Избор сензора резолвера мотора новог енергетског главног погона: пет инжењерских пресуда које је лако потценити

За избор сензора положаја у главним погонским моторима, ресолвер је скоро неизбежан. Али сам „избор разрешивача“ није тежак. Оно што је тешко је донети неколико пресуда иза листа са подацима које заиста одређују перформансе масовне производње: да ли парови полова одговарају мотору, колико веровати цифри тачности, које радне услове користити за проверу температуре и вибрација, да ли је ланац декодирања правилно усклађен и који ниво функционалне безбедности мора да се постигне. Свако од ових пет питања је довољно да пројекат изгледа савршено нормално у фази прототипа, док излаже проблеме у масовној производњи или под екстремним условима.

Прво, разјасните: зашто апликације главног драјва још увек не могу да избегну резолвере

Суочени са високим температурама, контаминацијом уљем и јаким електромагнетним сметњама у одељку мотора, кодни дискови и оптоспојници оптичких енкодера су сами по себи крхки, док се решења заснована на Холу боре да испуне захтеве тачности и доследности контроле главног погона. Суштина резолвера је електромагнетни трансформатор: на ротору нема електронских компоненти. Ослања се искључиво на варијацију магнетне спреге између побудног намотаја статора и избочености ротора за излаз сигнала синусног и косинусног омотача, при чему је сва обрада сигнала завршена на страни статора иу колу за декодирање. Ова структура „пасивног ротора“ одређује да су његове доње границе за температурну отпорност, отпорност на уље и отпорност на вибрације далеко веће од оних код решења која се ослањају на активне компоненте на ротору.

Али то не значи да је резовер оптималан у свакој димензији. Његови недостаци су подједнако јасни: на њега значајно утичу промене у дизајну мотора, а његова платформска компатибилност је инфериорна у односу на решења за вртложне струје. У новим сценаријима као што су системи од 800 В и ултра велике брзине, сензори положаја вртложних струја постепено добијају на снази. Према томе, премиса за избор резолвера је да апликација главног драјва даје већу тежину „одрживој поузданости у тешким окружењима“ него „флексибилности поновне употребе платформе“.

Пресуда 1: Подударање парова стубова није само „подударање“

Парови полова резолвера морају имати јасну везу са паровима полова мотора, али само 'поравнање' има две веома различите стратегије имплементације са значајно различитим трошковима.

Пожељно решење је РПП = МПП (парови полова резолвера су једнаки паровима полова мотора).  Главни погонски мотори путничког аутомобила обично имају 4 до 10 парова полова. Усклађивање парова полова резолвера с њима спречава да се грешке у машинској обради и монтажи појачају паровима полова мотора и обезбеђује већу тачност стационарног стања за ФОЦ контролу. Ово је прва тачност пута, по цену захтева да се резолвер прилагоди за сваки мотор, што резултира ниском заједничком платформом.

Други је РПП = 1 (резолвер са једним полним паром, компромис платформе).  Предност је у томе што један резовер може да покрије више мотора, али грешке као што су механички ексцентрицитет и девијација склопа се множе са паровима полова мотора и посебно је вероватно да ће се појавити као таласање обртног момента у области велике брзине слабљења поља. Ако се изабере овај пут, довољна маргина тачности мора бити резервисана у структурним толеранцијама и процесима монтаже да би се „апсорбовао“ ефекат појачања. У супротном, без обзира на то колико добра електрична прецизност изгледа на таблици са подацима, биће потрошена механичким грешкама када се једном инсталирају на мотор.

Пресуда 2: Разбијте цифру тачности; механичка грешка је често главни узрок

'електрична грешка ±Кс лучних минута' у таблици са подацима се мери под идеалним условима инсталације и поравнања. Након стварне инсталације на мотору, извори грешака такође укључују најмање ексцентрицитет инсталације, аксијални зазор и неусклађеност статор-ротор, од којих сваки доприноси укупној грешци.

То значи да је уобичајена грешка у избору стално упоређивање тачности самог резолвера док недостаје једнако ригорозни преглед ланца толеранције на интерфејсу за монтажу. Раздвојени резолвери, са одвојено монтираним статором и ротором, постављају веће захтеве за конструкцијски дизајн и процесе монтаже, али су просторно ефикаснији; интегрисане резолвере је лакше саставити, али коштају више запремине. Овај компромис би требало да буде закључан током фазе структуралног прегледа, уместо да покушавате да га поправите након алата „преласком на резолутор веће прецизности“. Када је механичка прецизност недовољна, ниједан чип за декодирање не може да сачува резултат.

Из перспективе поређења у индустрији, електрична грешка главних резолвера променљиве релуктантности за аутомобиле је отприлике у опсегу од ±25′ до ±30′, а неки оптимизовани дизајни могу постићи ниже вредности у стварним мерењима. Право питање приликом избора је: под којим условима уградње је добијена ова цифра? Да ли мој ланац структуралне толеранције може да одржава исте услове?

Пресуда 3: Потврдите температуру и вибрације у „најгорим радним условима“, али област високог квара често није тело разрешивача

Доња граница радне температуре за резолвере погонског мотора је обично потребна да покрије -40°Ц, док се горња граница не може одредити просечном температуром кућишта мотора. Локације близу намотаја су много топлије од кућишта. Горње границе температуре уобичајених производа за аутомобилску индустрију су распоређене у опсегу од 150°Ц до 155°Ц, а сценарији близу извора топлоте захтевају валидацију са већом маржом. Вибрације и удари такође треба да се проверавају ставку по ставку у односу на аутомобилске насумичне вибрације и профиле механичких удара, а не само да се задовољавају проласком статичких тестова на собној температури.

Али оно што је лакше потценити од температурне отпорности тела је  део везе . У стварним пројектима где се јављају аномалије сигнала, значајан део нису кварови намотаја резолвера или магнетног кола, већ деградација заптивке, лош контакт или сметње између жица у сноповима и конекторима под температурним циклусом и вибрацијама. Ако избор само верификује температурну оцену тела резолвера, а оставља избор материјала за свежањ, заптивање конектора и растерећење затезања да се поступи касније 'по потреби', најслабија карика у ланцу поузданости остаје до самог краја.

Пресуда 4: Електрични параметри и ланац декодирања морају се упоредити у истој табели

Ресолвер емитује амплитудно модулисане синусне и косинусне сигнале на носачу. Информације о углу су скривене у омоту и морају се демодулирати пре него што постану дигитални угао који може да користи МЦУ. Избор шеме декодирања директно намеће реверзна ограничења на електричне параметре тела резолвера.

Тврдо декодирање (РДЦ чип)  прати наменски пут резолвер-дигитални претварач, са типичном резолуцијом од 12 до 16 бита и латенцијом праћења у распону од десетина до стотина микросекунди. Има уграђену зрелу ПЛЛ петљу и не троши скоро никакву МЦУ рачунарску снагу, што га чини погодним за платформе за масовну производњу са строгим распоредом калибрације. Цена је фиксни пропусни опсег, који се не може дубоко прилагодити динамичким карактеристикама одређеног мотора.

Меко декодирање (ДСАДЦ + софтверски алгоритам)  елиминише екстерни РДЦ и користи делта-сигма АДЦ на чипу МЦУ-а за директно узорковање амплитудно модулисаних сигнала, након чега софтвер завршава цео прорачун. Висок однос прекомерног узорковања и дигитално филтрирање ДСАДЦ-а могу гурнути шум квантизације на високе фреквенције и постићи висок однос сигнал-шум за нискофреквентни омотач на носачу од 5–10 кХз, уз задржавање флексибилности за подешавање параметара прорачуна за динамичке карактеристике мотора. Цена је заузетост МЦУ рачунарске снаге и развојних ресурса, а квалитет решења у великој мери зависи од зрелости софтвера.

Који год пут да се узме, параметри који се морају ускладити током одабира укључују најмање: фреквенцију побуде (главни РДЦ-ови покривају опсег побуде од 2 кХз до 20 кХз, а типични резолвери су оцењени близу 10 кХз), однос трансформације (обично у опсегу од 0,286 до 0,5), и импедансу ексцитационог погона, децо опсега ин. Последице неусклађености појачања су директне: недовољна амплитуда погоршава однос сигнал-шум, док засићење амплитуде изазива клипинг таласног облика. У оба случаја, информације о угловима су искривљене. Упоређивање табеле са подацима о резолверу са ручним чипом за декодирање ставку по ставку у фази хардверске шеме кошта само пола дана и штеди касније бесконачне преправке отклањања грешака.

Пресуда 5: Функционална безбедност се не завршава „одабиром модела са оценом АСИЛ“

Главни сензор положаја погона је почетна тачка затворене петље контроле обртног момента. Када сигнал угла не успе, последице се крећу од флуктуације обртног момента до прекида напајања или ненамерног обртног момента. Стога, разматрања функционалне безбедности не могу се зауставити на нивоу 'добављач тврди да подржава АСИЛ Кс'; морају се имплементирати у специфичном дизајну  кварова са једном тачком и редундантне архитектуре.

Стандардна пракса у индустрији је да се постигне АСИЛ Ц (СЕооЦ) на нивоу тела резолвера или сензорног елемента и да се подржи целокупни систем у достизању АСИЛ Д кроз дизајн редундансе на нивоу система—двоканални намотаји, двоструки ланци декодирања или паралелна верификација „физичког сензора + процене без сензора“.“ Питања обухватају ручни квар на режиму заштите током избора? Која је дијагностичка покривеност? Ако се користи двоканална шема, како се обезбеђује независност два канала и како се искључују кварови из уобичајеног узрока? Ова питања су обично невидљива у табелама поређења спецификација, али директно одређују да ли се аргумент функционалне безбедности може затворити.

Враћајући се осећају реда у селекцији

Повезујући ових пет судова заједно, логика одабира је заправо јасна:  прво одредите стратегију пара полова (прво тачност или платформа), затим закључајте структурну форму и ланац толеранције инсталације, затим потврдите температуру и вибрације у најгорим условима и укључите део везе у исту контролну листу поузданости, затим се поклапају са функционалним захтевима система и коначним параметром за декодирање. обрнуто проверите да ли је редундантна архитектура важећа.  Након ових пет корака, обично остају само један или два модела кандидата, а разлике између та једног или два су део на који заиста вреди потрошити време за поређење прототипа.

Ресолвер није једини избор за сензоре положаја главног погона, али у пројектима главног погона масовне производње где су поузданост и толеранција животне средине главни приоритети, резолвер је и даље компонента која мора да буде „исправно изабрана“, а не „случајно изабрана“. Кључ за исправан избор није најистакнутија тачност, већ је то да ли је цифра о прецизности горе наведена у раној табели са подацима наведена као озбиљна.