Сүүлийн жилүүдэд тэнхлэгийн урсгалын мотор нь цахилгаан хөтөчийн нийгэмлэгт улам бүр нэмэгдэж байна. Эдгээрийг олон хүн шинэ үеийн өндөр хүчин чадалтай моторуудын төлөөлөх чиглэлүүдийн нэг гэж үздэг, ялангуяа дугуйт мотор, дрон, цахилгаан спорт машин, эрлийз систем гэх мэт эзэлхүүн, жин чухал байдаг хэрэглээнд. Тэнхлэгийн урсгалын бүтэц нь эдгээр хувилбаруудад онцгой давуу талыг санал болгодог.
Гэсэн хэдий ч өндөр хурдны цахилгаан хөтөч системд тэнхлэгийн урсгалын моторыг үнэхээр ашиглахын тулд нэг техникийн сорилтоос зайлсхийх боломжгүй: Өндөр хурдны талбайг сулруулах чадвар хангалттай юу? Мөн үүнийг хэрхэн үнэлэх ёстой вэ?
I. Эхлээд ойлгоорой: Яагаад 'талбайн сулрал' үргэлж өндөр хурдтай байх ёстой вэ?
Байнгын соронзон синхрон моторын (PMSMs) үндсэн шинж чанар нь арын EMF хурдаар нэмэгддэг явдал юм.
Буцах EMF гэдэг нь мотор өөрөө эргэх үед 'үүсгэсэн' хүчдэл гэж энгийнээр ойлгож болно. Хурд тодорхой цэг хүртэл өсөхөд арын EMF нь хянагчийн нийлүүлж чадах хамгийн дээд хүчдэл буюу тогтмол гүйдлийн автобусны хүчдэлд ойртож эсвэл бүр давдаг. Энэ үед мотор нь гүйдэл шахах эсвэл хурдыг нэмэгдүүлэх боломжгүй болсон; үүнийг 'хүчдэлийн ханаар' үр дүнтэй хаадаг.
Тэгэхээр юу хийж болох вэ?
Энэ арга нь: моторын урсгалын холболтыг идэвхтэй багасгах, өөрөөр хэлбэл, соронзон орныг 'сул' болгож , арын EMF-ийг бууруулж, илүү өндөр хурдтай хүчдэлийн зайг чөлөөлнө. Үүнийг бид 'талбайн сулруулах хяналт' гэж нэрлэдэг.
Аналог:
Стандарт унадаг дугуй нь эхлэхэд том арааны харьцаа, өндөр эргэлт шаарддаг; Хэрэв та энэ том харьцааг өндөр хурдтайгаар барьвал хөл чинь хэмнэлийг гүйцэхгүй. Талбайн сулралыг хянах нь өндөр хурдтай хурдны араагаа багасгасантай адил бөгөөд таны хөлийн хэмнэлийг хэвээр хадгалахын зэрэгцээ тээврийн хэрэгслийн хурдыг үргэлжлүүлэн нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог.
II. Талбайн сулралт дахь тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн онцлог
Тэнхлэгийн урсгалын мотор нь нэг тогтмол загвар биш, харин топологийн өргөн ангилал юм. Тэдний нийтлэг шинж чанар нь ердийн радиаль урсгалын хөдөлгүүртэй адил радиаль бус харин тэнхлэгийн чиглэлд агаарын зайны урсгал урсдаг явдал юм.
Энэхүү бүтэц нь өндөр эргэлтийн нягтрал, хавтгай хэлбэрийн хүчин зүйл, тэнхлэгийн богино урт зэрэг давуу талуудыг авчрахаас гадна талбайн сулрах чадвартай холбоотой зарим шинж чанарыг танилцуулдаг.
Хамгийн их нөлөөлсөн хүчин зүйлүүдийн нэг нь: олон тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрүүд харьцангуй бага индукцтэй байдаг.
Хөдөлгүүрийн талбайн сулрах чадвар нь шууд тэнхлэгийн индукц Ld ба урсгалын холболтын Ψm харьцаатай нягт холбоотой байдаг . Энгийнээр хэлбэл, шууд тэнхлэгийн индукц их байх тусам урсгалын холболт бага байх тусам талбайн сулрал нь онолын хувьд хялбар болж, өндөр хурдны өргөтгөлийн чадвар илүү хүчтэй болно.
Өндөр моментийн нягтралыг эрэлхийлдэг олон тэнхлэгийн урсгалын моторууд нь богино соронзон зам, богино төгсгөлийн ороомогтой байдаг тул байгалийн индукц багатай байдаг. Иймээс урсгалын холболтыг цуцлахын тулд илүү их талбайн сулралтын гүйдэл шаардагддаг бөгөөд энэ нь өндөр хурдтай үед зэсийн алдагдлыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх, үр ашиг буурах, тэр ч байтугай талбайн сулрах чадвар хангалтгүй байх магадлалтай.
Гэхдээ анхаарна уу: бүх тэнхлэгийн урсгалын моторууд талбайн сул дорой үзүүлэлттэй байдаггүй.
Энэ нь тодорхой загвараас хамаарна. Жишээлбэл, олон давхаргат соронз ашиглах, хос туйлын тоог нэмэгдүүлэх, ороомгийн тохиргоог оновчтой болгох эсвэл дурамжхан эргүүлэх хүчийг нэмэгдүүлэх зэрэг нь талбайн сулралын гүйцэтгэлийг сайжруулдаг.
Тиймээс үнэлгээ хийхдээ 'тэнхлэгийн урсгалын мотор үргэлж сул талбартай байдаг' гэж хэлж болохгүй; тодорхой загвар тус бүрээр тухайн тохиолдол тус бүрээр үнэлэгдэх ёстой.
III. Талбайн сулрах чадварыг үнэлэх гол үзүүлэлтүүд юу вэ?
Инженерийн практикт тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн өндөр хурдны талбайн сулрах чадварыг үнэлэх нь ихэвчлэн дараах үндсэн параметрүүд ба муруйг агуулдаг.
1. Онцлог гүйдэл
Онцлог гүйдлийг дараах байдлаар тодорхойлно.
Энд Ψm нь тогтмол соронзон урсгалын холболт, Ld нь шууд тэнхлэгийн индукц юм.
Хэрэв шинж чанарын гүйдэл нь хянагчийн гаралтын хамгийн их гүйдлээс бага байвал мотор онолын хувьд 'хязгааргүй талбайн сулралт' бүсэд орж, маш өндөр хурдыг сунгах боломжийг олгоно.
Хэрэв шинж чанарын гүйдэл нь хамгийн их гүйдэлээс их байвал энэ нь бүх гүйдлийг талбайн сулралд ашиглах нь урсгалын холболтыг цуцлахад хангалтгүй бөгөөд өндөр хурдны өргөтгөлийн чадварыг хязгаарладаг гэсэн үг юм.
Онцлог гүйдэл нь талбайн сулрах боломжийг үнэлэх хамгийн ойлгомжтой үзүүлэлт юм.
2. Хүчдэлийн хязгаарын тойрог ба гүйдлийн хязгаарын тойрог
Одоогийн векторын хавтгай дээр моторын ажиллагааг хоёр тойрогоор хязгаарладаг.
Хурд нэмэгдэх тусам хүчдэлийн хязгаарын тойрог багасдаг. Хөдөлгүүрийн ажиллах цэг нь эдгээр хоёр тойргийн огтлолцол дотор байх ёстой.
Хүчтэй талбарыг сулруулах чадвартай мотор нь өндөр хурдтай үед ашигтай эргүүлэх хүчийг өгөх хангалттай уулзвар талбайтай хэвээр байна.
Талбайн сулрах чадвар муутай мотор нь хүчдэлийн хязгаарын тойрог хэт хурдан агшиж, ажиллах цэгийг маш жижиг бүс болгон шахаж, гаралтын чадвар огцом буурдаг.
3. Тогтмол чадлын бүсийн өргөн
Инженерийн хувьд 'тогтмол эрчим хүчний бүс'-ийг ихэвчлэн өндөр хурдны өргөтгөлийн чадварыг үнэлэхэд ашигладаг.
Тогтмол чадлын илүү өргөн хүрээтэй бүс нь мотор нь хадан цохион шиг эргүүлэх моментийн уналтыг мэдрэхээс илүү өндөр хурдтай харьцангуй өндөр чадлын гаралтыг хадгалж чадна гэдгийг харуулж байна.
Хэрэв тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүр нь талбайн сулралд зориулж муу хийгдвэл түүний тогтмол чадлын бүс мэдэгдэхүйц нарийсч, өндөр хурдны төгсгөлийн хүч хурдан буурдаг.
4. Хамгийн дээд хурдыг нэрлэсэн хурдтай харьцуулсан харьцаа
Энэ харьцааг мөн 'талбайн сулрах хурдны тэлэлтийн харьцаа' гэж нэрлэдэг.
Суудлын тээврийн хэрэгслийн жолоодлогын ердийн моторын хувьд өргөтгөлийн харьцаа 3-4 дахин буюу түүнээс дээш байх шаардлагатай, тухайлбал, 4000 эрг/мин, дээд тал нь 15000–18000 эрг/мин хурдтай байх ёстой.
Тэнхлэгийн урсгалын мотор энэ түвшинд хүрч чадах эсэх нь индукц, урсгалын холболт, туйлын хосын тоо, хянагчийн хүчдэлийн чадавхийг хослуулсан үнэлгээнээс хамаарна.
5. Өндөр хурдны үр ашиг, температурын өсөлт
Талбайн сулрал нь зөвхөн 'эргэх боломжтой эсэхээс' төдийгүй 'эргэх үед хэр үр ашигтай байдаг' юм.
Хэрэв талбайн сулрах гүйдэл хэт их байвал зэсийн алдагдал эрс нэмэгдэж, өндөр хурдтай температурын огцом өсөлтөд хүргэдэг бөгөөд энэ нь бүр байнгын соронзыг эргэлт буцалтгүй соронзгүйжүүлэхэд хүргэдэг.
Тиймээс талбайн сулрах чадварыг үнэлэхдээ зөвхөн хурдны тоо биш, өндөр хурдны үр ашигтай MAP болон дулааны гүйцэтгэлийг шалгах нь чухал юм.
IV. Практикт хэрхэн үнэлэх вэ? Гурван хандлага
Арга 1: Цахилгаан соронзон симуляци
Загварын үе шатанд инженерүүд ихэвчлэн төгсгөлийн элементийн симуляцийн программ хангамж ашиглан тэнхлэгийн урсгалын моторын цахилгаан соронзон загварыг бүтээдэг.
Янз бүрийн хурд ба гүйдлийн векторуудыг шүүрдэх замаар дараахь зүйлийг олж авах боломжтой.
Буцах EMF долгионы хэлбэр;
Шууд тэнхлэг ба квадрат тэнхлэгийн индукц Ld , Lq;
Урсгалын холболт Ψm;
Онцлог гүйдэл Ich;
Хүчдэлийн хязгаарын эллипс ба гүйдлийн хязгаарын тойргийн огтлолцол;
Онолын хамгийн их эргүүлэх момент-хурдны муруй;
Үр ашгийн газрын зураг.
Эдгээр өгөгдөл нь моторын талбайн сулрах боломжийг бүрэн тусгаж чадна.
Гэсэн хэдий ч загварчлалын үр дүнг үнэн зөв гаргахын тулд загвар нь тэнхлэгийн урсгалын төгсгөлийн алдагдлын урсгал, 3D соронзон хэлхээний зам, ханалтын шинж чанарыг үнэн зөвөөр илэрхийлэх ёстой. Үүний үр дүнд тэнхлэгийн урсгалын моторын симуляци нь ердийн радиаль мотортой харьцуулахад 3D хязгаарлагдмал элементийн шинжилгээнд илүү тулгуурладаг.
Арга 2: Вандан туршилт
Симуляци нь зөвхөн онолын шинж чанартай байдаг; эцэст нь вандан хэмжилт хийх шаардлагатай.
Вандан шалгалтанд ихэвчлэн дараахь зүйлс орно.
Буцах EMF коэффициентийг хэмжих;
Өөр өөр температурт индукцийн хэмжилт;
Оргил моментийн хурдны гадаад шинж чанарын муруй;
Тасралтгүй нэрлэсэн цахилгаан гаралтын чадвар;
Тогтвортой ажиллах хугацаа хамгийн их хурдтай байх;
Өндөр хурдтай талбайн сулралт бүсэд үр ашиг, температурын өсөлт;
Соронзон соронзгүйжүүлсний дараа гүйцэтгэлийн доройтлын туршилт.
