Narzędzie do rozpoznawania czujników napędu elektrycznego nowej energii: analiza samouczenia się i trybu awarii

**1. Przegląd Rezolwer w elektrycznych układach napędowych nowej energii 

Rezolwer jest powszechnym czujnikiem w nowych układach napędów elektrycznych, przetwarzającym przede wszystkim położenie kątowe i prędkość kątową obrotu osiowego na sygnały elektryczne. Jego struktura obejmuje głównie stojan i wirnik rezolwera, przy czym najczęściej stosowanym typem jest resolwer o zmiennej reluktancji.

**2. Zasada działania rezolwera**

Podstawowa struktura rezolwera opiera się na konstrukcji uzwojenia, składającej się głównie z uzwojeń wzbudzenia R1 i R2 oraz dwóch zestawów ortogonalnych uzwojeń sprzężenia zwrotnego S1, S3 i S2, S4, wszystkie starannie rozmieszczone na stojanie. W normalnych warunkach pracy sygnały wzbudzenia o wysokiej częstotliwości są przykładane do R1 i R2, generując prąd sinusoidalny. Sygnały indukowane w uzwojeniach sprzężenia zwrotnego mają wyraźny związek funkcjonalny z prędkością obrotową silnika. Dlatego dokładnie analizując te sygnały sprzężenia zwrotnego, możemy dokładnie określić stan obrotowy silnika.

**3. Określanie pozycji zerowej resolwera napędu elektrycznego**

Określenie położenia zerowego silnika jest kluczowe, ponieważ wpływa na precyzję sterowania silnikiem. Na wczesnych etapach rozwoju napędów elektrycznych nowej generacji funkcjonalność oprogramowania była ograniczona i kalibrację położenia zerowego zwykle przeprowadzano przy użyciu specjalnego przyrządu do ustawiania zera, a następnie dostosowywano oprogramowanie. Metoda ta ma jednak istotną wadę: nie pozwala skorygować kąta położenia zerowego w trakcie użytkowania, co z czasem prowadzi do pogorszenia precyzji sterowania.

Aby rozwiązać ten problem, pojawiła się samoucząca się technologia kąta położenia zerowego dla rezolwerów. Technologia ta integruje algorytm samouczący się ze sterownikiem silnika, umożliwiając sterownikowi automatyczne wykrywanie i korygowanie odchyłki położenia zerowego pomiędzy resolwerem a silnikiem. Podczas procesu samouczenia sterownik najpierw uzyskuje rzeczywistą wartość odchylenia poprzez określone procedury testowe (np. testy statyczne lub dynamiczne). Po uzyskaniu wartości odchylenia sterownik zapamiętuje tę informację i automatycznie kompensuje ją podczas kolejnych operacji sterowania silnikiem. Umożliwia to sterownikowi dokładniejsze sterowanie stanem operacyjnym silnika w oparciu o skalibrowane sygnały przelicznika, poprawiając w ten sposób precyzję i wydajność sterowania.

Powszechnie stosowany algorytm samouczenia opiera się na uczeniu się siły elektromotorycznej (EMF), a rdzeniem jest regulator PI kąta położenia zerowego. Poniższy schemat ilustruje proces samouczenia się pozycji zerowej w układzie hybrydowym. Ustawia kontrolę prądu, ustawiając iq na 0 i przypisując wartość do id, następnie oblicza Vd (napięcie osi d) i wykorzystuje je jako wejście odniesienia dla kąta położenia zerowego. Wyjście Vd z pętli prądowej sterownika służy jako sprzężenie zwrotne, a regulator kąta położenia zerowego wyprowadza zbieżny kąt położenia zerowego.

**4. Typowe rodzaje awarii resolwerów**

- **Zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)**

W nowych układach napędów elektrycznych silnik, sterownik i inne elementy elektryczne mogą generować zakłócenia elektromagnetyczne. Jeśli zdolność przeciwzakłóceniowa resolwera jest słaba, te sygnały zakłócające mogą mieć wpływ na jego normalne działanie, prowadząc do zniekształcenia lub utraty sygnału. Wcześniej wokół resolwerów stosowano ekranowanie, aby zapobiec zakłóceniom elektromagnetycznym. Jednak praktykę tę w dużej mierze zarzucono, ponieważ resolwer działa z częstotliwością wyższą niż częstotliwość elektromagnetyczna silnika i dopóki nie znajduje się zbyt blisko linii wysokiego napięcia, zakłócenia elektromagnetyczne generalnie nie stanowią problemu.

- **Asymetria w uzwojeniach sinusoidalnych i cosinusowych**

Niewspółosiowość w zespole stojana i wirnika rezolwera może powodować nierównomierny rozkład szczeliny pola magnetycznego. Ten nierówny rozkład może prowadzić do asymetrii w uzwojeniach sinusoidalnych i cosinusoidalnych, co skutkuje nierównymi amplitudami sygnałów sinus i cosinus.

- **Niedopasowanie impedancji prowadzące do niestabilności systemu**

Impedancja jest krytycznym czynnikiem wpływającym na transmisję sygnału. Jeśli impedancja rezolwera nie odpowiada impedancji innych części systemu sterowania, może to spowodować odbicie, osłabienie lub zniekształcenie sygnału, wpływając w ten sposób na stabilność i wydajność całego systemu.

**Wniosek**

Jako kluczowy czujnik w nowych układach napędów elektrycznych, resolwer jest niezbędny do precyzyjnego sterowania silnikiem. Musimy także zwrócić uwagę na potencjalne tryby awarii w praktycznych zastosowaniach i podjąć odpowiednie środki w celu zapobiegania i postępowania. Tylko wtedy możemy zapewnić stabilną pracę i wysoką sprawność nowych, energetycznych układów napędów elektrycznych.