I. Principiile de bază ale rezolvatorilor de reticență variabilă
În primul rând, pentru a înțelege designul, trebuie să înțelegem diferențele sale fundamentale față de rezolvatorii tradiționali de rotatori de răni:
· Rezolvarea tradițională: atât statorul, cât și rotorul au înfășurări. Semnalul de excitație și semnalul de ieșire sunt induse electromagnetic pe decalajul de aer.
· Rezolvarea reticenței variabile (VR): Doar statorul are înfășurări . Rotorul este o componentă ferromagnetică care nu este rănită, formată din poli salient sau o structură dințată. Principiul său de lucru se bazează pe variația reticenței.
O înfășurări statorice: de obicei, includeți o înfășurare de excitație (primară) și două înfășurări de ieșire (înfășurări sinusoidale și cosinus, secundare) care sunt spațiale ortogonale (90 de grade electrice).
o rotația rotorului: Când rotorul cu poli salient se rotește, modifică lungimea golului de aer și reticența circuitului magnetic.
o Modularea semnalului: variația reticenței decalajului aerului modulează (modularea amplitudinii) amplitudinea de tensiune indusă în înfășurările de ieșire de câmpul magnetic de excitație. Plicurile de amplitudine ale celor două înfășurări de ieșire sunt funcții sinusoidale și, respectiv, cosinus ale unghiului rotorului.
Avantajele sale sunt: structură simplă, accidentată și durabilă (fără perii), costuri reduse, fiabilitate ridicată, capacitate de a rezista la medii de mare viteză și la temperatură ridicată . Dezavantajul este că precizia și liniaritatea sunt de obicei puțin mai mici decât cele ale rezolutorilor de rotouri de rană de înaltă precizie.
Ii. Procesul de proiectare și considerațiile cheie
Procesul de proiectare este iterativ și urmează de obicei acești pași:
1. Definiți specificațiile de proiectare
Acesta este punctul de plecare pentru toate proiectele și trebuie clarificat mai întâi:
· Numărul de perechi de poli (P): Determină relația dintre unghiurile electrice și mecanice (θ_electric = p * θ_mecanical). Configurațiile comune sunt 1 pereche de poli (unipolari) și 2 perechi de poli (bipolari). Numărul de perechi de poli afectează precizia și viteza maximă.
· Cerințe de precizie: de obicei exprimate în arcminute (′) sau miliradieni (MRAD). Proiectele de înaltă precizie necesită cereri extrem de mari la suprimarea armonică a fabricării, materialelor și a câmpului magnetic.
· Semnal de excitație de intrare: amplitudinea tensiunii de excitație, frecvența (cele comune sunt 4KHz, 10kHz, etc.), formă de undă (de obicei sinusoidală).
· Raportul de transformare (TR): raportul dintre tensiunea de ieșire și tensiunea de intrare (în poziția cuplării maxime).
· Eroare electrică: include eroare de funcție, eroare de tensiune nulă, eroare de fază etc.
· Mediu de funcționare: interval de temperatură, vibrații, șoc, umiditate, protecție împotriva intrării (IP).
· Constrângeri de mărime: diametrul exterior, alezaj interior, grosime (lungime).
· Parametri de impedanță: impedanță de intrare/ieșire, afectând potrivirea cu circuitele ulterioare.
2. Proiectare electromagnetică - parte de bază
· Proiectare stator/rotor laminare:
o Selectarea materialelor: de obicei, folosește foi de oțel din siliciu cu permeabilitate ridicată și pierdere scăzută de fier (de exemplu, DW540, 50JN400).
O Combinație cu pol-slot: Acesta este sufletul designului. Trebuie determinat numărul de sloturi statorice (ZS) și polițiști rotori (ZR). Cea mai frecventă combinație este zr = 2p (numărul de poli rotor este egal de două ori cu numărul de perechi de poli), iar ZS este un multiplu de Zr. De exemplu, un rezolvator unipolar (p = 1) folosește adesea zs = 4, zr = 2 ; Un rezolvator bipolar (p = 2) folosește adesea zs = 8, zr = 4 sau zs = 12, zr = 6.
O Slot/Pol Formă: forma dinților (paralel, conic) afectează distribuția câmpului magnetic și conținutul armonic. Dimensiuni, cum ar fi lățimea dinților, lățimea de deschidere a slotului și grosimea jugului au nevoie de optimizare pentru a maximiza forța magneto-motivă fundamentală (MMF) și pentru a minimiza armonicele slotului.
O Air Gap: Mărimea golului de aer este un compromis critic. Un mic decalaj de aer crește raportul de transformare și rezistența semnalului, dar crește dificultatea de fabricație, sensibilitatea la excentricitate și ondularea cuplului. Un decalaj mare de aer are efectul opus. Proiectat de obicei între 0,05 mm - 0,25mm.
· Design de înfășurare:
O Tip: Se folosesc înfășurări distribuite de obicei sau înfășurări concentrate (dinte). Înfășurările distribuite (o bobină care se întinde mai multor sloturi) produc un câmp magnetic mai sinusoidal, dar sunt mai complexe de fabricat; Înfășurările concentrate sunt mai simple, dar au armonice mai mari.
o Calculul de rotație: Pe baza raportului de transformare țintă, tensiunea de excitație și frecvența, determinați numărul de rotații pentru înfășurarea excitației și înfășurările sinusoidale/cosinus prin calcul electromagnetic. Numărul de rotații pentru cele două înfășurări de ieșire trebuie să fie strict identic.
o Metoda de conectare: Asigurați -vă că înfășurările sinusoidale și cosinus sunt strict 90 de grade electrice distanță spațial.
3. Simulare și optimizare a câmpului magnetic (simulare FEA) - Instrument esențial de proiectare modernă
Calculele pur analitice sunt foarte complexe și insuficient de precise. Este esențial software -ul de analiză a elementelor finite (FEA) (de exemplu, JMAG, ANSYS Maxwell, SimCenter Magnet).
· Simularea câmpului static: calculați distribuția câmpului magnetic, matricea de inductanță și potențialul de ieșire la diferite unghiuri ale rotorului.
· Simularea câmpului tranzitoriu: Aplicați tensiunea de excitație reală pentru a simula forma de undă de tensiune de ieșire, reflectând mai exact performanța.
· Optimizare parametrică: Efectuați măturarea parametrică și optimizarea dimensiunilor cheie precum forma dinților, decalajul de aer și deschiderea slotului pentru a minimiza eroarea (de exemplu, THD) și maximizarea raportului de transformare.
· Analiza erorilor: calculați eroarea electrică prin simulare și analizați sursele de eroare (de exemplu, armonice, efect de cogging, efect de saturație).
4. Proiectarea structurii mecanice
· Carcasă și rulmenți: Proiectați structura de sprijin și selectați rulmenți adecvați pentru a asigura concentricitatea între rotor și stator și variația minimă a decalajului de aer, în timp ce este vibrația și șocul specificat.
· Conexiune la arbore: Cheste de proiectare, alezajă netedă sau interfață servo pentru a asigura conexiunea fiabilă și transmisia fără reacții cu arborele motorului.
· Managementul termic: Luați în considerare generarea de căldură din înfășurări și pierderi de fier pentru a preveni supraîncălzirea în medii la temperaturi ridicate. Proiectarea căii termice este uneori necesară.
· Scutire electromagnetică: Adăugați un scut, dacă este necesar, pentru a preveni interferența din câmpurile magnetice externe.
5. Considerații privind circuitul de procesare a semnalului
Deși nu face parte din proiectarea corpului rezolvator, acesta trebuie considerat sinergic:
· RDC (Converter rezolvator-digital): Selectați un cip RDC (de exemplu, AD2S1205, AU6802) care se potrivește cu impedanța și frecvența de excitație a rezolvatorului. În timpul proiectării este necesară potrivirea impedanței de intrare.
· Circuitul de acționare a excitației: Necesită un circuit op-ammp de putere capabil să ofere o undă sinusoidală curată și stabilă.
· Circuitul de filtrare: Filtrați semnalele de ieșire pentru a suprima zgomot și armonice de înaltă frecvență.
Iii. Proiecte de proiectare și tehnologii cheie
1. Suprimarea armonică: Datorită neliniarității variației sale de reticență, tensiunea de ieșire a unui rezolvator VR conține armonice bogate, care sunt principala cauză de eroare. Metode precum optimizarea combinațiilor de stâlpi, înclinarea (sloturile sau poli) și adăugarea sloturilor auxiliare pe dinții statorului pot suprima eficient armonicele.
2. Precizia și costurile de echilibrare: o precizie ridicată implică o prelucrare mai precisă (decalaj de aer mai mic, concentricitate mai mare), materiale de calitate superioară (oțel de siliciu de grad superior), proiecte mai complexe (de exemplu, mai multe perechi de poli, sloturi fracționale) și procese mai stricte, ceea ce duce la creșterea bruscă a costurilor.
3. Temperatura derivă: Rezistența înfășurărilor și proprietățile oțelului de siliciu se schimbă cu temperatura, provocând amplitudinea și deriva de fază. Compensarea în circuit sau software este necesară sau trebuie selectate materiale cu o stabilitate de temperatură bună în timpul proiectării electromagnetice.
Rezumat
Recomandări de proiectare:
1. Începeți cu specificații: în primul rând, înțelegeți cu atenție cerințele specifice ale scenariului dvs. de aplicație cu privire la precizia, dimensiunea și mediul.
2. Soluții dovedite de pârghie: Începeți cu combinații clasice de slot-pol (de exemplu, 4-2, 8-4), deoarece sunt un punct de plecare verificat și fiabil.
3. Proiectare bazată pe simulare: Nu vă opriți la calcule teoretice; Utilizați imediat software -ul FEM pentru a crea un model parametric pentru simulare și optimizare. Acest lucru este esențial pentru îmbunătățirea ratelor de succes ale proiectării și scurtarea ciclurilor de dezvoltare.
4. Iterați și testați: După ce a construit un prototip, efectuați teste cuprinzătoare de performanță (eroare, creștere a temperaturii, vibrații etc.), comparați cu rezultatele simulării, analizați cauzele diferențelor și treceți la următoarea iterație de proiectare.
5. Gândiți -vă la nivel de sistem: luați în considerare și depanați senzorul de rezolvare și circuitul RDC din aval ca un sistem integrat.
Proiectarea rezolvatorilor de reticență variabilă este o tehnologie extrem de practică, care necesită cicluri repetate de teorie, simulare și experimentare.