Хамгийн чухал нь өндөр хурдны талбайн суларч буй бүс дэх температурын өсөлт ба тасралтгүй ажиллах чадвар юм .
. Олон тэнхлэгийн урсгалын загварууд богино хугацааны оргил туршилтын үед маш өндөр хурдтай хүрч чаддаг боловч хэдэн минутын турш тасралтгүй ажилласны дараа хэт халж, буурдаг бол тэдгээрийг талбайн сулрах чадвартай гэж үзэх боломжгүй юм.
Арга 3: Стратегийн тохирлын үнэлгээг хянах
Талбайг сулруулах чадвар нь зөвхөн мотороос гадна хянагч болон хяналтын алгоритмаас хамаарна.
Хяналтын нийтлэг стратегиудад:
MTPA (Ампер тутамд хамгийн их эргэлт);
Талбайн сулралт хяналт;
MTPV (хүчдэлд ногдох хамгийн их эргэлт);
Гүн талбайн сулралт дахь хүчдэлийн дамжуулалт ба гүйдлийг салгах.
Үнэлгээ нь хяналтын стратеги нь тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн хүчдэл ба гүйдлийн хязгаарыг бүрэн ашиглаж чадах эсэхийг шалгах ёстой.
Хөдөлгүүрийн бие нь талбайг сулруулах сайн чадвартай боловч хяналтын алгоритм нь хангалтгүй бол өндөр хурдтай үед чичиргээ, хяналт алдагдах эсвэл хэт бага үр ашиг зэрэг асуудлууд гарч болзошгүй.
V. Ямар дизайны сайжруулалт нь тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн өндөр хурдны талбайн сулрах чадварыг нэмэгдүүлэх боломжтой вэ?
Үнэлгээний явцад талбайн сулрах чадвар хангалтгүй гэж үзвэл сайжруулах нийтлэг чиглэлүүд нь:
1. Шууд тэнхлэгийн индукцийг оновчтой болгох
Шууд тэнхлэгийн индукцийг зохих ёсоор нэмэгдүүлэх нь шинж чанарын гүйдлийг бууруулж, талбайн сулрах чадварыг нэмэгдүүлдэг.
Үүнийг туйлын хосын тоог нэмэгдүүлэх, үүрний геометрийг тохируулах, ороомгийн зохион байгуулалтыг оновчтой болгох, соронзон гүүрний өргөнийг нэмэгдүүлэх гэх мэт аргаар хийж болно.
Гэсэн хэдий ч шууд тэнхлэгийн индукцийг нэмэгдүүлэх нь эргүүлэх моментийн нягтралтай ихэвчлэн зөрчилддөг тул олон объектын оновчлол шаардлагатай.
2. Урсгалын холбоосыг дунд зэрэг багасгах
Үлдэгдэл багатай боловч өндөр температурт тэсвэртэй соронз ашиглах эсвэл соронзон зузааныг багасгах нь EMF болон шинж чанарын гүйдлийг бууруулдаг.
Худалдаа бол бага хурдны эргэлтийн моментийн бууралт бөгөөд үүнийг системийн ерөнхий шаардлагуудтай харьцуулах шаардлагатай.
3. Дургүйтлийн моментийн хувь нэмрийг нэмэгдүүлэх
Тохиромжтой байдлын харьцааг (квадрат ба шууд тэнхлэгийн индуктив хоорондын ялгаа) нэмэгдүүлснээр дурамжийн момент нь гарцын илүү их хувийг эзэлж, байнгын соронзон урсгалын холболтоос хамаарлыг бууруулдаг.
Ийм маягаар, өндөр хурдны талбайн сулралт үед урсгалын холболт нь бага хүчдэлийн зай эзэлдэг тул хурдыг сунгахад хялбар болгодог.
4. Гибрид өдөөлт буюу хувьсах урсгалыг нэвтрүүлэх
Энэ бол илүү дэвшилтэт арга юм.
Талбайн ороомог буюу хувьсах урсгалын соронзыг тэнхлэгийн урсгалын бүтцэд оруулах нь агаарын зайны урсгалыг өндөр хурдтайгаар идэвхтэй багасгаж, 'талбарын идэвхгүй сулрал'-ыг 'идэвхтэй талбайн сулрал' болгон хувиргах боломжийг олгодог.
