատ արագ է փոքրանում՝ սեղմելով գործառնական կետը շատ փոքր հատվածի մեջ, և ելքային կարողությունը կտրուկ նվազում է:

3. Մշտական ​​հզորության շրջանի լայնությունը

Ճարտարագիտության մեջ 'հաստատուն հզորության տարածաշրջանը' հաճախ օգտագործվում է բարձր արագության ընդլայնման հնարավորությունները գնահատելու համար:
Մշտական ​​հզորության ավելի լայն շրջանը ցույց է տալիս, որ շարժիչը կարող է համեմատաբար բարձր հզորություն պահպանել բարձր արագություններում, այլ ոչ թե ժայռի նմանվող ոլորող մոմենտ ստեղծելու անկում ունենալ:

Եթե ​​առանցքային հոսքի շարժիչը վատ նախագծված է դաշտի թուլացման համար, նրա մշտական ​​հզորության շրջանը նկատելիորեն նեղ կլինի, և արագընթաց ծայրամասում հզորությունը արագ կնվազի:

4. Առավելագույն արագության հարաբերակցությունը գնահատված արագությանը

Այս հարաբերակցությունը կոչվում է նաև «դաշտի թուլացման արագության ընդլայնման գործակից»:
Սովորական մարդատար ավտոմեքենաների շարժիչ շարժիչների համար ցանկալի է ընդլայնման հարաբերակցությունը 3-ից 4 անգամ կամ ավելի, օրինակ՝ գնահատված 4000 պտ/րոպում և առավելագույնը 15000-18000 պտ/րոպում:
Արդյոք առանցքային հոսքի շարժիչը կարող է հասնել այս մակարդակին, կախված է ինդուկտիվության, հոսքի կապի, բևեռների զույգ թվի և կարգավորիչի լարման կարողության համակցված գնահատումից:

5. Բարձր արագության արդյունավետություն և ջերմաստիճանի բարձրացում

Դաշտի թուլացումը ոչ միայն «կարող է պտտվել», այլ նաև «որքան արդյունավետ է այն, երբ դա տեղի է ունենում»:
Եթե դաշտի թուլացման հոսանքը չափազանց մեծ է, պղնձի կորուստը կտրուկ աճում է, ինչը հանգեցնում է բարձր արագությամբ ջերմաստիճանի կտրուկ բարձրացման, ինչը կարող է նույնիսկ հանգեցնել մշտական ​​մագնիսների անդառնալի մագնիսացման:

Հետևաբար, դաշտերի թուլացման հնարավորությունը գնահատելիս կարևոր է նաև ուսումնասիրել բարձր արագության արդյունավետության MAP-ը և ջերմային կատարումը, ոչ միայն արագության թվերը:

IV. Ինչպե՞ս գնահատել գործնականում: Երեք մոտեցում

Մոտեցում 1. Էլեկտրամագնիսական մոդելավորում

Նախագծման փուլում ինժեներները սովորաբար կառուցում են առանցքային հոսքի շարժիչի էլեկտրամագնիսական մոդել՝ օգտագործելով վերջավոր տարրերի մոդելավորման ծրագրակազմ:

Տարբեր արագություններ և ընթացիկ վեկտորներ ավլելով՝ կարելի է ստանալ հետևյալը.

• Հետևի EMF ալիքի ձևը;

• Ուղղակի առանցքի և քառակուսային առանցքի ինդուկտիվություններ  Ld , Lq;

• Հոսքային կապ  Ψm;

• Բնութագրական ընթացիկ  Իչ;

• Լարման սահմանային էլիպսի և հոսանքի սահմանային շրջանագծի հատում;

• Առավելագույն ոլորող մոմենտ-արագության տեսական կորը;

• Արդյունավետության քարտեզ.

Այս տվյալները կարող են համակողմանիորեն արտացոլել շարժիչի դաշտի թուլացման ներուժը:
Այնուամենայնիվ, մոդելավորման ճշգրիտ արդյունքների համար մոդելը պետք է հավատարմորեն ներկայացնի առանցքային հոսքի վերջի արտահոսքի հոսքը, 3D մագնիսական շղթայի ուղիները և հագեցվածության բնութագրերը: Արդյունքում, առանցքային հոսքի շարժիչների մոդելավորումն ավելի շատ հիմնված է 3D վերջավոր տարրերի վերլուծության վրա՝ համեմատած սովորական ճառագայթային շարժիչների հետ:

Մոտեցում 2. նստարանի փորձարկում

Մոդելավորումը միայն տեսական է. ի վերջո, նստարանի չափումներ են պահանջվում:

Նստարանի թեստերը սովորաբար ներառում են.

