Kentän heikennys: Mahdollistaa nopeamman ajon kuin moottorin jännite normaalisti sallisi
Jokaisessa harjattomassa moottorissa on "luonnollinen" maksiminopeus, joka määräytyy akun jännitteen mukaan. Fluksuuksen heikentäminen, jota kutsutaan usein englanninkielisellä termillä field weakening, mahdollistaa tämän rajan ylittämisen ilman, että tarvitsee vaihtaa akkua tai moottoria. Tämä on tehokas säätö, jota arvostetaan kilpailussa, mutta sillä on hintansa ja siihen liittyy riskejä, jotka on tiedostettava.
Tärkeimmät asiat
- Magneettimoottori tuottaa pyöriessään jännitettä, joka lopulta saavuttaa akun jännitteen: tällöin moottorin nopeus saavuttaa maksimiarvonsa.
- Demagnetisaatio (tai "flux weakening") tarkoittaa, että virta heikentää magneettien vaikutusta, mikä puolestaan nostaa sallittua tehoaluetta.
- Tämä virta ei tuota vääntömomenttia pintamagneettimoottorissa: se lämmittää moottoria ja ohjainta sekä tyhjentää akun nopeammin.
- Jos moottori pysähtyy äkillisesti korkealla nopeudella ja virta katkeaa, moottorin tuottama jännite voi ylittää sen, mitä ohjain kestää.
Miksi moottori saavuttaa maksimitehon?
Sähkömagneettinen moottori toimii myös dynamona: pyöriessään se tuottaa jännitettä, joka tunnetaan vastavirtana, ja tämä jännite on suhteessa moottorin pyörimisnopeuteen. Jotta virta pääsisi kulkemaan moottorin läpi, ohjaimen on syötettävä moottorille jännite, joka on suurempi kuin se, jonka moottori itse tuottaa.
Kun nopeus kasvaa, moottorin tuottama jännite lähestyy akun jännitettä. Ohjain ei enää pysty syöttämään virtaa, ja siten vääntöä: nopeus saavuttaa maksiminsa. Tämä maksiminopeus lasketaan moottorin nopeusvakion (Kv) ja akun jännitteen perusteella. Katso oppaamme aiheesta Kv, Kt ja moottorin navat.
Fluxauksen periaate
Vektorikannassa (commande vectorielle), moottorin virta jaetaan kahteen osaan: q-virta, joka tuottaa vääntömomentin, ja d-virta, joka on linjassa magneettien kanssa. Yleensä d-virta pidetään nollana.
Jotta moottori "virtautuisi" takaisin, ohjain injektoi negatiivisen virran. Se luo magneettien vastakkaisen kentän, mikä vähentää moottorin tuottamaa jännitettä samalla nopeudella. Ohjain voi jälleen syöttää virtaa q-suunnassa, mikä tuottaa vääntömomenttia, ja moottori ylittää entisen suorituskykynsä rajan.
Termi on harhaanjohtava: magneetit eivät heikkene. Kompensoidaan niiden vaikutusta, jonka käämitykset havaitsevat, kunhan virta kulkee.
Mitä se maksaa
- Virta ilman vääntömomenttia: pintamagneettimoottorissa virta "ne" ei aiheuta vääntömomenttia. Se lisääntyy kokonaisvirtaan, mikä johtaa moottorin ja ohjaimen lämpenemiseen.
- Tehokkuudesta: Suurilla nopeuksilla, erityisesti kun moottori ei ole optimaalisessa toimintapisteessä, yhä suurempi osa energiasta muuttuu lämmöksi. Tämä heikentää toimintasädettä.
- Jaettu virranraja: Moottorin kokonaisvirta pysyy rajattuna. Mitä enemmän virtaa käytetään magneettikentän heikentämiseen (defluxing), sitä vähemmän virtaa jää käytettäväksi vääntömomentin tuottamiseen.
Sisämagneettiset moottorit (IPM) kestävät paremmin ylikuumenemista, koska virta osallistuu myös vääntömomentin tuottamiseen. Tämä on yksi syy niiden suosioon autoteollisuudessa: katso oppaamme IPM- ja SPM-moottoreista.
Suurin riski: katko korkealla nopeudella
Moottorin ollessa "defluxauksessa", se pyörii nopeammin kuin sen luonnollinen nopeus: ilman virtaa (d) moottori tuottaisi jännitteen, joka ylittää akun jännitteen. Jos ohjain katkaisee virran äkillisesti (vika, suojaus, virransyötön katkeaminen), virta (d) katoaa ja tämä jännite ilmestyy välittömästi moottorin liittimiin.
Moottori toimii tällöin generaattorina, joka palauttaa virtaa akkuun ohjaimen kautta. Tämä voi aiheuttaa äkillisen jarrutuksen ja jännitteen, joka voi ylittää transistorien tai akun kestokyvyn. Siksi jännitteessä pidetään turvamarginaalia, ja siksi virransyöttö (defluxage) säädetään varovasti.
Huoltotyön vinkki.
Moottorin tehon rajoittamista (deflow) säädetään pienissä askelissa, samalla kun tarkkaillaan moottorin ja ohjaimen lämpötiloja sekä akun jännitettä. Tämä säätö on tarkoitettu käytettäväksi vain tietyissä olosuhteissa: liukastuminen tai äkillinen jarrutus korkeilla nopeuksilla voivat johtaa vakaviin seurauksiin.
Onko kyseessä ylijännite vai virranpuute?
Nopeuden lisäämiseksi on kaksi vaihtoehtoa: vähentää vastusta tai lisätä akun jännitettä. Korkeampi jännite nostaa tehoa ilman lisätehoa, joten ilman lämpenemistä tai hyötysuhteen menetystä, mutta se vaatii yhteensopivan akun, ohjaimen ja usein BMS-järjestelmän. Vastuksen vähentäminen puolestaan vaatii vain säätöjä, mutta se maksaa lämpönä ja akun keston menetyksenä. Kilpailukäyttöön tarkoitetuissa laitteissa näitä kahta usein yhdistetään. Akkuja koskien, katso sähköpotkulautojen akut -sivultamme.
Usein kysytyt kysymykset
Kuinka paljon nopeus kasvaa, kun moottorista poistetaan hiukkasia (defluxage)?
Tämä riippuu moottorista, jännitteestä ja virrasta, jonka käyttöön ollaan valmiita. Hyöty on todellinen, mutta se tulee nopeasti lämpönä; se mitataan laitteesta, seuraamalla lämpötiloja, eikä sitä kannata olettaa etukäteen.
Voiko demagnetisointi vahingoittaa magneetteja?
Kohtuullisissa rajoissa, ei: vastus on tilapäinen. Kuitenkin erittäin suuri virta moottorissa, joka on jo hyvin kuuma, voi heikentää magneetteja. Siksi moottorin lämpötilan tarkkailu on tärkeää.
Eivätkö kaikki ohjaimet osaa säätää virran jakautumista?
Ei. Tarvitaan vektoriohjausta ja siihen sopiva toiminto. Säädettävät ohjaimet, kuten VESC, tarjoavat tämän ominaisuuden, jossa voidaan säätää maksimivirran määrää.