مضبوط برقی مقناطیسی مداخلت کے تحت ہچکچاہٹ قسم کے حل کرنے والوں میں گناہ/کاس سگنل کی بگاڑ کا تجزیہ - ای وی ریزولور سینسر

ایپلی کیشنز میں جیسے کہ نئی انرجی گاڑی الیکٹرک ڈرائیوز اور انڈسٹریل سرووس، ہچکچاہٹ کی قسم حل کرنے والے بڑے پیمانے پر موٹر روٹر پوزیشن سینسر کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ ان میں کوئی سیمی کنڈکٹر چپس نہیں ہوتی ہیں، زیادہ درجہ حرارت کا مقابلہ کرتے ہیں، اور کمپن کے خلاف مزاحمت کرتے ہیں - وہ بہت 'ناہموار' دکھائی دیتے ہیں۔ تاہم، بہت سے انجینئرز کو سائٹ پر ایک حیران کن مسئلہ کا سامنا کرنا پڑتا ہے: ایک بار جب موٹر کی طاقت بڑھ جاتی ہے اور PWM سوئچنگ فریکوئنسی بڑھ جاتی ہے، تو ریزولور کے سائن/کوزائن آؤٹ پٹ سگنلز میں خرابیاں پیدا ہوتی ہیں، سیسہ اور دیگر خرابیاں پیدا ہوتی ہیں۔ زاویہ سے گھبراہٹ، ٹارک کی لہر، اور یہاں تک کہ کنٹرولر کی خرابیوں تک۔

I. ایک نارمل ریزولور سائن/کوزائن سگنل کیسا لگتا ہے؟

ہچکچاہٹ کی قسم کے حل کرنے والے کی ساخت نسبتاً آسان ہے: سٹیٹر ایک جوش و خروش اور دو مقامی طور پر آرتھوگونل آؤٹ پٹ وائنڈنگز رکھتا ہے، جب کہ روٹر خاص طور پر سلیکون سٹیل کے نمایاں کھمبوں سے بنا ہوا ہے جس میں کوئی وائنڈنگ نہیں ہے۔ ایک اعلی تعدد sinusoidal اتیجیت جوش وائنڈنگ پر لاگو کیا جاتا ہے:

جب روٹر ایک زاویہ θ سے گھومتا ہے تو ، دو آؤٹ پٹ وائنڈنگز بالترتیب دلاتے ہیں:

عملی طور پر، ہر سگنل فرق ہے، مثال کے طور پر، S1-S3 اور S2-S4۔ جیسا کہ دیکھا جا سکتا ہے، حل کرنے والا آؤٹ پٹ ایک اعلی تعدد کیریئر ہے جس کا طول و عرض روٹر زاویہ  θ کے ذریعہ ماڈیول کیا جاتا ہے  ۔ ایک آسیلوسکوپ پر، لہریں دو لفافوں کے طور پر ظاہر ہوتی ہیں جو بالترتیب سائن اور کوسائن کے زاویہ کے ساتھ مختلف ہوتی ہیں۔

ضابطہ کشائی کرنے والی چپ - ریزولور سے ڈیجیٹل کنورٹر (RDC) - ان سگنلز کو کم کرتا ہے، لفافے نکالتا ہے، اور زاویہ کا حساب لگاتا ہے۔  

II مضبوط برقی مقناطیسی مداخلت کہاں سے آتی ہے۔

حل کرنے والا عام طور پر موٹر کے آخر میں نصب ہوتا ہے، جس کے چاروں طرف ایک مضبوط برقی مقناطیسی مداخلت کا ماحول ہوتا ہے:

IGBTs/MOSFETs کی تیز  رفتار سوئچنگ : موٹر کنٹرولر کی PWM کیریئر فریکوئنسی عام طور پر چند kHz سے دسیوں kHz کی حد میں ہوتی ہے، لیکن سوئچنگ ایجز صرف دسیوں سے سینکڑوں نینو سیکنڈز تک ہوتے ہیں، اسپیکٹرا دسیوں MHz تک پھیلا ہوا ہوتا ہے۔

