Analisis Herotan Isyarat Sin/Cos dalam Penyelesai Jenis Keengganan Di Bawah Gangguan Elektromagnetik Kuat -Penderia Penyelesai EV

Dalam aplikasi seperti pemacu elektrik kenderaan tenaga baharu dan servos industri, jenis keengganan penyelesai digunakan secara meluas sebagai penderia kedudukan rotor motor. Ia tidak mengandungi cip semikonduktor, menahan suhu tinggi dan menahan getaran -ia kelihatan sangat ' lasak.' Walau bagaimanapun, ramai jurutera menghadapi isu yang membingungkan di tapak: sebaik sahaja kuasa motor meningkat dan frekuensi pensuisan PWM meningkat, isyarat keluaran sinus/kosinus penyelesai menghasilkan gangguan, topping rata, herotan sampul surat, herotan sampul surat, dan anolemali sudut yang lain. kesalahan.

I. Apakah Rupa Isyarat Sinus/Kosinus Penyelesai Biasa?

Struktur penyelesai jenis keengganan adalah agak mudah: stator membawa belitan pengujaan dan dua belitan keluaran ortogon spatial, manakala pemutar diperbuat daripada tiang menonjol keluli silikon berbentuk khas tanpa belitan. Pengujaan sinusoidal frekuensi tinggi digunakan pada penggulungan pengujaan:

Apabila pemutar berputar mengikut sudut θ , kedua-dua belitan keluaran masing-masing teraruh:

Dalam amalan, setiap isyarat adalah berbeza, contohnya, S1-S3 dan S2-S4. Seperti yang dapat dilihat, keluaran penyelesai ialah pembawa frekuensi tinggi yang amplitudnya dimodulasi oleh sudut pemutar  θ  . Pada osiloskop, bentuk gelombang muncul sebagai dua sampul yang berbeza dengan sudut sebagai sinus dan kosinus, masing-masing.

Cip penyahkodan -Resolver-to-Digital Converter (RDC) -menyahmodulasi isyarat ini, mengekstrak sampul surat dan mengira sudut melalui  

II. Dari Mana Datangnya Gangguan Elektromagnet Yang Kuat

Penyelesai biasanya dipasang pada hujung motor, dikelilingi oleh persekitaran gangguan elektromagnet kuat biasa:

·  Pensuisan berkelajuan tinggi bagi IGBT/MOSFET : Kekerapan pembawa PWM pengawal motor biasanya dalam julat beberapa kHz hingga puluhan kHz, tetapi tepi pensuisan hanya berpuluh hingga ratusan nanosaat, dengan spektrum memanjang sehingga puluhan MHz.

·  Bar bas kuasa dan kabel fasa : Perubahan pantas dalam arus tinggi dan voltan tinggi menjana medan elektrik dan magnet yang kuat.

·  Operasi penyentuh dan geganti : Menghasilkan denyutan arka dan sementara.

·  Penukar kuasa : Riak dan harmonik daripada menukar bekalan kuasa.

Setelah gangguan ini berpasangan ke dalam garis isyarat penyelesai, ia menindih pada isyarat sinus/kosinus yang bersih.

III. Bagaimana Gangguan Memasuki Rantaian Isyarat

Terdapat empat laluan utama yang melaluinya gangguan memasuki rantai isyarat penyelesai:

1. Gandingan radiasi
Talian kuasa dan nod pensuisan bertindak seperti antena pemancar, manakala abah-abah pendawaian penyelesai bertindak seperti antena penerima. Apabila abah-abah penyelesai disalurkan selari dengan kabel kuasa, medan elektromagnet frekuensi tinggi mendorong voltan terus pada abah-abah.

2. Gangguan gandingan konduktif
memasuki sistem penyelesai melalui talian bekalan kuasa pengujaan atau bekalan kuasa papan penyahkod, dan kemudian berpasangan ke bahagian isyarat.

3. Perbezaan potensi tanah
Arus besar menyebabkan voltan jatuh pada kesan tanah atau perumah logam, mewujudkan potensi tanah yang tidak sama antara hujung penyelesai dan hujung penyahkod, membentuk voltan mod biasa.

4. Crosstalk antara talian
Apabila abah-abah penyelesai berjalan selari dengan kabel fasa, busbar, dsb., kemuatan parasit dan kearuhan bersama antara talian berpasangan gangguan.

IV. Manifestasi Biasa Herotan

Pada osiloskop, isyarat sinus/kosinus di bawah EMI kuat mungkin muncul dalam bentuk berikut.

1. Superposisi gangguan frekuensi tinggi
Pancang dan deringan yang disegerakkan dengan tepi PWM muncul pada pembawa. Ini kerana arus frekuensi tinggi yang dijana semasa menukar momen berganding ke dalam talian isyarat melalui kemuatan parasit. Amplitud gangguan mungkin mencecah puluhan mV atau bahkan ratusan mV, manakala amplitud isyarat pembezaan biasa biasanya hanya beberapa volt, mengakibatkan penurunan ketara dalam SNR.

2. Bunyi mod biasa kepada mod pembezaan
Isyarat pembezaan secara teorinya sensitif hanya kepada perbezaan voltan antara kedua-dua wayar dan mempunyai keupayaan penolakan terhadap gangguan mod biasa. Walau bagaimanapun, kabel, penyambung dan rangkaian penapis sebenar tidak pernah simetri dengan sempurna. Apabila gangguan mod biasa frekuensi tinggi masuk, sebahagian daripadanya ditukar kepada voltan mod pembezaan dan ditindih pada isyarat sinus/kosinus. Bunyi ini sering muncul sebagai 'kabur' berkala pada sampul surat.

3. Keratan dan ketepuan
Apabila amplitud gangguan besar, dan puncak isyarat bertindih melebihi julat input RDC atau rel bekalan op-amp, bahagian atas bentuk gelombang akan 'dipotong.' Keratan terus memusnahkan sampul sin/cos, menyebabkan ralat tak linear yang teruk dalam sudut dinyahkod.

4. DC offset drift
Komponen frekuensi rendah dalam gangguan, arus gelung tanah atau kesan pembetulan boleh menyebabkan DC offset dalam isyarat, menjadikan bentuk gelombang tidak simetri. Penyahkodan RDC biasanya mengandaikan isyarat AC tulen; offset membawa kepada ralat sudut dan riak kelajuan.

5. Herotan harmonik
Ketaklinieran bahan magnetik dan intermodulasi antara gangguan dan pembawa pengujaan menjana komponen harmonik. Sebaik sahaja harmonik memasuki RDC, ia boleh didemodulasi kepada ralat harmonik tertib tinggi dalam sudut, nyata sebagai riak tork atau bunyi.

6. Ketidakseimbangan amplitud sinus/kosinus dan anjakan fasa
Jika dua laluan isyarat untuk sin dan cos mempunyai parameter penapis, panjang kabel atau galangan sentuhan penyambung yang berbeza, kedua-dua saluran dipengaruhi secara berbeza di bawah gangguan kuat, mengakibatkan ketidakpadanan amplitud atau anjakan fasa. RDC mengira sudut berdasarkan sinθ/cosθ; amplitud atau ketidakseimbangan fasa secara langsung menghasilkan ralat sudut.

V. Kesan herotan ke atas Sistem

Herotan isyarat bukan sekadar 'isu visual' pada osiloskop; ia secara langsung mencerminkan prestasi sistem:

·  Jitter output sudut : Bunyi yang didemodulasi oleh RDC menyebabkan jitter frekuensi tinggi dalam nilai sudut, menguatkan bunyi maklum balas kelajuan.

·  Ralat sudut berkala : Herotan sampul surat dan harmonik menyebabkan ralat sudut yang berubah secara berkala dengan kedudukan rotor, yang membawa kepada turun naik arus paksi dq dan riak tork.

·  Kerosakan dan kehilangan kunci : Gangguan yang teruk boleh menyebabkan gelung penjejakan RDC kehilangan kunci, mengakibatkan lonjakan sudut dan mencetuskan perlindungan arus lebih atau voltan lampau.

·  Kemerosotan prestasi sistem : Dalam kenderaan elektrik, ini boleh menyebabkan kecekapan motor berkurangan, peningkatan getaran dan bunyi bising, malah menjejaskan keselamatan kenderaan.

VI. Cara Mengenalpasti dan Menyelesaikan Masalah

Dalam penyahpepijatan praktikal, kaedah berikut boleh menentukan dengan cepat sama ada isyarat penyelesai dipengaruhi oleh EMI yang kuat:

·  Gunakan  probe pembezaan  untuk mengukur S1-S3 dan S2-S4, mengelakkan probe hujung tunggal yang mungkin memperkenalkan gelung tanah.

·  Perhatikan kedua-dua isyarat pengujaan dan isyarat keluaran secara serentak untuk menentukan sama ada gangguan diperkenalkan melalui bahagian pengujaan.

·  Bandingkan bentuk gelombang dengan motor pegun vs. berjalan, dan dengan PWM menghidupkan vs. mati, untuk menentukan sama ada gangguan berasal daripada litar kuasa.

·  Gunakan FFT osiloskop untuk menganalisis spektrum gangguan dan semak sama ada ia bertepatan dengan frekuensi pembawa PWM atau harmonik tepi.

·  Ukur voltan mod biasa bagi dua talian ke tanah untuk menilai tahap gangguan mod biasa.

VII. Langkah Penindasan

Menekan herotan memerlukan usaha serentak pada tiga bahagian: sumber gangguan, laluan gandingan dan penerima.

1. Optimumkan abah-abah pendawaian dan perisai

·  Gunakan pasangan terpiuh terlindung untuk garis isyarat penyelesai, dengan perisai dibumikan pada satu titik di hujung penyahkod untuk mengelakkan gelung pembumian yang disebabkan oleh pembumian dua hujung.

·  Halakan talian isyarat secara berasingan daripada kabel kuasa, mengelakkan larian selari yang panjang; jika lintasan tidak dapat dielakkan, silangkan secara berserenjang.

·  Jika perlu, gunakan konduit logam atau perisai dua lapis untuk meningkatkan keberkesanan perisai frekuensi tinggi.

2. Penapisan dan perlindungan

·  Tambah pencekik mod biasa dan penapis laluan rendah RC pada input RDC untuk menyekat hingar mod biasa dan gangguan frekuensi tinggi.

·  Kekerapan pemotongan penapis hendaklah lebih tinggi daripada kekerapan pengujaan penyelesai sambil mengelakkan kelewatan fasa yang berlebihan, yang sebaliknya akan menimbulkan ralat sudut baharu.

·  Tambah peranti perlindungan seperti tiub TVS untuk mengelakkan voltan lampau sementara daripada merosakkan litar penyahkod.

3. Susun atur dan pembumian

·  Letakkan papan penyahkod sedekat mungkin dengan penyambung penyelesai untuk memendekkan jejak isyarat analog.

·  Asingkan tanah analog daripada pembumian kuasa, sambungkannya pada satu titik untuk menghalang arus besar daripada mengalir melalui tanah analog.

·  Beri perhatian kepada kesinambungan perisai dalam pemilihan penyambung, pastikan perisai tidak patah pada penyambung.

4. Rawatan sampingan pengujaan

·  Gunakan pasangan terpiuh terlindung untuk talian pengujaan juga, dan tambah penapisan pada bekalan kuasa pengujaan.

·  Elakkan berkongsi penyambung atau abah-abah antara isyarat pengujaan dan kabel kuasa.

5. Sistem dan langkah-langkah algoritma

·  Pilih cip RDC dengan keupayaan anti-gangguan yang kuat, seperti yang mempunyai demodulasi segerak terbina dalam dan penapisan digital.

·  Dalam perisian, gunakan penapisan, pengehadan kadar dan semakan kebolehpercayaan pada isyarat sudut untuk mengelakkan denyutan gangguan individu daripada menyebabkan anomali kawalan.

·  Optimumkan kadar slew tepi PWM dan tambah litar snubber untuk mengurangkan gangguan pada sumber.

VIII. Kesimpulan

Penyelesai magnetoresistif sememangnya penderia yang lasak, tetapi output sinus/kosinusnya ialah isyarat analog peringkat rendah yang terdedah kepada herotan di bawah EMI yang kuat. Memahami sumber gangguan dan laluan gandingan, dan melaksanakan perisai, penapisan, pembumian dan reka letak yang betul, adalah penting untuk memastikan ketepatan dan kebolehpercayaan maklum balas sudut.

Bagi jurutera, bentuk gelombang pada osiloskop ialah 'laporan kesihatan.' yang terbaik. Lebih awal herotan isyarat dikesan, semakin rendah kebarangkalian masalah sistem.