Энэхүү загвар нь өндөр хурдны үр ашиг, тогтмол эрчим хүчний бүсийн өргөнийг мэдэгдэхүйц сайжруулж болох боловч бүтцийн нарийн төвөгтэй байдал, зардлыг нэмэгдүүлдэг.
5. Тогтмол гүйдлийн автобусны хүчдэлийн ашиглалтыг сайжруулах
Хэрэв мотор өөрөө талбарыг бага зэрэг сулруулах чадвартай бол хянагчийн хүчдэлийн түвшинг дээшлүүлж, SiC инвертер ашиглан, модуляцын стратегийг оновчтой болгох гэх мэт замаар 'хүчдэлийн ханыг' буцааж түлхэж, ижил хүчдэлээс илүү үр дүнтэй хүчдэл өгөх боломжтой.
Энэ нь талбайг сулруулахад илүү их зай үлдээдэг.
VI. Нийтлэг буруу ойлголт
Тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн өндөр хурдны талбайн сулрах чадварыг үнэлэхдээ хэд хэдэн буруу ойлголтыг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Төөрөгдөл 1: Зөвхөн хамгийн дээд хурдыг хардаг.
Өндөр дээд хурд нь талбайн хүчийг сулруулдаг гэсэн үг биш - энэ нь зөвхөн ашигтай эрчим хүчний гаралтгүйгээр богино хугацааны хурдны тэсрэлт байж болно.
Буруу ойлголт 3: Температурын нөлөөллийг үл тоомсорлох.
Байнгын соронзон урсгалын холболт ба ороомгийн эсэргүүцэл хоёулаа температураас хамаарч өөр өөр байдаг. Өндөр температурт урсгалын холболт буурч, талбайн сулрах гүйдлийн шаардлагыг өөрчилдөг. Үнэлгээ нь зөвхөн хүйтэн төлөвийн өгөгдлийг бус халуун төлөвийн параметрүүдийг ашиглах ёстой.
Төөрөгдөл 4: Симуляцийн дээд хурдыг бодит ашиглах боломжтой хурд гэж үзэх.
Симуляци нь ихэвчлэн хамгийн тохиромжтой хүчдэл, гүйдэл, температурын нөхцөлд явагддаг. Бодит вандан туршилтын үед хянагч шугаман бус байдал ба дулааны хамгаалалт нь практик талбайн сулрах бүсийг хязгаарлах болно.
VII. Дүгнэлт
Тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн өндөр хурдны талбайг сулруулах чадвар нь үндсэндээ системийн түвшний инженерийн асуудал юм.
Энэ нь зөвхөн моторын биеийн цахилгаан соронзон дизайнаас гадна хяналтын стратеги, инвертерийн чадвар, дулааны менежментээс хамаарна.
Үнэлгээ нь зөвхөн нэг эсвэл хоёр үзүүлэлт дээр тулгуурлах ёсгүй; Үүний оронд гүйдэл, хүчдэл/гүйдлийн хязгаарын тойрог, тогтмол чадлын бүсийн өргөн, өндөр хурдны үр ашиг, температурын өсөлт, тасралтгүй ажиллах чадвар дээр суурилсан цогц дүгнэлтийг шаарддаг.
Тэнхлэгийн урсгалын моторыг өндөр хурдны цахилгаан хөтөчийн хэрэглээнд үнэхээр түлхэхийг зорьж буй инженерүүдийн хувьд талбарыг сулруулах чадвар нь 'байсан эсэхээс' биш, харин 'мотор хурдыг тогтвортой, үр ашигтайгаар нэмэгдүүлж чадах эсэх'-ийн асуудал юм.
Ирээдүйд шинэ материал, шинэ топологи, олон физикийн оновчлолын техник технологийн дэвшлийн ачаар өндөр хурдны талбайн сулралт бүс дэх тэнхлэгийн урсгалын хөдөлгүүрийн гүйцэтгэл сайжирна.
Тэдний талбайн сулрах чадварыг үнэн зөв, системтэйгээр үнэлэх нь цахилгаан хөтөчийг хөгжүүлэх чухал холбоос болж хувирах болно.