پاور  بس بارز اور فیز کیبلز : ہائی کرنٹ اور ہائی وولٹیج میں تیز تبدیلیاں مضبوط برقی اور مقناطیسی فیلڈز پیدا کرتی ہیں۔

رابطہ  کنندہ اور ریلے آپریشنز : آرسنگ اور عارضی دالیں تیار کریں۔

·  پاور کنورٹرز : بجلی کی فراہمی کو تبدیل کرنے سے لہر اور ہارمونکس۔

ایک بار جب یہ مداخلتیں حل کرنے والے سگنل لائنوں میں جوڑے جاتے ہیں، تو وہ بصورت دیگر صاف سائن/کوزائن سگنلز کو سپرپوز کرتے ہیں۔

III کس طرح مداخلت سگنل چین میں داخل ہوتی ہے۔

چار اہم راستے ہیں جن کے ذریعے مداخلت حل کرنے والے سگنل چین میں داخل ہوتی ہے:

1. ریڈی ایٹیو کپلنگ
پاور لائنز اور سوئچنگ نوڈس ٹرانسمٹ کرنے والے انٹینا کی طرح کام کرتے ہیں، جب کہ ریزولور وائرنگ ہارنیس انٹینا وصول کرنے کی طرح کام کرتے ہیں۔ جب ریزولور ہارنیسز کو پاور کیبلز کے متوازی روٹ کیا جاتا ہے، تو ہائی فریکوئنسی برقی مقناطیسی فیلڈز براہ راست ہارنیسز پر وولٹیج پیدا کرتے ہیں۔

2. کنڈکٹیو کپلنگ
انٹرفیس ایکسائٹیشن پاور سپلائی لائنز یا ڈیکوڈر بورڈ پاور سپلائی کے ذریعے حل کرنے والے سسٹم میں داخل ہوتا ہے، اور پھر سگنل سائیڈ میں جوڑے۔

3. زمینی امکانی اختلافات
بڑے دھارے زمینی نشانات یا دھاتی مکانات پر وولٹیج کے قطروں کا باعث بنتے ہیں، ریزولور اینڈ اور ڈیکوڈر اینڈ کے درمیان غیر مساوی زمینی پوٹینشل پیدا کرتے ہیں، کامن موڈ وولٹیج بناتے ہیں۔

4. لائنوں کے درمیان کراسسٹالک
جب ریزولور ہارنیس فیز کیبلز، بس بارز وغیرہ کے متوازی چلتے ہیں تو پرجیوی کیپیسیٹینس اور لائنوں کے درمیان باہمی انڈکٹنس جوڑے کی مداخلت ختم ہوجاتی ہے۔

چہارم تحریف کے مخصوص مظاہر

آسیلوسکوپ پر، مضبوط EMI کے تحت سائن/کوزائن سگنل درج ذیل شکلوں میں ظاہر ہو سکتے ہیں۔

1. ہائی فریکوئنسی گِلِچ سپرپوزیشن
اسپائکس اور رِنگنگ PWM کناروں کے ساتھ سنکرونائز ہوتے ہیں کیریئر پر ظاہر ہوتے ہیں۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ پرجیوی کیپیسیٹینس کے ذریعے سگنل لائنوں میں جوڑے جانے کے لمحات کے دوران پیدا ہونے والی ہائی فریکوئنسی کرنٹ۔ خرابی کے طول و عرض دسیوں mV یا یہاں تک کہ سینکڑوں mV تک پہنچ سکتے ہیں، جبکہ عام تفریق سگنل کے طول و عرض عام طور پر صرف چند وولٹ ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں SNR میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔

2. کامن موڈ ٹو ڈیفرینشل موڈ شور
ڈفرنشل سگنل نظریاتی طور پر صرف دو تاروں کے درمیان وولٹیج کے فرق کے لیے حساس ہوتے ہیں اور کامن موڈ مداخلت کے خلاف رد کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ تاہم، اصل کیبلز، کنیکٹرز، اور فلٹر نیٹ ورک کبھی بھی مکمل طور پر ہم آہنگ نہیں ہوتے ہیں۔ جب اعلی تعدد کامن موڈ مداخلت داخل ہوتی ہے، تو اس کا کچھ حصہ ڈیفرینشل موڈ وولٹیج میں تبدیل ہو جاتا ہے اور سائن/کوزائن سگنلز پر سپرمپوز کیا جاتا ہے۔ یہ شور اکثر لفافے پر متواتر 'فز' کے طور پر ظاہر ہوتا ہے۔

3. کلپنگ اور سیچوریشن
جب مداخلت کا طول و عرض بڑا ہوتا ہے، اور سپر امپوزڈ سگنل کی چوٹی RDC ان پٹ رینج یا op-amp سپلائی ریلوں سے زیادہ ہوتی ہے، تو ویوفارم ٹاپس کو 'کلپ کیا جاتا ہے۔' تراشنا براہ راست sin/cos لفافے کو تباہ کر دیتا ہے، جس سے ڈی کوڈ شدہ زاویے میں شدید نان لائنر غلطیاں پیدا ہوتی ہیں۔

4. DC آفسیٹ ڈرفٹ
مداخلت میں کم تعدد والے اجزاء، گراؤنڈ لوپ کرنٹ، یا اصلاحی اثرات سگنل میں ڈی سی آفسیٹ کا سبب بن سکتے ہیں، جس سے لہر کی شکل غیر متناسب ہوتی ہے۔ RDC ضابطہ کشائی عام طور پر خالص AC سگنلز کو فرض کرتی ہے۔ آفسیٹ زاویہ کی غلطیوں اور رفتار کی لہر کی طرف جاتا ہے۔

5. ہارمونک ڈسٹورشن
مقناطیسی مواد کی نان لائنیرٹی اور مداخلت اور ایکسائٹیشن کیریئر کے درمیان انٹر موڈیولیشن ہارمونک اجزاء پیدا کرتی ہے۔ ایک بار ہارمونکس RDC میں داخل ہونے کے بعد، وہ زاویہ میں ہائی آرڈر ہارمونک غلطیوں میں تبدیل ہو سکتے ہیں، جو ٹارک کی لہر یا شور کے طور پر ظاہر ہوتے ہیں۔

6. Sine/cosine طول و عرض کا عدم توازن اور فیز شفٹ
اگر sin اور cos کے دو سگنل راستوں میں مختلف فلٹر پیرامیٹرز، کیبل کی لمبائی، یا کنیکٹر رابطہ رکاوٹیں ہیں، تو دونوں چینلز مضبوط مداخلت کے تحت مختلف طریقے سے متاثر ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں طول و عرض میں مماثلت یا فیز شفٹ ہوتا ہے۔ RDC sinθ/cosθ کی بنیاد پر زاویہ کا حساب لگاتا ہے۔ طول و عرض یا مرحلے کا عدم توازن براہ راست زاویہ کی غلطیاں پیدا کرتا ہے۔

V. نظام پر تحریف کا اثر

سگنل کی تحریف صرف آسیلوسکوپ پر ایک 'بصری مسئلہ' نہیں ہے۔ یہ براہ راست نظام کی کارکردگی پر ظاہر ہوتا ہے:

·  اینگل آؤٹ پٹ جٹر : آر ڈی سی کے ذریعہ ڈیموڈیول کردہ شور زاویہ کی قدر میں ہائی فریکوئنسی جٹر کا سبب بنتا ہے، رفتار فیڈ بیک شور کو بڑھاتا ہے۔

متواتر  زاویہ کی خرابیاں : لفافے کی تحریف اور ہارمونکس زاویہ کی خرابیوں کا سبب بنتے ہیں جو روٹر کی پوزیشن کے ساتھ وقتاً فوقتاً مختلف ہوتی ہیں، جس کی وجہ سے dq-axis کرنٹ کے اتار چڑھاؤ اور ٹارک کی لہر ہوتی ہے۔

·  نقائص اور تالا کا نقصان : شدید مداخلت سے RDC ٹریکنگ لوپ کا لاک کھو سکتا ہے، جس کے نتیجے میں زاویہ چھلانگ لگاتا ہے اور اوور کرنٹ یا اوور وولٹیج تحفظ کو متحرک کرتا ہے۔

·  سسٹم کی کارکردگی میں کمی : الیکٹرک گاڑیوں میں، اس سے موٹر کی کارکردگی میں کمی، کمپن اور شور میں اضافہ، اور یہاں تک کہ گاڑیوں کی حفاظت پر سمجھوتہ ہو سکتا ہے۔

VI کس طرح شناخت اور دشواری کا حل

عملی ڈیبگنگ میں، درج ذیل طریقے تیزی سے اس بات کا تعین کر سکتے ہیں کہ آیا مضبوط EMI سے ریزولور سگنل متاثر ہوئے ہیں:

S1-S3 اور S2-S4 کی پیمائش کرنے کے لیے ،  استعمال کریں  ڈیفرینشل پروبس کا  سنگل اینڈڈ پروبس سے گریز کریں جو گراؤنڈ لوپس کو متعارف کروا سکتے ہیں۔

۔ یہ معلوم کرنے کے لیے کہ آیا جوش و خروش کی طرف سے مداخلت متعارف کرائی گئی ہے، ایک ساتھ ایکسائٹیشن سگنل اور آؤٹ پٹ سگنلز دونوں کا مشاہدہ کریں

موٹر سٹیشنری بمقابلہ رننگ، اور PWM سوئچ آن بمقابلہ آف کے ساتھ ویوفارمز کا موازنہ کریں  ، یہ تعین کرنے کے لیے کہ آیا مداخلت پاور سرکٹ سے پیدا ہوتی ہے۔

انٹرفیس سپیکٹرم کا تجزیہ کرنے کے لیے اوسیلوسکوپ کے FFT کا استعمال کریں  اور چیک کریں کہ آیا یہ PWM کیریئر فریکوئنسی یا ایج ہارمونکس کے ساتھ موافق ہے۔

·  کامن موڈ مداخلت کی سطح کا اندازہ لگانے کے لیے زمین پر دو لائنوں کے کامن موڈ وولٹیج کی پیمائش کریں۔

VII دبانے کے اقدامات

تحریف کو دبانے کے لیے تین محاذوں پر بیک وقت کوششوں کی ضرورت ہوتی ہے: مداخلت کا ذریعہ، جوڑنے کا راستہ، اور وصول کنندہ۔

1. وائرنگ کنٹرول اور شیلڈنگ کو بہتر بنائیں

·  ریزولور سگنل لائنوں کے لیے شیلڈ بٹی ہوئی جوڑیوں کا استعمال کریں، ڈیکوڈر اینڈ پر ایک ہی پوائنٹ پر گراؤنڈ شیلڈ کے ساتھ تاکہ ڈبل اینڈ گراؤنڈنگ کی وجہ سے گراؤنڈ لوپس سے بچا جا سکے۔

۔  لمبے متوازی رن سے گریز کرتے ہوئے پاور کیبلز سے علیحدہ سگنل لائنوں کو روٹ کریں اگر کراسنگ ناگزیر ہے، تو انہیں کھڑے ہو کر کراس کریں۔

·  اگر ضروری ہو تو، ہائی فریکوئنسی شیلڈنگ کی تاثیر کو بہتر بنانے کے لیے دھاتی نالیوں یا ڈبل ​​لیئر شیلڈنگ کا استعمال کریں۔

2. فلٹرنگ اور تحفظ

۔ عام موڈ شور اور ہائی فریکوئنسی کی خرابیوں کو دبانے کے لیے RDC ان پٹ پر کامن موڈ چوکس اور RC لو پاس فلٹرز شامل کریں

·  فلٹر کٹ آف فریکوئنسی ریزولور ایکسائٹیشن فریکوئنسی سے زیادہ ہونی چاہیے جبکہ بہت زیادہ فیز تاخیر سے گریز کریں، جو بصورت دیگر زاویہ کی نئی غلطیاں متعارف کرائے گا۔

۔ ڈیکوڈر سرکٹری کو نقصان پہنچانے سے عارضی اوور وولٹیجز کو روکنے کے لیے حفاظتی آلات جیسے TVS ٹیوبیں شامل کریں

3. لے آؤٹ اور گراؤنڈنگ

·  اینالاگ سگنل کے نشانات کو مختصر کرنے کے لیے ڈیکوڈر بورڈ کو ریزولور کنیکٹر کے جتنا ممکن ہو قریب رکھیں۔

·  اینالاگ گراؤنڈ کو پاور گراؤنڈ سے الگ کریں، ان کو ایک ہی نقطے پر جوڑ کر ینالاگ گراؤنڈ سے بڑی کرنٹ کو بہنے سے روکیں۔

کنیکٹر کے انتخاب میں شیلڈ کے تسلسل پر توجہ دیں ،  اس بات کو یقینی بناتے ہوئے کہ کنیکٹر پر شیلڈ ٹوٹی نہیں ہے۔

4. حوصلہ افزائی ضمنی علاج

۔ ایکسائٹیشن لائنوں کے لیے بھی شیلڈ بٹی ہوئی جوڑی کا استعمال کریں، اور ایکسائٹیشن پاور سپلائی میں فلٹرنگ شامل کریں

·  ایکسائٹیشن سگنلز اور پاور کیبلز کے درمیان کنیکٹرز یا ہارنیسز کو شیئر کرنے سے گریز کریں۔

5. سسٹم اور الگورتھمک اقدامات

·  مضبوط مخالف مداخلت کی صلاحیت کے ساتھ RDC چپس کا انتخاب کریں، جیسے کہ بلٹ ان سنکرونس ڈیموڈولیشن اور ڈیجیٹل فلٹرنگ۔

·  سافٹ ویئر میں، زاویہ سگنل پر فلٹرنگ، ریٹ محدود کرنے، اور ممکنہ جانچ پڑتال کا اطلاق کریں تاکہ انفرادی مداخلت کی دالوں کو کنٹرول کی بے ضابطگیوں سے بچایا جا سکے۔

·  PWM ایج سلیو ریٹ کو بہتر بنائیں اور منبع پر مداخلت کو کم کرنے کے لیے سنبر سرکٹس شامل کریں۔

VIII نتیجہ

مقناطیسی ریزولور فطری طور پر ایک ناہموار سینسر ہے، لیکن اس کے سائن/کوزائن آؤٹ پٹس نچلے درجے کے اینالاگ سگنلز ہیں جو مضبوط EMI کے تحت مسخ کے لیے حساس ہیں۔ مداخلت اور جوڑنے کے راستوں کے ذرائع کو سمجھنا، اور مناسب شیلڈنگ، فلٹرنگ، گراؤنڈنگ، اور ترتیب کو نافذ کرنا، زاویہ کی رائے کی درستگی اور وشوسنییتا کو یقینی بنانے کے لیے ضروری ہے۔

انجینئرز کے لیے، آسیلوسکوپ پر موجود ویوفارم بہترین 'صحت کی رپورٹ' ہے۔ جتنی پہلے سگنل کی بگاڑ کا پتہ چل جاتا ہے، سسٹم کے مسائل کا امکان اتنا ہی کم ہوتا ہے۔