اختبار المحرك الخلفي-EMF وتحليل الشكل الموجي: القياس المستمر, التحلل التوافقي, وتحسين التنقل

العودة-EMF: البصمة الكهربائية للمحرك

عندما يدور عمود المحرك, يؤدي المجال المغناطيسي المتحرك إلى إحداث جهد في ملفات الجزء الثابت حتى مع عدم تدفق التيار. هذه هي القوة الدافعة الكهربائية الخلفية (العودة-EMF), وهو القياس الفردي الأكثر كثافة للمعلومات المتوفر من آلة كهربائية دوارة. تكشف السعة عن ارتباط التدفق لكل زوج قطب، وبالتالي قدرة المحرك على إنتاج عزم الدوران لكل أمبير. يحدد شكل الموجة ما إذا كان من الأفضل قيادة الماكينة بواسطة التيارات الجيبية أو شبه المنحرفة. يتنبأ المحتوى التوافقي بتموج عزم الدوران, الضوضاء الصوتية, وخطأ في التبديل. وأي عدم تناسق بين الأطوار - أي انحراف في السعة أو تحول الطور عن التباعد المثالي بمقدار 120 درجة - يشير إلى عيوب التصنيع في لفات الملفات, وضع المغناطيس, أو جودة المغنطة قبل أن يدخل المحرك الخدمة.

لذلك يتم إجراء قياس EMF الخلفي عند ثلاث نقاط في دورة حياة المحرك: أثناء التحقق من صحة التصميم الأولي (تميز التصميم), خلال عينات ما قبل الإنتاج (إنتاج البوابة), وعلى منصة اختبار الإنتاج في نهاية الخط (شاشة كل وحدة). كل سياق له سرعة قياس مختلفة, دقة, والمتطلبات التفسيرية.

ما يكشفه اختبار Back-EMF

يقوم مقعد اختبار EMF الخلفي بتشغيل المحرك قيد الاختبار (لا يوجد تيار في اللفات الخاصة به) بسرعة يتم التحكم فيها باستخدام مقياس قوة المحرك الرئيسي, ثم يلتقط جميع الفولتية الثلاثة من الخط إلى الحياد في وقت واحد بمعدل عينة مرتفع. من هذه اللقطة الفردية, ويمكن استخراج العديد من الخصائص:

• ثابت EMF الخلفي (ك): RMS أو جهد الذروة إلى الحياد مقسومًا على السرعة الزاوية للعمود (الخامس/(راد / ث) أو الخامس/krpm). يتناسب طرديا مع ثابت عزم الدوران kT = kE لوحدات SI; يشير الانحراف عن هدف التصميم إلى درجة مغناطيس خاطئة, أخطاء العد, أو فجوة هوائية غير صحيحة.
• الشكل الموجي: الجيوب الأنفية (PMSM مع لف موزعة), شبه منحرف (BLDC مع لف مركزة), أو وسيطة. يحدد الشكل الوضع الأمثل لمحرك الأقراص الحالي.
• التشوه التوافقي الكلي (ثد): تهيمن عليها التوافقيات الخامسة والسابعة لـ PMSM المثبتة على السطح; 3التوافقي الثالث لبعض آلات اللف المركزة ذات الفتحة الجزئية; 6التوافقي (المشار إليها الأساسية) للآلات ذات الفتحات المنحرفة.
• توازن المرحلة: نسبة السعة وزاوية الطور بين UA, يو بي, جامعة كاليفورنيا; ينبغي أن يكون 1.0 و 120 درجة لآلة متوازنة ثلاثية الطور.
• موقف معبر الصفر: أمر بالغ الأهمية لتوقيت تخفيف BLDC; يحدث التقاطع الصفري للطور الخلفي EMF بمقدار 30 درجة قبل لحظة التخفيف في محرك شبه منحرف مكون من 6 خطوات.

عناصر الاختبار الأساسية

1. قياس ثابت للخلف EMF (ك)

يتم تدوير المحرك بسرعة اختبار محددة (عادة 1,000 أو 3,000 دورة في الدقيقة) ويتم قياس RMS أو جهد الذروة من الخط إلى المحايد باستخدام محلل طاقة دقيق أو راسم الذبذبات عالي الدقة (12-قليلا أو أعلى). يتم حساب kE كـ Urms / أوه (حيث ω هي السرعة الزاوية الكهربائية بوحدة rad/s). يتم اختبار سرعات متعددة للتحقق من الخطية (يجب أن تكون kE ثابتة مع السرعة بالنسبة للآلة الخطية; يشير الانحراف إلى تأثيرات التيار الدوامي أو التشبع بسرعة عالية). تتم مقارنة النتيجة بمواصفات التصميم ومتوسط ​​الدُفعة من الوحدات السابقة.

المقاييس الرئيسية: kE ضمن ±2% من مواصفات قبول الإنتاج; معامل الاختلاف (ق / م) < 0.5% ضمن دفعة الإنتاج.

2. التحلل التوافقي وTHD

تحويل فورييه سريع (تحويل فوري مباشر) من الشكل الموجي الخلفي EMF يتحلل إلى أساسي وتوافقي. لـ PMSM مدفوعًا بالتيار الجيبي, تتناسب سعة تموج عزم الدوران تقريبًا مع منتج الترتيب التوافقي والسعة التوافقية, إذن التوافقي الخامس عند 3% من المساهمات الأساسية تقريبًا 15% تموج عزم الدوران عند 6 × التردد الأساسي (6التوافقي لعزم الدوران). يميز مقعد الاختبار كل توافقي حتى الترتيب العشرين على الأقل ويوثق أي توافقيات تقع فوق عتبة القبول.

المقاييس الرئيسية (PMSM نموذجي): 5التوافقي < 3%; 7التوافقي < 2%; ثد < 5%.

3. توازن المرحلة والكشف عن عدم التماثل

ثلاث قنوات لنظام الحصول على البيانات تلتقط UA في وقت واحد, يو بي, جامعة كاليفورنيا في 1 ميغاهيرتز أو أعلى. عدم تناسق السعة (مرحلة واحدة أعلى أو أقل من المرحلتين الأخريين) الأعلام في عداد المفقودين المنعطفات, المنعطفات المختصرة, أو قطبية المغناطيس خاطئة. عدم تناسق زاوية الطور (ليس بالضبط 120 درجة) يشير إلى مشاكل ميكانيكية - الانحراف المركزي للدوار, محاذاة قطاع مغنطة غير صحيحة, أو خطوة متعرجة خاطئة. يُبلغ منضدة الاختبار عن نسبة السعة (وا / يو بي, يو بي/جامعة كاليفورنيا, جامعة كاليفورنيا/UA – يجب أن يكون الجميع كذلك 1.0 ± 1%) وانحرافات زاوية الطور (يجب أن تكون 120 درجة ± 1 درجة).

4. خطية EMF الخلفية المعتمدة على السرعة

مقاعد البدلاء تجتاح السرعة من 10% ل 100% من السرعة المقدرة في الخطوات والمؤامرات kE مقابل السرعة. الآلة المثالية لها سرعة kE مسطحة; تتسبب خسائر التيار الدوامي في المغناطيس أو الحديد الدوار في ظهور انخفاض kE عند السرعة العالية (التدفق بشكل فعال “التسريبات” في التيارات الدوامة). تتميز الآلات المخصصة لعملية إضعاف المجال بسرعات أعلى من السرعة الأساسية, حيث يجب ألا يتجاوز EMF الخلفي حد جهد الإمداد الذي يفقد عنده العاكس التحكم الحالي.

5. تحسين توقيت تبديل BLDC

لمحركات BLDC شبه المنحرفة, إن التقاطع الصفري للطور غير النشط الخلفي EMF هو الإشارة المرجعية للتخفيف. يميز المقعد موضع التقاطع الصفري مقابل الحمل والسرعة لتحديد زاوية التقدم المثالية (عادة 0-30 درجة كهربائية). يؤدي تقدم التخفيف المبكر جدًا إلى قتال المرحلة القادمة ضد EMF الخلفي; بعد فوات الأوان يؤدي إلى انخفاض عزم الدوران وفقدان الكفاءة. يقوم المقعد بتشغيل المحرك عند نقاط تحميل متعددة, يكتسح زاوية التقدم, ويقيس الكفاءة وتموج عزم الدوران للعثور على الأمثل.

المقاييس الرئيسية: تحسين الكفاءة من خلال تحسين الزاوية المتقدمة: 2-8% حسب السرعة; تقليل تموج عزم الدوران: 30-50% عند التقدم الأمثل مقابل. تخفيف المعابر الصفرية.

6. معامل درجة الحرارة kE

لآلات المغناطيس الدائم, يتناقص kE مع زيادة درجة حرارة المغناطيس بسبب معامل درجة الحرارة السالب لـ Br (عادةً -0.11%/درجة مئوية لـ NdFeB). يقيس المقعد kE عند 20 درجة مئوية, 60درجة مئوية, 80درجة مئوية, 100درجة مئوية, و 120 درجة مئوية (باستخدام غرفة حرارية أو تقدير درجة الحرارة على أساس مقاومة اللف). تتم مقارنة المعامل المقاس بورقة بيانات المغناطيس; يشير المعامل الأكثر سلبية بكثير من المتوقع إلى مغناطيس ذو درجة أقل من المحدد. يستخدم هذا الاختبار أيضًا لمعايرة النماذج الحرارية المستخدمة في وحدة التحكم في المحرك للتأكد من دقة مراقب التدفق.

اختبار EMF الخلفي لنهاية الخط

على خط الإنتاج, يجب أن يكتمل قياس EMF الخلفي في الأسفل 5 ثانية لكل وحدة. يقوم مقعد نهاية الخط بتدوير المحرك إلى سرعة اختبار ثابتة (على سبيل المثال, 1,000 دورة في الدقيقة) في 1-2 ثانية, يلتقط نافذة تتراوح من 50 إلى 200 مللي ثانية من بيانات EMF الخلفية, ويحسب kE وتوازن المرحلة. يتم وضع علامة على الوحدات الموجودة خارج نطاق التسامح لإعادة العمل أو الخردة. عدم اليقين في قياس طاولة الإنتاج (بما في ذلك عدم اليقين السرعة, دقة قياس الجهد, وزمن وصول معالجة البيانات) يجب أن تكون صغيرة بالنسبة لتسامح القبول - للتسامح ± 2٪ على kE, وينبغي أن يكون عدم اليقين قياس مقاعد البدلاء < 0.3%.

ماذا يعني هذا لاختيار مقعد الاختبار

تتراوح معدات قياس EMF الخلفية من راسم الذبذبات البسيط ومقياس ديناميكي المنضدي لـ R المبكر&D يعمل على اختبار نهاية الخط متكامل تمامًا مع تقارير النجاح / الفشل الآلية والتحكم في العمليات الإحصائية (توافق آراء ساو باولو) تصدير البيانات. المواصفات الحاسمة هي قياس عرض النطاق الترددي (يجب أن يلتقط التوافقيات حتى الترتيب العشرين على الأقل), التقاط ثلاث قنوات في وقت واحد (لحساب زاوية المرحلة بدقة), دقة قياس السرعة (يتضاعف عدم اليقين في ω مباشرة إلى عدم اليقين في kE), و- بالنسبة للإنتاج- مدة الدورة وإمكانية تتبع البيانات.

تشتمل أنظمة اختبار المحركات لدينا على توصيف EMF الخلفي كعنصر اختبار قياسي في كل من R&د وتكوينات الإنتاج. بالنسبة لتصميمات المحركات حيث تكون جودة EMF الخلفية هي بوابة التصميم الأساسية, يمكننا تكوين مقاعد توصيف مخصصة باستخدام برنامج تحليل مصمم خصيصًا لطوبولوجيا المحرك لديك. لمناقشة متطلباتك, تحدث إلى فريقنا الهندسي.