I. Parimet thelbësore të zgjidhësve të ngurrimit të ndryshueshëm
Së pari, për të kuptuar dizajnin, duhet kuptuar dallimet e tij themelore nga zgjidhësit tradicionalë të rotorit të plagosur:
· Zgjidhës tradicional:
Si statori ashtu edhe rotori kanë mbështjellje. Sinjali i ngacmimit dhe sinjali i daljes induktohen elektromagnetikisht në të gjithë hendekun e ajrit.
· Zgjidhës i ngurtësimit të ndryshueshëm (VR):
Vetëm statori ka mbështjellje . Rotori është një komponent ferromagnetik
jo i plagosur i bërë nga shtylla të spikatura ose një strukturë me dhëmbë. Parimi i tij i punës bazohet në
ndryshimin e ngurimit.
o Mbështjelljet e statorit:
Në mënyrë tipike përfshijnë një mbështjellje ngacmuese (primare) dhe dy mbështjellje dalëse (mbështjellje sinus dhe kosinus, sekondare) që janë hapësinore ortogonale (90 gradë elektrike larg njëri-tjetrit).
o Rrotullimi i rotorit:
Kur rotori me pole të spikatura rrotullohet, ai ndryshon gjatësinë e hendekut të ajrit dhe ngurrimin e qarkut magnetik.
o Modulimi i sinjalit:
Ndryshimi në ngurrimin e hendekut të ajrit modulon (modulimin e amplitudës) amplituda e tensionit të induktuar në mbështjelljet e daljes nga fusha magnetike e ngacmimit. Zarfat e amplitudës së dy mbështjelljeve të daljes janë funksione sinusoidale dhe kosinusike të këndit të rotorit, përkatësisht.
Përparësitë e tij janë: struktura e thjeshtë, e fortë dhe e qëndrueshme (pa furça), kosto e ulët, besueshmëri e lartë, aftësia për t'i bërë ballë mjediseve me shpejtësi dhe temperaturë të lartë . Disavantazhi është se saktësia dhe lineariteti janë zakonisht pak më të ulëta se ato të zgjidhësve me precizion të lartë të rotorit.
II. Procesi i projektimit dhe konsideratat kryesore
Procesi i projektimit është përsëritës dhe zakonisht ndjek këto hapa:
1. Përcaktoni Specifikimet e Dizajnit
Kjo është pika fillestare për të gjitha dizajnet dhe duhet të sqarohet së pari:
· Numri i çifteve të poleve (P):
Përcakton marrëdhënien ndërmjet këndeve elektrike dhe mekanike (θ_elektrike = P * θ_mekanike). Konfigurimet e zakonshme janë 1 palë polare (unipolare) dhe 2 çifte polare (bipolare). Numri i çifteve të shtyllave ndikon në saktësinë dhe shpejtësinë maksimale.
· Kërkesat e saktësisë:
Zakonisht shprehen në minuta harkore (') ose miliradianë (mrad). Modelet me precizion të lartë kërkojnë kërkesa jashtëzakonisht të larta në prodhim, materiale dhe shtypje harmonike të fushës magnetike.
· Sinjali i ngacmimit në hyrje:
Amplituda e tensionit të ngacmimit, frekuenca (të zakonshmet janë 4kHz, 10kHz, etj.), forma e valës (zakonisht sinusoidale).
· Raporti i transformimit (TR):
Raporti i tensionit të daljes me tensionin e hyrjes (në pozicionin e bashkimit maksimal).
· Gabim elektrik:
Përfshin gabimin e funksionit, gabimin e tensionit zero, gabimin e fazës, etj.
· Mjedisi i funksionimit:
Gama e temperaturës, dridhjet, goditjet, lagështia, vlerësimi i mbrojtjes nga hyrja (IP).
· Kufizimet e madhësisë:
Diametri i jashtëm, vrima e brendshme, trashësia (gjatësia).
· Parametrat e impedancës:
Impedanca hyrëse/dalëse, që ndikon në përputhjen me qarkun pasues.
2. Dizajni elektromagnetik - Pjesa kryesore
· Projektimi i petëzimit të statorit/rotorit:
o Përzgjedhja e materialit:
Zakonisht përdor fletë çeliku silikoni me përshkueshmëri të lartë dhe humbje të ulët hekuri (p.sh. DW540, 50JN400).
o Kombinimi Pol-Slot:
Ky është shpirti i dizajnit. Duhet të përcaktohet numri i vrimave të statorit (Zs) dhe poleve të spikatura të rotorit (Zr). Kombinimi më i zakonshëm është
Zr = 2P (numri i poleve të rotorit është i barabartë me dyfishin e numrit të çifteve të poleve), dhe Zs është një shumëfish i Zr. Për shembull, një zgjidhës unipolar (P=1) shpesh përdor
Zs=4, Zr=2 ; një zgjidhës bipolar (P=2) shpesh përdor
Zs=8, Zr=4 ose
Zs=12, Zr=6.
o Forma e folesë/shtyllës:
Forma e dhëmbëve (paralele, e ngushtuar) ndikon në shpërndarjen e fushës magnetike dhe përmbajtjen harmonike. Dimensionet si gjerësia e dhëmbit, gjerësia e hapjes së folesë dhe trashësia e zgjedhës kanë nevojë për optimizim për të maksimizuar forcën themelore magneto-motive (MMF) dhe për të minimizuar harmonikat e slotit.
o Hendeku i ajrit:
Madhësia e hendekut të ajrit është një kompensim kritik. Një hendek i vogël ajri rrit raportin e transformimit dhe forcën e sinjalit, por rrit vështirësinë e prodhimit, ndjeshmërinë ndaj ekscentricitetit dhe valëzimin e çift rrotullues. Një hendek i madh ajri ka efektin e kundërt. Projektuar në mënyrë tipike midis 0.05mm - 0.25mm.
· Dizajni i mbështjelljes:
o Lloji:
Përdoren mbështjellje tipike të shpërndara ose mbështjellje të përqendruara (dhëmbë). Dredha-dredha të shpërndara (një spirale që përfshin shumë vrima) prodhojnë një fushë magnetike më sinusoidale, por janë më komplekse për t'u prodhuar; mbështjelljet e përqendruara janë më të thjeshta, por kanë harmoni më të larta.
o Llogaritja e kthesës:
Bazuar në raportin e transformimit të synuar, tensionin e ngacmimit dhe frekuencën, përcaktoni numrin e rrotullimeve për mbështjelljen e ngacmimit dhe mbështjelljet sinus/kosinus përmes llogaritjes elektromagnetike. Numri i rrotullimeve për dy mbështjelljet e daljes duhet të jetë rreptësisht identik.
o Mënyra e lidhjes:
Sigurohuni që mbështjelljet e sinusit dhe kosinusit të jenë rreptësisht 90 gradë elektrike nga njëra-tjetra në hapësirë.
3. Simulimi dhe optimizimi i fushës magnetike (FEA Simulimi) - Mjeti thelbësor i dizajnit modern
Llogaritjet thjesht analitike janë shumë komplekse dhe të pamjaftueshme të sakta. Softueri i analizës së elementeve të fundme (FEA) (p.sh. JMAG, ANSYS Maxwell, Simcenter Magnet) është thelbësor.
· Simulimi i fushës statike:
Llogarit shpërndarjen e fushës magnetike, matricën e induktivitetit dhe potencialin e daljes në kënde të ndryshme të rotorit.
· Simulimi i fushës kalimtare:
Aplikoni tensionin aktual të ngacmimit për të simuluar formën e valës së tensionit të daljes, duke reflektuar më saktë performancën.
· Optimizimi parametrik:
Kryeni fshirje parametrike dhe optimizim të dimensioneve kryesore si forma e dhëmbit, boshllëku i ajrit dhe hapja e folesë për të minimizuar gabimin (p.sh. THD) dhe për të maksimizuar raportin e transformimit.
· Analiza e gabimeve:
Llogaritni gabimin elektrik përmes simulimit dhe analizoni burimet e gabimit (p.sh., harmonika, efekti i fiksimit, efekti i ngopjes).
4. Projektimi i Strukturës Mekanike
· Strehimi dhe kushinetat:
Dizajnoni strukturën mbështetëse dhe zgjidhni kushinetat e duhura për të siguruar koncentricitet midis rotorit dhe statorit dhe ndryshim minimal të hendekut të ajrit, duke i bërë ballë dridhjeve dhe goditjeve të specifikuara.
· Lidhja e boshtit:
Dizajnoni nyjet kryesore, hapjen e lëmuar ose ndërfaqen servo për të siguruar lidhje të besueshme dhe transmetim pa reagime me boshtin e motorit.
· Menaxhimi termik:
Merrni parasysh gjenerimin e nxehtësisë nga mbështjelljet dhe humbjet e hekurit për të parandaluar mbinxehjen në mjedise me temperaturë të lartë. Dizajni i rrugës termike ndonjëherë është i nevojshëm.
· Mbrojtja elektromagnetike:
Shtoni një mburojë nëse është e nevojshme për të parandaluar ndërhyrjet nga fushat e jashtme magnetike.
5. Konsideratat e qarkut të përpunimit të sinjalit
Edhe pse nuk është pjesë e dizajnit të trupit të zgjidhësit, ai duhet të konsiderohet në mënyrë sinergjike:
· RDC (Resolver-to-Digital Converter):
Zgjidhni një çip RDC (p.sh. AD2S1205, AU6802) që përputhet me rezistencën e plotë dhe frekuencën e ngacmimit të zgjidhësit. Përputhja e rezistencës së hyrjes kërkohet gjatë projektimit.
· Qarku i shtytjes së ngacmimit:
Kërkon një qark op-amp fuqie të aftë për të siguruar një valë sinusale të pastër dhe të qëndrueshme.
· Qarku i filtrit:
Filtro sinjalet e daljes për të shtypur zhurmën dhe harmonikat me frekuencë të lartë.
III. Sfidat e projektimit dhe teknologjitë kryesore
1. Shtypja harmonike:
Për shkak të jolinearitetit të variacionit të ngurtësimit të tij, voltazhi i daljes së një zgjidhësi VR përmban harmonikë të pasur, të cilat janë shkaku kryesor i gabimit. Metodat si
optimizimi i kombinimit të folesë së shtyllës, animi (slota ose shtylla) dhe shtimi i vrimave ndihmëse në dhëmbët e statorit mund të shtypin në mënyrë efektive harmonikat.
2. Saktësia dhe kostoja e balancimit:
Saktësia e lartë nënkupton përpunim më preciz (boshllëk më i vogël ajri, koncentricitet më i lartë), materiale me cilësi më të lartë (çelik silikoni i klasës më të lartë), dizajne më komplekse (p.sh., më shumë çifte shtyllash, çarje të pjesshme) dhe procese më të rrepta, duke çuar në rritje të ndjeshme të kostove.
3. Zhvendosja e temperaturës:
Rezistenca e mbështjelljes dhe vetitë e çelikut të silikonit ndryshojnë me temperaturën, duke shkaktuar amplitudë dhe zhvendosje të fazës. Nevojitet kompensim në qark ose softuer, ose materialet me qëndrueshmëri të mirë të temperaturës duhet të zgjidhen gjatë projektimit elektromagnetik.
Përmbledhje
Rekomandimet e projektimit:
1. Filloni me Specifikimet:
Së pari, kuptoni plotësisht kërkesat specifike të skenarit të aplikimit tuaj në lidhje me saktësinë, madhësinë dhe mjedisin.
2. Shfrytëzoni zgjidhjet e provuara:
Filloni me kombinimet klasike të sloteve të shtyllave (p.sh., 4-2, 8-4), pasi ato janë një pikënisje e verifikuar dhe e besueshme.
3. Dizajni i drejtuar nga simulimi:
Mos u ndalni në llogaritjet teorike; përdorni menjëherë softuerin FEM për të krijuar një model parametrik për simulim dhe optimizim. Ky është çelësi për përmirësimin e niveleve të suksesit të dizajnit dhe shkurtimin e cikleve të zhvillimit.
4. Përsëritja dhe testimi:
Pas ndërtimit të një prototipi, kryeni teste gjithëpërfshirëse të performancës (gabim, ngritje e temperaturës, dridhje, etj.), Krahasoni me rezultatet e simulimit, analizoni shkaqet e dallimeve dhe vazhdoni në përsëritjen tjetër të projektimit.
5. Mendoni në nivelin e sistemit:
Konsideroni dhe korrigjoni sensorin e zgjidhësit dhe qarkun RDC në rrjedhën e poshtme si një sistem të integruar.
Dizajni i zgjidhësve të ngurrimit të ndryshueshëm është një teknologji shumë praktike që kërkon cikle të përsëritura të teorisë, simulimit dhe eksperimentimit.