• Հետևի EMF գործակիցի չափում;

•  Ինդուկտիվության չափում տարբեր ջերմաստիճաններում;

• Պիկ ոլորող մոմենտ-արագության արտաքին բնութագրիչ կորը;

• Անընդհատ գնահատված էներգիայի թողարկման հնարավորություն;

• Կայուն շահագործման ժամանակը առավելագույն արագությամբ;

• Արդյունավետության և ջերմաստիճանի բարձրացում բարձր արագությամբ դաշտերի թուլացման շրջանում;

• Մագնիսների ապամագնիսացումից հետո կատարողականի քայքայման փորձարկում:

Ամենակարևորը  ջերմաստիճանի բարձրացումն է արագընթաց դաշտի թուլացման շրջանում  և  շարունակական շահագործման հնարավորությունը .
Շատ առանցքային հոսքի նախատիպեր կարող են հասնել շատ բարձր արագությունների կարճաժամկետ պիկ փորձարկումների ժամանակ, բայց եթե դրանք գերտաքանան և նվազեն մի քանի րոպե շարունակական աշխատանքից հետո, դրանք չեն կարող համարվել որպես դաշտի թուլացման իսկապես որակյալ հնարավորություն:

Մոտեցում 3. Վերահսկիչ ռազմավարության համապատասխանության գնահատում

Դաշտի թուլացման հնարավորությունը կախված է ոչ միայն բուն շարժիչից, այլև կարգավորիչից և հսկողության ալգորիթմներից:

Վերահսկողության ընդհանուր ռազմավարությունները ներառում են.

• MTPA (առավելագույն ոլորող մոմենտ մեկ ամպերի համար);

• Դաշտի թուլացման հսկողություն;

• MTPV (առավելագույն ոլորող մոմենտ մեկ լարման համար);

• Լարման առաջընթաց և հոսանքի անջատում դաշտի խորը թուլացման ժամանակ:

Գնահատումը պետք է ուսումնասիրի, թե արդյոք կառավարման ռազմավարությունը կարող է ամբողջությամբ օգտագործել առանցքային հոսքի շարժիչի լարման և հոսանքի սահմանները:
Եթե ​​շարժիչի մարմինն ունի դաշտի թուլացման լավ պոտենցիալ, բայց կառավարման ալգորիթմը անբավարար է, ապա բարձր արագության դեպքում կարող են առաջանալ այնպիսի խնդիրներ, ինչպիսիք են ցնցումները, կառավարման կորուստը կամ չափազանց ցածր արդյունավետությունը:

V. Դիզայնի ո՞ր բարելավումները կարող են մեծացնել առանցքային հոսքի շարժիչների արագընթաց դաշտը թուլացնելու ունակությունը:

Եթե ​​գնահատումը բացահայտում է դաշտերի թուլացման անբավարար հնարավորությունները, բարելավման ընդհանուր ուղղությունները ներառում են.

1. Օպտիմալացնել ուղիղ առանցքի ինդուկտիվությունը

Ուղիղ առանցքի ինդուկտիվության պատշաճ մեծացումը կարող է նվազեցնել բնորոշ հոսանքը և բարձրացնել դաշտի թուլացման հնարավորությունը:
Դրան կարելի է հասնել բևեռների զույգերի քանակի ավելացման, անցքի երկրաչափությունը կարգավորելու, ոլորուն դասավորության օպտիմալացման, մագնիսական կամրջի լայնությունը մեծացնելու միջոցով և այլն:

Այնուամենայնիվ, ուղղակի առանցքի ինդուկտիվության աճը հաճախ հակասում է ոլորող մոմենտների խտությանը, ուստի անհրաժեշտ է բազմաբնույթ օպտիմալացում:

2. Չափավոր նվազեցնել հոսքի կապը

Օգտագործելով մագնիսներ մի փոքր ավելի ցածր մնացորդներով, բայց ավելի բարձր ջերմաստիճանի հանդուրժողականությամբ, կամ նվազեցնելով մագնիսների հաստությունը, կարող են նվազեցնել հետևի EMF-ն և բնորոշ հոսանքը:
Փոխզիջումը ցածր արագության ոլորող մոմենտների կրճատումն է, որը պետք է կշռվի ընդհանուր համակարգի պահանջների հետ:

3. Բարձրացնել դժկամության ոլորող մոմենտը

Բարձրացնելով ընդգծվածության հարաբերակցությունը (տարբերությունը քառակուսի և ուղիղ առանցքի ինդուկտացիաների միջև), դժկամության ոլորող մոմենտը կարող է ստանձնել թողարկման ավելի մեծ մասնաբաժին, նվազեցնելով կախվածությունը մշտական ​​մագնիսական հոսքի կապից:
Այս կերպ, բարձր արագությամբ դաշտի թուլացման դեպքում, հոսքային կապը զբաղեցնում է ավելի քիչ լարման գլխամաս՝ հեշտացնելով արագության երկարացումը:

4. Ընդունել հիբրիդային գրգռում կամ փոփոխական հոսք

Սա ավելի առաջադեմ մոտեցում է:
Սռնային հոսքի կառուցվածքում դաշտային ոլորունների կամ փոփոխական հոսքի մագնիսների ներդաշնակումը թույլ է տալիս ակտիվորեն նվազեցնել օդի բացերի հոսքը բարձր արագությամբ՝ փոխակերպելով «պասիվ դաշտի թուլացումը» «ակտիվ դաշտի թուլացման»:

Այս դիզայնը կարող է զգալիորեն բարելավել բարձր արագության արդյունավետությունը և մշտական ​​էներգիայի շրջանի լայնությունը, սակայն մեծացնում է կառուցվածքի բարդությունն ու արժեքը:

5. Բարելավել DC ավտոբուսի լարման օգտագործումը

Եթե ​​շարժիչն ինքնին ունի դաշտը թուլացնելու համեստ հնարավորություն, ապա հնարավոր է նաև հետ մղել «լարման պատը»՝ բարձրացնելով կարգավորիչի լարման մակարդակը, օգտագործելով SiC ինվերտորներ, օպտիմիզացնելով մոդուլյացիայի ռազմավարությունները և այլն՝ նույն ավտոբուսի լարումից ավելի արդյունավետ լարում ապահովելու համար:

Դա ավելի շատ տեղ է թողնում դաշտի թուլացման համար:

VI. Ընդհանուր սխալ պատկերացումներ

Գնահատելիս առանցքային հոսքի շարժիչների արագընթաց դաշտը թուլացնելու հնարավորությունը, հարկ է նշել մի քանի սխալ պատկերացումներ:

Սխալ կարծիք 1. Միայն նայելով առավելագույն արագությանը:

Բարձր առավելագույն արագությունը պարտադիր չէ, որ նշանակում է ուժեղ դաշտի թուլացման հնարավորություն, դա կարող է լինել պարզապես կարճաժամկետ արագության պոռթկում առանց կայուն օգտակար էներգիայի թողարկման:

Սխալ կարծիք 2. հավատալ, որ առանցքային հոսքի շարժիչները միշտ ունեն դաշտի վատ թուլացում:

Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, առանցքային հոսքը տոպոլոգիական հայեցակարգ է, և դաշտի թուլացման կոնկրետ կատարումը շատ տարբեր է: Որոշ բարձրորակ առանցքային հոսքի շարժիչներ կարող են նույնիսկ գերազանցել համեմատելի շառավղային հոսքի շարժիչներին դաշտի թուլացման ունակությամբ:

Սխալ կարծիք 3. Ջերմաստիճանի ազդեցության անտեսում:

Ե՛վ մշտական ​​մագնիսական հոսքի կապը, և՛ ոլորուն դիմադրությունը տարբերվում են ջերմաստիճանից: Բարձր ջերմաստիճանների դեպքում հոսքի կապը նվազում է՝ փոխելով դաշտի թուլացման ընթացիկ պահանջները: Գնահատումը պետք է օգտագործի տաք վիճակի պարամետրերը, ոչ միայն սառը վիճակի տվյալները:

Սխալ պատկերացում 4. Մոդելավորման առավելագույն արագությունը դիտարկել որպես իրական օգտագործելի արագություն:

Սիմուլյացիան հաճախ իրականացվում է իդեալական լարման, հոսանքի և ջերմաստիճանի պայմաններում: Փաստացի նստարանային փորձարկումներում կարգավորիչի ոչ գծայինությունը և ջերմային պաշտպանությունը կսահմանափակեն դաշտի թուլացման գործնական շրջանը:

VII. Եզրակացություն

Սռնու հոսքի շարժիչի բարձր արագությամբ դաշտը թուլացնելու հնարավորությունը, ըստ էության, համակարգային մակարդակի ինժեներական խնդիր է:

Դա կախված է ոչ միայն շարժիչի մարմնի էլեկտրամագնիսական ձևավորումից, այլև կառավարման ռազմավարությունից, ինվերտերի կարողությունից և ջերմային կառավարումից:
Գնահատումը չպետք է հիմնվի միայն մեկ կամ երկու պարամետրի վրա. փոխարենը պահանջում է համապարփակ դատողություն՝ հիմնված բնորոշ հոսանքի, լարման/հոսանքի սահմանային շրջանակների, մշտական ​​հզորության շրջանի լայնության, բարձր արագության արդյունավետության, ջերմաստիճանի բարձրացման և շարունակական շահագործման հնարավորության վրա:

Ինժեներների համար, ովքեր նպատակ ունեն իսկապես մղել առանցքային հոսքի շարժիչները դեպի բարձր արագությամբ էլեկտրական շարժիչներ,  դաշտի թուլացման հնարավորությունը ոչ թե «այն գոյություն ունի», այլ «արդյո՞ք շարժիչը կարող է կայուն և արդյունավետ երկարացնել արագությունը»:

Ապագայում, նոր նյութերի, նոր տոպոլոգիաների և բազմաֆիզիկական օպտիմիզացման տեխնիկայի առաջընթացով, արագընթաց դաշտի թուլացման տարածաշրջանում առանցքային հոսքի շարժիչների աշխատանքը կշարունակի բարելավվել:
Եվ դրանց դաշտը թուլացնելու հնարավորությունների ճշգրիտ և համակարգված գնահատումը գնալով ավելի կարևոր օղակ կդառնա էլեկտրական շարժիչների զարգացման գործում: