Jinsi ya Kutathmini Uwezo wa Kudhoofisha kwa Kasi ya Juu wa Axial Flux Motors?

Katika miaka ya hivi karibuni, axial flux motors zimepata mvutano unaoongezeka katika jumuiya ya uendeshaji wa umeme. Zinachukuliwa na wengi kama mojawapo ya maelekezo ya uwakilishi wa injini za utendaji wa juu wa kizazi kijacho, hasa katika programu ambapo kiasi na uzito ni muhimu—kama vile injini zinazoingia kwenye gurudumu, ndege zisizo na rubani, magari ya michezo ya umeme na mifumo mseto. Muundo wa axial flux hautoi faida za kipekee katika hali hizi.

Hata hivyo, ili kutumia kwa kweli motors za axial flux katika mifumo ya kuendesha umeme ya kasi ya juu, changamoto moja ya kiufundi haiwezi kuepukika:  Je, uwezo wa kudhoofisha uga wa kasi ya juu unatosha? Na inapaswa kutathminiwaje?

I. Kwanza, elewa: Kwa nini 'uwanja unadhoofika' daima ni muhimu kwa kasi ya juu?

Tabia ya msingi ya motors za kudumu za sumaku za synchronous (PMSMs) ni kwamba EMF ya nyuma huongezeka kwa kasi.

EMF ya Nyuma inaweza kueleweka kwa urahisi kama 'voltage' inayozalishwa na injini yenyewe inapozunguka. Wakati kasi inapoongezeka hadi hatua fulani, EMF ya nyuma inakaribia au hata kuzidi voltage ya juu ambayo mtawala anaweza kutoa-yaani, voltage ya basi ya DC. Wakati huo, motor haiwezi tena kuingiza sasa au kuongeza kasi; imezuiwa kwa ufanisi na 'ukuta wa voltage.'

Kwa hiyo nini kifanyike?

Njia ni:  kupunguza kikamilifu uhusiano wa flux ya motor, yaani, fanya shamba la magnetic 'dhaifu' , na hivyo kupunguza EMF ya nyuma na kufungua kichwa cha voltage kwa kasi ya juu. Hiki ndicho tunachokiita kwa kawaida 'udhibiti wa kudhoofisha uga.'

Mfano:
Baiskeli ya kawaida inahitaji uwiano mkubwa wa gia kwa kuanzia na torque ya juu; ukiweka uwiano huo mkubwa kwa kasi ya juu, miguu yako haiwezi kuendana na mwako. Udhibiti wa kudhoofisha uga ni kama kuhamishia uwiano mdogo wa gia kwa kasi ya juu, hivyo basi kuruhusu kasi ya gari kuendelea kuongezeka huku mwako wa mguu ukisalia sawa.

II. Umuhimu wa motors za axial flux katika kudhoofisha shamba

Axial flux motors sio muundo mmoja wa kudumu, lakini badala ya jamii pana ya topolojia. Kipengele chao cha kawaida ni kwamba mtiririko wa pengo la hewa unapita katika mwelekeo wa axial, badala ya radially kama katika motors ya kawaida ya radial flux.

Muundo huu huleta faida kama vile msongamano wa juu wa torque, kipengele cha umbo bapa, na urefu mfupi wa axial, lakini pia huleta baadhi ya sifa zinazohusiana na uwezo wa kudhoofisha uga.

Moja ya mambo yenye ushawishi mkubwa ni:  motors nyingi za axial flux zina inductance ya chini.

Uwezo wa kudhoofisha uga wa motor unahusiana kwa karibu na uwiano wa upenyezaji wa mhimili wa moja kwa moja  Ld  kwa unganisho la mtiririko  Ψm . Kuweka tu, jinsi inductance ya mhimili wa moja kwa moja inavyoongezeka na jinsi uunganisho wa flux unavyopungua, kudhoofisha uwanja kunakuwa rahisi katika nadharia, na uwezo wa upanuzi wa kasi ya juu.

Motors nyingi za axial flux, katika kufuata msongamano wa juu wa torque, zina njia fupi za sumaku na vilima vifupi vya mwisho, na kusababisha inductance ya chini ya kawaida. Kwa hivyo, mkondo mkubwa wa kudhoofisha shamba unahitajika ili kufuta uunganisho wa flux, na kusababisha ongezeko kubwa la upotevu wa shaba kwa kasi ya juu, kushuka kwa ufanisi, na pengine hata uwezo wa kutosha wa kudhoofisha shamba.

Lakini kumbuka:  sio motors zote za axial flux zina utendaji duni wa kudhoofisha shamba.
Inategemea muundo maalum. Kwa mfano, kutumia sumaku za safu nyingi, kuongeza nambari ya jozi-nguzo, kuboresha usanidi wa vilima, au kuongeza mchango wa torati ya kusita kunaweza kuboresha utendakazi wa kudhoofisha uga.

Kwa hiyo, wakati wa kutathmini, mtu hawezi kusema tu 'mota za axial flux daima zina udhoofu wa shamba'; ni lazima kutathminiwa kwa msingi wa kesi kwa kesi kwa kila muundo maalum.

III. Je, ni viashiria vipi vikuu vya kutathmini uwezo wa kudhoofisha uga?

Katika mazoezi ya uhandisi, kutathmini uwezo wa kudhoofisha uga wa kasi ya juu wa injini ya axial flux kwa kawaida huhusisha vigezo na mikunjo ya msingi ifuatayo.

1. Tabia ya sasa

Tabia ya sasa inafafanuliwa kama:

 ambapo  Ψm  ni kiunganishi cha kudumu cha sumaku, na  Ld  ni uletaji wa mhimili wa moja kwa moja.

Ikiwa mkondo wa sifa ni chini ya kiwango cha juu cha pato la sasa la kidhibiti, basi mota inaweza kinadharia kuingia eneo la 'kudhoofisha uga usio na kikomo', kuruhusu upanuzi wa kasi ya juu sana.
Ikiwa mkondo wa tabia ni mkubwa kuliko kiwango cha juu cha sasa, inamaanisha kuwa hata kutumia mkondo wote kwa kudhoofisha shamba haitoshi kughairi unganisho la mtiririko, na kupunguza uwezo wa upanuzi wa kasi ya juu.

Tabia ya sasa ndio kiashirio angavu zaidi cha kutathmini uwezo wa kudhoofisha uga.

2. Mduara wa kikomo cha voltage na mzunguko wa kikomo cha sasa

Kwenye ndege ya sasa ya vekta, uendeshaji wa gari unazuiwa na miduara miwili:

• Mduara wa kikomo wa sasa : imedhamiriwa na kiwango cha juu cha pato la sasa la mtawala;

• Mduara wa kikomo cha voltage : imedhamiriwa na voltage ya basi ya DC na kasi ya sasa.

Kadiri kasi inavyoongezeka, mzunguko wa kikomo cha voltage hupungua. Sehemu ya uendeshaji ya motor lazima iwe ndani ya makutano ya miduara hii miwili.

Injini iliyo na uwezo mkubwa wa kudhoofisha uwanja bado ina eneo la kutosha la makutano kwa kasi ya juu ili kutoa torque muhimu.
Injini iliyo na uwezo duni wa kudhoofisha uwanja huona mduara wa kikomo cha voltage ukipungua haraka sana, ikiminya sehemu ya kufanya kazi hadi eneo ndogo sana, na uwezo wa kutoa hupungua sana.

3. Upana wa eneo la nguvu za mara kwa mara

Katika uhandisi, 'eneo la nishati ya mara kwa mara' mara nyingi hutumiwa kutathmini uwezo wa upanuzi wa kasi ya juu.
Eneo pana la nishati isiyobadilika linaonyesha kuwa injini inaweza kudumisha pato la juu kiasi kwa kasi ya juu, badala ya kuathiriwa na kushuka kwa kasi kama mwamba.

Ikiwa injini ya axial flux haijaundwa vibaya kwa kudhoofisha shamba, eneo lake la nguvu isiyobadilika litakuwa nyembamba sana, na nguvu kwenye mwisho wa kasi itapungua haraka.

4. Uwiano wa kasi ya juu kwa kasi iliyokadiriwa

Uwiano huu pia huitwa 'uwiano wa upanuzi wa kasi ya kudhoofisha uwanjani.'
Kwa injini za kawaida za kuendesha gari za abiria, uwiano wa upanuzi wa mara 3 hadi 4 au zaidi unahitajika—kwa mfano, ukadiriaji wa 4000 rpm na upeo wa 15000-18000 rpm.
Iwapo injini ya axial flux inaweza kufikia kiwango hiki inategemea tathmini ya pamoja ya inductance, muunganisho wa flux, nambari ya jozi-nguzo, na uwezo wa voltage ya kidhibiti.

5. Ufanisi wa kasi ya juu na kupanda kwa joto

Kudhoofisha uga sio tu kuhusu 'ikiwa inaweza kusokota,' bali pia 'jinsi inavyofaa inapofanya hivyo.'
Ikiwa mkondo wa kudhoofisha uga ni mkubwa kupita kiasi, upotevu wa shaba huongezeka sana, na kusababisha kupanda kwa joto kali kwa kasi ya juu, ambayo inaweza hata kusababisha demagnetization isiyoweza kutenduliwa ya sumaku za kudumu.

Kwa hivyo, wakati wa kutathmini uwezo wa kudhoofisha uga, ni muhimu pia kuchunguza MAP yenye ufanisi wa kasi ya juu na utendakazi wa halijoto—sio nambari za kasi pekee.

IV. Jinsi ya kutathmini katika mazoezi? Mbinu tatu

Mbinu ya 1: Uigaji wa sumakuumeme

Wakati wa awamu ya kubuni, wahandisi kwa kawaida huunda kielelezo cha sumakuumeme cha axial flux motor kwa kutumia programu ya uigaji wa kipengele cha mwisho.

Kwa kufagia kasi tofauti na vekta za sasa, zifuatazo zinaweza kupatikana:

• Nyuma EMF waveform;

• Viingilio vya mhimili wa moja kwa moja na mhimili wa quadrature  Ld , Lq;

• Uunganisho wa Flux  Ψm;

• Tabia ya sasa  Ich;

• Makutano ya duara ya kikomo cha voltage na mzunguko wa kikomo cha sasa;

• Kinadharia kiwango cha juu cha curve ya kasi ya torque;

• Ufanisi MAP.

Data hizi zinaweza kuonyesha kikamilifu uwezo wa injini kudhoofisha uga.
Hata hivyo, kwa matokeo sahihi ya uigaji, ni lazima modeli iwakilishe kwa uaminifu mtiririko wa uvujaji wa mwisho wa axial flux, njia za mzunguko wa sumaku wa 3D, na sifa za kueneza. Kwa hivyo, uigaji wa motors za axial flux hutegemea zaidi uchanganuzi wa vipengele vya 3D ikilinganishwa na motors za kawaida za radial.

Njia ya 2: Upimaji wa benchi

Uigaji ni wa kinadharia tu; hatimaye, vipimo vya benchi vinahitajika.

Vipimo vya benchi kawaida hujumuisha:

• Kipimo cha nyuma cha mgawo wa EMF;

•  Kipimo cha inductance kwa joto tofauti;

• Kilele cha tabia ya nje ya kasi ya torque;

• Uwezo unaoendelea wa pato la nguvu;

• Muda wa operesheni endelevu kwa kasi ya juu;

• Ufanisi na ongezeko la joto katika eneo la kasi la kudhoofisha shamba;

• Mtihani wa uharibifu wa utendaji baada ya demagnetization ya sumaku.

Muhimu zaidi ni  kupanda kwa halijoto katika eneo la kasi ya juu la kudhoofisha uga  na  uwezo wa kufanya kazi unaoendelea .
Mifano nyingi za axial flux zinaweza kufikia kasi ya juu sana katika majaribio ya kilele cha muda mfupi, lakini zikizidi na kuharibika baada ya dakika chache za operesheni inayoendelea, haziwezi kuchukuliwa kuwa zina uwezo wa kudhoofisha uwanja uliohitimu kweli.

Mbinu ya 3: Dhibiti tathmini ya kulinganisha ya mkakati

Uwezo wa kudhoofisha shamba hautegemei tu motor yenyewe, lakini pia juu ya mtawala na algorithms ya kudhibiti.

Mikakati ya kawaida ya udhibiti ni pamoja na:

• MTPA (Upeo wa Torque kwa Ampere);

• Udhibiti wa kudhoofisha shamba;

• MTPV (Upeo wa Torque kwa Voltage);

• Usambazaji wa usambazaji wa umeme na utenganishaji wa sasa katika kudhoofisha uwanda wa kina.

Tathmini inapaswa kuchunguza ikiwa mkakati wa udhibiti unaweza kutumia kikamilifu mipaka ya voltage na ya sasa ya motor axial flux.
Ikiwa chombo cha gari kina uwezo mzuri wa kudhoofisha uga lakini kanuni ya udhibiti haitoshi, masuala kama vile kutetemeka, kupoteza udhibiti, au ufanisi wa chini kupita kiasi yanaweza kutokea kwa kasi ya juu.

V. Ni uboreshaji gani wa muundo unaweza kuongeza uwezo wa kudhoofisha uwanja wa kasi wa injini za axial flux?

Ikiwa tathmini itaonyesha uwezo usiotosha wa kudhoofisha uga, maelekezo ya kawaida ya uboreshaji ni pamoja na:

1. Boresha uingizaji wa mhimili wa moja kwa moja

Kuongeza ipasavyo upenyezaji wa mhimili wa moja kwa moja kunaweza kupunguza mkondo wa tabia na kuongeza uwezo wa kudhoofisha uga.
Hii inaweza kupatikana kwa kuongeza nambari ya jozi-nguzo, kurekebisha jiometri ya yanayopangwa, kuboresha mpangilio wa vilima, kuongeza upana wa daraja la sumaku, nk.

Walakini, kuongeza uelekezaji wa mhimili wa moja kwa moja mara nyingi hukinzana na msongamano wa torque, kwa hivyo uboreshaji wa malengo mengi unahitajika.

2. Punguza kwa kiasi uhusiano wa mtiririko

Kutumia sumaku zilizo na ubakiaji wa chini kidogo lakini kustahimili joto la juu, au kupunguza unene wa sumaku, kunaweza kupunguza nyuma EMF na mkondo wa tabia.
Kubadilishana ni kupunguzwa kwa torque ya kasi ya chini, ambayo inahitaji kupimwa dhidi ya mahitaji ya jumla ya mfumo.

3. Ongeza mchango wa torque ya kusita

Kwa kuongeza uwiano wa saliency (tofauti kati ya quadrature na inductances ya mhimili wa moja kwa moja), torque ya kusita inaweza kuchukua sehemu kubwa ya pato, kupunguza utegemezi wa uhusiano wa kudumu wa flux ya sumaku.
Kwa njia hii, kwa kudhoofisha kwa kasi ya juu, uunganisho wa flux huchukua kichwa cha chini cha voltage, na kufanya upanuzi wa kasi kuwa rahisi zaidi.

4. Pitisha msisimko wa mseto au mtiririko unaobadilika

Hii ni mbinu ya juu zaidi.
Kujumuisha vilima vya uga au sumaku zinazobadilika-badilika katika muundo wa axial flux huruhusu upunguzaji hai wa mtiririko wa pengo la hewa kwa kasi ya juu, kubadilisha 'uga unaodhoofisha' kuwa 'kudhoofisha uga tendaji.'

Muundo huu unaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa ufanisi wa kasi ya juu na upana wa eneo la nguvu isiyobadilika, lakini huongeza ugumu wa muundo na gharama.

5. Kuboresha matumizi ya voltage ya basi la DC

Ikiwa injini yenyewe ina uwezo wa kawaida wa kudhoofisha uwanja, inawezekana pia kurudisha nyuma 'ukuta wa voltage' kwa kuinua kiwango cha voltage ya kidhibiti, kwa kutumia vibadilishaji vya SiC, kuboresha mikakati ya urekebishaji, nk, ili kutoa voltage yenye ufanisi zaidi kutoka kwa voltage sawa ya basi.

Hii inaacha nafasi zaidi kwa uga kudhoofika.

VI. Dhana potofu za kawaida

Wakati wa kutathmini uwezo wa kasi wa kudhoofisha uwanja wa motors axial flux, maoni kadhaa potofu yanafaa kuzingatiwa.

Dhana potofu ya 1: Kuangalia tu kasi ya juu.

Kasi ya juu zaidi haimaanishi uwezo mkubwa wa kudhoofisha uga—inaweza kuwa tu mlipuko wa kasi wa muda mfupi bila kutoa nguvu endelevu muhimu.

Dhana potofu ya 2: Kuamini kwamba motors za axial flux daima zina udhaifu wa shamba.

Kama ilivyoelezwa hapo awali, axial flux ni dhana ya topolojia, na utendaji maalum wa kudhoofisha uwanja hutofautiana sana. Baadhi ya motors za axial flux zenye utendakazi wa juu zinaweza hata kufanya vyema zaidi injini za kulinganishwa za radial flux katika uwezo wa kudhoofisha uwanja.

Dhana potofu ya 3: Kupuuza athari za halijoto.

Uunganisho wa kudumu wa flux ya sumaku na upinzani wa vilima hutofautiana na halijoto. Kwa joto la juu, uunganisho wa flux hupungua, na kubadilisha mahitaji ya sasa ya kudhoofisha shamba. Tathmini inapaswa kutumia vigezo vya hali ya joto, sio tu data ya hali baridi.

Dhana potofu ya 4: Kutibu kasi ya juu ya uigaji kama kasi halisi inayoweza kutumika.

Uigaji mara nyingi huendeshwa chini ya hali bora ya voltage, sasa, na joto. Katika upimaji halisi wa benchi, utofauti wa kidhibiti na ulinzi wa hali ya joto utapunguza eneo la vitendo la kudhoofisha uga.

VII. Hitimisho

Uwezo wa kasi wa kudhoofisha uwanja wa motor axial flux ni, kwa asili, shida ya uhandisi ya kiwango cha mfumo.

Inategemea sio tu juu ya muundo wa umeme wa mwili wa motor, lakini pia juu ya mkakati wa udhibiti, uwezo wa inverter, na usimamizi wa joto.
Tathmini isitegemee kigezo kimoja au viwili tu; badala yake, inahitaji hukumu ya kina kulingana na tabia ya sasa, miduara ya kikomo cha voltage/sasa, upana wa eneo la nguvu isiyobadilika, ufanisi wa kasi ya juu, kupanda kwa halijoto, na uwezo wa operesheni endelevu.

Kwa wahandisi wanaolenga kusukuma injini za axial flux kwenye programu za kiendeshi cha kasi ya juu,  uwezo wa kudhoofisha uga si suala la 'kama upo,' bali 'ikiwa injini inaweza kupanua kasi kwa uendelevu na kwa ufanisi.'

Katika siku zijazo, pamoja na maendeleo katika nyenzo mpya, topolojia mpya, na mbinu za uboreshaji wa fizikia nyingi, utendaji wa motors za axial flux katika eneo la kasi ya kudhoofisha uwanja utaendelea kuboreshwa.
Na kwa usahihi na kwa utaratibu kutathmini uwezo wao wa kudhoofisha shamba kutazidi kuwa kiungo muhimu katika maendeleo ya gari la umeme.