Kiểm tra EMF ngược động cơ và phân tích dạng sóng: Đo lường không đổi, Sự phân hủy hài hòa, và tối ưu hóa giao hoán

Trở lại EMF: Dấu vân tay điện của động cơ

Khi trục động cơ quay, từ trường chuyển động tạo ra một điện áp trong cuộn dây stato ngay cả khi không có dòng điện chạy qua. Đây là sức điện động ngược (trở lại EMF), và đây là phép đo đơn lẻ có mật độ thông tin dày đặc nhất hiện có từ một máy điện quay. Biên độ cho thấy mối liên kết từ thông trên mỗi cặp cực và do đó khả năng tạo ra mô-men xoắn trên mỗi amp của động cơ. Hình dạng dạng sóng xác định xem máy được điều khiển tốt nhất bởi dòng điện hình sin hay hình thang. Nội dung hài dự đoán gợn sóng mô-men xoắn, tiếng ồn âm thanh, và lỗi giao hoán. Và bất kỳ sự không đối xứng nào giữa các pha—độ lệch về biên độ hoặc lệch pha so với khoảng cách lý tưởng 120°—gây ra các lỗi chế tạo trong các vòng dây quấn, vị trí nam châm, hoặc chất lượng từ hóa trước khi động cơ đi vào hoạt động.

Do đó, phép đo EMF ngược được thực hiện tại ba điểm trong vòng đời của động cơ: trong quá trình xác nhận thiết kế ban đầu (đặc trưng cho thiết kế), trong quá trình lấy mẫu trước khi sản xuất (sản xuất cổng), và trên băng ghế thử nghiệm sản xuất cuối dây chuyền (sàng lọc từng đơn vị). Mỗi bối cảnh có tốc độ đo khác nhau, sự chính xác, và yêu cầu diễn giải.

Kiểm tra Back-EMF tiết lộ điều gì

Bàn thử nghiệm EMF phía sau điều khiển động cơ được thử nghiệm (không có dòng điện trong cuộn dây của nó) ở tốc độ được kiểm soát bằng lực kế động cơ chính, sau đó thu đồng thời cả ba điện áp từ dây đến trung tính ở tốc độ mẫu cao. Từ lần chụp duy nhất này, một số thuộc tính có thể được trích xuất:

• Hằng số EMF ngược (kE): RMS hoặc điện áp đỉnh đến trung tính chia cho vận tốc góc của trục (V/(rad/s) hoặc V/krpm). Tỷ lệ thuận với hằng số mô men xoắn kT = kE đối với đơn vị SI; độ lệch so với mục tiêu thiết kế cho thấy cấp nam châm sai, lỗi đếm lượt, hoặc khe hở không khí không chính xác.
• Dạng sóng: hình sin (PMSM với cuộn dây phân tán), hình thang (BLDC với cuộn dây tập trung), hoặc trung gian. Hình dạng xác định cấu hình hiện tại của ổ đĩa tối ưu.
• Tổng độ méo hài (THD): Bị chi phối bởi sóng hài thứ 5 và thứ 7 cho PMSM gắn trên bề mặt; 3sóng hài bậc hai đối với một số máy quấn dây tập trung có rãnh phân đoạn; 6điều hòa (đề cập đến yếu tố cơ bản) đối với máy có khe lệch.
• Cân bằng pha: Tỷ lệ biên độ và góc pha giữa UA, UB, UC; nên 1.0 và 120° đối với máy ba pha cân bằng.
• Vị trí không giao nhau: Quan trọng đối với thời gian chuyển mạch BLDC; sự giao nhau bằng 0 của EMF ngược pha xảy ra 30° trước thời điểm chuyển mạch trong truyền động hình thang 6 bước.

Mục kiểm tra cốt lõi

1. Đo hằng số EMF phía sau (kE)

Động cơ được quay ở tốc độ thử nghiệm xác định (tiêu biểu 1,000 hoặc 3,000 vòng/phút) và RMS hoặc điện áp đỉnh đến trung tính được đo bằng máy phân tích công suất chính xác hoặc máy hiện sóng có độ phân giải cao (12-chút hoặc cao hơn). kE được tính bằng Urms / Ồ (trong đó ω là vận tốc góc điện tính bằng rad/s). Nhiều tốc độ được kiểm tra để xác minh tính tuyến tính (kE phải không đổi với tốc độ đối với máy tuyến tính; độ lệch biểu thị hiệu ứng dòng điện xoáy hoặc bão hòa ở tốc độ cao). Kết quả được so sánh với thông số kỹ thuật thiết kế và với giá trị trung bình của lô từ các đơn vị trước đó.

Số liệu chính: kE trong phạm vi ±2% thông số kỹ thuật để nghiệm thu sản xuất; hệ số biến thiên (s/m) < 0.5% trong một đợt sản xuất.

2. Phân hủy hài hòa và THD

Biến đổi Fourier nhanh (FFT) của dạng sóng EMF phía sau phân tách nó thành sóng cơ bản và sóng hài. Đối với PMSM được điều khiển bởi dòng điện hình sin, biên độ gợn sóng của mô-men xoắn xấp xỉ tỷ lệ với tích của bậc hài và biên độ hài, vì vậy một sóng hài thứ 5 tại 3% về cơ bản đóng góp đại khái 15% gợn sóng mô-men xoắn ở tần số cơ bản 6 × (6điều hòa thứ của mô-men xoắn). Bàn thử nghiệm mô tả từng sóng hài ít nhất là bậc 20 và ghi lại các sóng hài vượt quá ngưỡng chấp nhận.

Số liệu chính (PMSM điển hình): 5điều hòa < 3%; 7điều hòa < 2%; THD < 5%.

3. Phát hiện cân bằng pha và bất đối xứng

Ba kênh của hệ thống thu thập dữ liệu đồng thời thu thập UA, UB, UC tại 1 MHz hoặc cao hơn. Biên độ không đối xứng (một pha cao hơn hoặc thấp hơn hai pha còn lại) cờ thiếu lượt, lượt rút ngắn, hoặc nam châm phân cực sai. Sự bất đối xứng góc pha (không chính xác cách nhau 120°) chỉ ra các vấn đề cơ học—độ lệch tâm của rôto, căn chỉnh khu vực từ hóa không chính xác, hoặc bước quấn sai. Băng ghế thử nghiệm báo cáo cả tỷ lệ biên độ (UA/UB, UB/UC, UC/UA—tất cả đều phải như vậy 1.0 ± 1%) và độ lệch góc pha (phải là 120° ± 1°).

4. Độ tuyến tính của EMF ngược phụ thuộc vào tốc độ

Băng ghế quét tốc độ từ 10% ĐẾN 100% tốc độ định mức theo bước và đồ thị kE so với tốc độ. Một máy lý tưởng có kE phẳng theo tốc độ; Tổn hao dòng điện xoáy trong nam châm hoặc sắt rôto làm cho kE dường như giảm ở tốc độ cao (dòng chảy một cách hiệu quả “rò rỉ” vào dòng điện xoáy). Máy được thiết kế cho hoạt động làm suy yếu trường được đặc trưng ở tốc độ cao hơn tốc độ cơ bản, trong đó EMF ngược không được vượt quá giới hạn điện áp cung cấp mà tại đó biến tần mất kiểm soát dòng điện.

5. Tối ưu hóa thời gian chuyển mạch BLDC

Đối với động cơ BLDC hình thang, giao điểm 0 của EMF ngược pha không được cấp điện là tín hiệu tham chiếu cho chuyển mạch. Băng ghế đặc trưng cho vị trí giao nhau bằng 0 so với tải trọng và tốc độ để xác định góc tiến tối ưu (thường là 0–30° điện). Tiến bộ chuyển mạch quá sớm khiến giai đoạn đến gặp khó khăn với EMF phía sau; quá muộn sẽ làm giảm mô-men xoắn và giảm hiệu suất. Băng ghế chạy động cơ ở nhiều điểm tải, quét góc trước, và đo hiệu suất cũng như độ gợn của mô-men xoắn để tìm ra giá trị tối ưu.

Số liệu chính: cải thiện hiệu quả từ tối ưu hóa góc nâng cao: 2–8% tùy thuộc vào tốc độ; giảm gợn sóng mô-men xoắn: 30–50% khi được tối ưu hóa trước so với. giao hoán bằng 0.

6. Hệ số nhiệt độ kE

Đối với máy nam châm vĩnh cửu, kE giảm khi nhiệt độ nam châm tăng do hệ số nhiệt độ âm của Br (thường là −0,11%/°C đối với NdFeB). Máy đo kE ở 20°C, 60°C, 80°C, 100°C, và 120°C (sử dụng buồng nhiệt hoặc ước tính nhiệt độ dựa trên điện trở cuộn dây). Hệ số đo được so sánh với bảng dữ liệu nam châm; một hệ số âm hơn đáng kể so với dự kiến ​​cho thấy nam châm có cấp độ thấp hơn so với quy định. Thử nghiệm này cũng được sử dụng để hiệu chỉnh các mô hình nhiệt được sử dụng trong bộ điều khiển động cơ để có độ chính xác của bộ quan sát thông lượng.

Thử nghiệm EMF cuối dòng sản xuất

Trên dây chuyền sản xuất, phép đo EMF phía sau phải hoàn thành trong thời gian dưới 5 giây trên mỗi đơn vị. Băng ghế cuối dòng quay động cơ đến tốc độ thử nghiệm cố định (ví dụ., 1,000 vòng/phút) trong 1–2 giây, ghi lại cửa sổ 50–200 ms của dữ liệu EMF ngược, và tính kE và cân bằng pha. Các đơn vị nằm ngoài dải dung sai được gắn cờ để làm lại hoặc phế liệu. Độ không đảm bảo đo của bàn sản xuất (bao gồm cả sự không chắc chắn về tốc độ, độ chính xác đo điện áp, và độ trễ xử lý dữ liệu) phải nhỏ so với dung sai chấp nhận—với dung sai ±2% trên kE, độ không đảm bảo đo của băng ghế dự bị phải là < 0.3%.

Điều này có ý nghĩa gì đối với việc lựa chọn băng ghế thử nghiệm

Thiết bị đo Back-EMF bao gồm máy hiện sóng đơn giản và máy đo lực kế để bàn cho R sớm&D làm việc với một máy kiểm tra cuối dòng được tích hợp đầy đủ với tính năng báo cáo đạt/không đạt tự động và kiểm soát quy trình thống kê (SPC) xuất dữ liệu. Các thông số kỹ thuật quan trọng là băng thông đo (phải nắm bắt được các sóng hài ít nhất là bậc 20), chụp ba kênh đồng thời (để tính toán chính xác góc pha), độ chính xác đo tốc độ (độ không đảm bảo trong ω nhân trực tiếp thành độ không đảm bảo trong kE), và—đối với sản xuất—thời gian chu kỳ và truy xuất nguồn gốc dữ liệu.

Hệ thống kiểm tra động cơ của chúng tôi bao gồm đặc tính EMF ngược như một mục kiểm tra tiêu chuẩn trong cả R&D và cấu hình sản xuất. Dành cho các thiết kế động cơ trong đó chất lượng EMF ngược là cổng thiết kế chính, chúng tôi có thể định cấu hình các băng ghế mô tả đặc tính chuyên dụng bằng phần mềm phân tích phù hợp với cấu trúc liên kết động cơ của bạn. Để thảo luận về yêu cầu của bạn, nói chuyện với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi.