Դիզայնի հիմնական կետերը փոփոխական դժկամությունը լուծողների համար

I. Փոփոխական դժկամությունը լուծողների հիմնական սկզբունքները

Նախ, դիզայնը հասկանալու համար պետք է հասկանալ դրա հիմնարար տարբերությունները ավանդական ռոտորային լուծիչներից.

· Ավանդական լուծիչ.

և՛ ստատորը, և՛ ռոտորն ունեն ոլորուն: Գրգռման ազդանշանը և ելքային ազդանշանը էլեկտրամագնիսական կերպով առաջանում են օդային բացվածքով:

· Փոփոխական դժկամության (VR) լուծիչ.

միայն ստատորն ունի ոլորուն : Ռոտորը ֆերոմագնիսական ոչ վերքավոր բաղադրիչ է, որը կազմված է ընդգծված բևեռներից կամ ատամնավոր կառուցվածքից: Դրա աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է դժկամության փոփոխության վրա.

o Ստատորի ոլորուններ.

սովորաբար ներառում են մեկ գրգռման ոլորուն (առաջնային) և երկու ելքային ոլորուն (սինուսային և կոսինուսային ոլորուններ, երկրորդական), որոնք տարածականորեն ուղղանկյուն են (90 էլեկտրական աստիճան հեռավորության վրա):

o Ռոտորի պտույտ.

Երբ ընդգծված բևեռներով ռոտորը պտտվում է, այն փոխում է օդի բացվածքի երկարությունը և մագնիսական շղթայի դժկամությունը:

o Ազդանշանի մոդուլացիա.

օդի բացվածքի դժկամության փոփոխությունը մոդուլավորում է (ամպլիտուդի մոդուլյացիա) լարման ամպլիտուդը, որն առաջանում է ելքային ոլորուններում գրգռման մագնիսական դաշտի կողմից: Երկու ելքային ոլորունների ամպլիտուդային ծրարները համապատասխանաբար ռոտորի անկյան սինուսոիդային և կոսինուսային ֆունկցիաներ են:

Դրա առավելություններն են՝ պարզ կառուցվածքը, կոշտ և դիմացկուն (առանց խոզանակների), ցածր արժեքը, բարձր հուսալիությունը, բարձր արագությամբ և բարձր ջերմաստիճանի միջավայրերին դիմակայելու ունակությունը : Թերությունն այն է, որ ճշտությունը և գծայինությունը սովորաբար մի փոքր ավելի ցածր են, քան բարձր ճշգրտության վիրակապ ռոտորների լուծիչները:

II. Դիզայնի գործընթացը և հիմնական նկատառումները

Դիզայնի գործընթացը կրկնվող է և սովորաբար հետևում է հետևյալ քայլերին.

1. Սահմանել դիզայնի բնութագրերը

Սա մեկնարկային կետն է բոլոր նախագծերի համար և նախ պետք է հստակեցվի.

· Բևեռների զույգերի քանակը (P).

Որոշում է էլեկտրական և մեխանիկական անկյունների միջև կապը (θ_էլեկտրական = P * θ_մեխանիկական): Ընդհանուր կոնֆիգուրացիաներն են 1 բևեռային զույգ (միաբևեռ) և 2 բևեռ զույգ (երկբևեռ): Բևեռների զույգերի քանակը ազդում է ճշգրտության և առավելագույն արագության վրա:

· Ճշգրտության պահանջներ.

սովորաբար արտահայտվում է աղեղնային րոպեներով (′) կամ միլիռադիաններով (mrad): Բարձր ճշգրտության նմուշները պահանջում են չափազանց մեծ պահանջներ արտադրության, նյութերի և մագնիսական դաշտի ներդաշնակության ճնշման նկատմամբ:

· Մուտքային գրգռման ազդանշան.

գրգռման լարման ամպլիտուդ, հաճախականություն (սովորականներն են 4kHz, 10kHz և այլն), ալիքի ձև (սովորաբար սինուսոիդային):

· Փոխակերպման հարաբերակցություն (TR)՝

ելքային լարման և մուտքային լարման հարաբերակցությունը (առավելագույն միացման դիրքում):

· Էլեկտրական սխալ.

Ներառում է ֆունկցիայի սխալ, զրոյական լարման սխալ, փուլային սխալ և այլն:

· Գործառնական միջավայր.

Ջերմաստիճանի միջակայք, թրթռում, ցնցում, խոնավություն, ներթափանցման պաշտպանության (IP) վարկանիշ:

· Չափի սահմանափակումներ.

արտաքին տրամագիծ, ներքին փոս, հաստություն (երկարություն):

· Իմպեդանսի պարամետրեր.

մուտքային/ելքային դիմադրություն, որը ազդում է հետագա սխեմաների հետ համապատասխանության վրա:

2. Էլեկտրամագնիսական դիզայն - հիմնական մաս

· Ստատորի/ռոտորի շերտավորման ձևավորում.

o Նյութի ընտրություն.

Սովորաբար օգտագործվում են սիլիցիումային պողպատե թիթեղներ՝ բարձր թափանցելիությամբ և ցածր երկաթի կորստով (օրինակ՝ DW540, 50JN400):

o Pole-Slot համակցություն.

սա դիզայնի հոգին է: Ստատորի անցքերի (Zs) և ռոտորի ընդգծված բևեռների (Zr) թիվը պետք է որոշվի: Ամենատարածված համակցությունը Zr = 2P է (ռոտորի բևեռների թիվը հավասար է բևեռների զույգերի թվի կրկնակի), իսկ Zs-ը Zr-ի բազմապատիկն է: Օրինակ, միաբևեռ լուծիչը (P=1) հաճախ օգտագործում է Zs=4, Zr=2 ; երկբևեռ լուծիչը (P=2) հաճախ օգտագործում է Zs=8, Zr=4 կամ Zs=12, Zr=6.

o Սլոտ/բևեռի ձև.

ատամների ձևը (զուգահեռ, նեղացած) ազդում է մագնիսական դաշտի բաշխման և ներդաշնակության պարունակության վրա: Չափերը, ինչպիսիք են ատամի լայնությունը, բացվածքի լայնությունը և լծի հաստությունը, օպտիմալացման կարիք ունեն՝ առավելագույնի հասցնելու հիմնական մագնիսական շարժիչ ուժը (MMF) և նվազագույնի հասցնել անցքերի ներդաշնակությունը:

o Օդային բացվածք.

օդային բացվածքի չափը կարևոր փոխզիջում է: Փոքր օդային բացը մեծացնում է փոխակերպման հարաբերակցությունը և ազդանշանի ուժը, բայց մեծացնում է արտադրության դժվարությունը, էքսցենտրիկության նկատմամբ զգայունությունը և ոլորող մոմենտների ալիքը: Օդի մեծ բացը հակառակ ազդեցությունն է ունենում։ Սովորաբար նախագծված է 0,05 մմ - 0,25 մմ:

· Փաթաթման դիզայն.

o Տեսակ.

Օգտագործվում են սովորաբար բաշխված ոլորուն կամ կենտրոնացված (ատամի) ոլորուն: Բաշխված ոլորունները (մեկ կծիկ, որը ընդգրկում է մի քանի անցք) առաջացնում է ավելի սինուսոիդային մագնիսական դաշտ, բայց արտադրությունը ավելի բարդ է. կենտրոնացված ոլորունները ավելի պարզ են, բայց ունեն ավելի բարձր ներդաշնակություն:

o Շրջադարձի հաշվարկ.

ելնելով թիրախային փոխակերպման հարաբերակցության, գրգռման լարման և հաճախականության վրա, էլեկտրամագնիսական հաշվարկի միջոցով որոշեք գրգռման ոլորուն և սինուսի/կոսինուսի ոլորունների պտույտների քանակը: Երկու ելքային ոլորունների պտույտների քանակը պետք է լինի խիստ նույնական:

o Միացման եղանակ.

Համոզվեք, որ սինուսի և կոսինուսի ոլորունները միմյանցից խստորեն 90 աստիճանի էլեկտրական հեռավորության վրա են:

3. Մագնիսական դաշտի սիմուլյացիա և օպտիմիզացում (FEA Simulation)՝ ժամանակակից դիզայնի հիմնական գործիք

Զուտ վերլուծական հաշվարկները շատ բարդ են և անբավարար ճշգրիտ: Վերջնական տարրերի վերլուծության (FEA) ծրագրակազմը (օրինակ՝ JMAG, ANSYS Maxwell, Simcenter Magnet) կարևոր է:

· Ստատիկ դաշտի սիմուլյացիա.

հաշվարկել մագնիսական դաշտի բաշխումը, ինդուկտիվության մատրիցը և ելքային ներուժը ռոտորի տարբեր անկյուններում:

· Անցումային դաշտի սիմուլյացիա.

կիրառեք փաստացի գրգռման լարումը ելքային լարման ալիքի ձևը մոդելավորելու համար՝ ավելի ճշգրիտ արտացոլելով կատարումը:

· Պարամետրային օպտիմիզացում.

Կատարեք պարամետրային մաքրումներ և հիմնական չափսերի օպտիմալացում, ինչպիսիք են ատամի ձևը, օդի բացը և բացվածքը նվազագույնի հասցնելու սխալը (օրինակ՝ THD) և առավելագույնի հասցնելու փոխակերպման հարաբերակցությունը:

· Սխալների վերլուծություն.

հաշվարկել էլեկտրական սխալը սիմուլյացիայի միջոցով և վերլուծել սխալի աղբյուրները (օրինակ՝ ներդաշնակություն, կոգնման էֆեկտ, հագեցվածության էֆեկտ):

4. Մեխանիկական կառուցվածքի նախագծում

· Բնակարան և առանցքակալներ.

Նախագծեք աջակցող կառուցվածքը և ընտրեք համապատասխան առանցքակալներ՝ ապահովելու ռոտորի և ստատորի միջև համակենտրոնությունը և օդի բացվածքի նվազագույն տատանումները՝ դիմակայելով սահմանված թրթռումներին և ցնցումներին:

· Լիսեռի միացում.

նախագծել առանցքների, հարթ անցքի կամ սերվո ինտերֆեյսի՝ շարժիչի լիսեռի հետ հուսալի միացում և առանց հակահարվածի փոխանցում ապահովելու համար:

· Ջերմային կառավարում.

հաշվի առեք ոլորունների և երկաթի կորուստներից ջերմության առաջացումը՝ բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում գերտաքացումից խուսափելու համար: Ջերմային ուղիների նախագծումը երբեմն անհրաժեշտ է:

· Էլեկտրամագնիսական պաշտպանություն.

անհրաժեշտության դեպքում ավելացրեք վահան՝ արտաքին մագնիսական դաշտերի միջամտությունը կանխելու համար:

5. Ազդանշանների մշակման սխեմայի նկատառումներ

Թեև լուծիչի մարմնի դիզայնի մաս չէ, այն պետք է դիտարկել սիներգետիկորեն.

· RDC (Resolver-to-Digital Converter).

Ընտրեք RDC չիպ (օրինակ՝ AD2S1205, AU6802), որը համապատասխանում է լուծիչի դիմադրությանը և գրգռման հաճախականությանը: Նախագծման ընթացքում անհրաժեշտ է մուտքային դիմադրության համապատասխանություն:

· Գրգռման շարժիչ միացում.

Պահանջում է ուժային օպերացիոն միացում, որը կարող է ապահովել մաքուր, կայուն սինուսային ալիք:

· Ֆիլտրի միացում.

զտել ելքային ազդանշանները՝ ճնշելու բարձր հաճախականության աղմուկը և ներդաշնակությունը:

III. Դիզայնի մարտահրավերներ և հիմնական տեխնոլոգիաներ

1. Հարմոնիկ ճնշում.

իր դժկամության տատանումների ոչ գծայինության պատճառով VR լուծիչի ելքային լարումը պարունակում է հարուստ ներդաշնակություն, որոնք սխալի հիմնական պատճառն են: Մեթոդները, ինչպիսիք են բևեռ-սլոտի համակցման օպտիմալացումը, շեղումը (անցքեր կամ բևեռներ) և ստատորի ատամների վրա օժանդակ անցքեր ավելացնելը, կարող են արդյունավետ կերպով ճնշել ներդաշնակությունը:

2. Հավասարակշռման ճշգրտություն և ծախսեր.

բարձր ճշգրտությունը ենթադրում է ավելի ճշգրիտ մշակում (ավելի փոքր օդի բացվածք, ավելի բարձր համակենտրոնություն), ավելի որակյալ նյութեր (ավելի բարձր կարգի սիլիկոնային պողպատ), ավելի բարդ ձևավորում (օրինակ՝ ավելի շատ բևեռների զույգեր, կոտորակային անցքեր) և ավելի խիստ գործընթացներ, ինչը հանգեցնում է ծախսերի կտրուկ աճի:

3. Ջերմաստիճանի շեղում.

ոլորունների դիմադրությունը և սիլիցիումային պողպատի հատկությունները փոխվում են ջերմաստիճանի հետ՝ առաջացնելով ամպլիտուդ և փուլային շեղում: Շղթայում կամ ծրագրաշարում փոխհատուցում է պահանջվում, կամ էլեկտրամագնիսական նախագծման ժամանակ պետք է ընտրվեն լավ ջերմաստիճանի կայունություն ունեցող նյութեր:

Ամփոփում

Դիզայնի առաջարկություններ.

1. Սկսեք Տեխնիկական պայմաններից.

Նախ, մանրակրկիտ հասկացեք ձեր դիմումի սցենարի հատուկ պահանջները՝ կապված ճշգրտության, չափի և շրջակա միջավայրի հետ:

2. Օգտագործեք ապացուցված լուծումներ.

սկսեք դասական բևեռների համակցություններից (օրինակ՝ 4-2, 8-4), քանի որ դրանք ստուգված և հուսալի մեկնարկային կետ են:

3. Սիմուլյացիայի վրա հիմնված դիզայն.

մի կանգ առեք տեսական հաշվարկների վրա. անմիջապես օգտագործեք FEM ծրագրակազմը՝ մոդելավորման և օպտիմալացման պարամետրային մոդել ստեղծելու համար: Սա առանցքային է դիզայնի հաջողության մակարդակը բարելավելու և զարգացման ցիկլերը կրճատելու համար:

4. Կրկնել և փորձարկել.

նախատիպը կառուցելուց հետո կատարեք կատարողականի համապարփակ թեստեր (սխալ, ջերմաստիճանի բարձրացում, թրթռում և այլն), համեմատեք մոդելավորման արդյունքների հետ, վերլուծեք տարբերությունների պատճառները և անցեք դիզայնի հաջորդ կրկնությանը:

5. Մտածեք համակարգի մակարդակով.

դիտարկեք և վրիպազերծեք լուծիչի սենսորը և ներքև RDC սխեման որպես ինտեգրված համակարգ:

Փոփոխական դժկամության լուծիչների նախագծումը խիստ գործնական տեխնոլոգիա է, որը պահանջում է տեսության, մոդելավորման և փորձերի կրկնվող ցիկլեր: