2020/05/18

101-8. Хувьсах гүйдлийн мотор

Сүүлийн жилүүдэд автомашинд хувьсах гүйдлийн моторыг хэрэглэх явдал ихэссэн. Ялангуяа HEV болон EV цахилгаан хөдөлгүүрүүд хувьсах гүйдлийн моторыг хэрэглэх болсноор хувьсах гүйдлийн моторыг автомашинд хэрэглэх явдал улам түгэн дэлгэрлээ.


Хувьсах гүйдэл нь электроны урсгалыг чиглэлийг өөрчилдөг. Гэхдээ бас шуудхан чиглэлийг өөрчлөхгүй. Хувьсах гүйдэл чиглэлээ синусын хуулийн дагуу өөрчилдөг ба нэг мөчлөгт 3 удаа тэг байрлалыг дайрдаг. Чиглэлээ өөрчлөнгүүтээ аажим нэмэгдэж улмаар буурсаар сүүлд нь тэг болоод тэгээд чиглэлээ өөрчилж мөн аажим хөдөлж эхэлнэ. Ингээд гүйдлийн хэмжээ синусын хуулиар өөрчлөгдөх учраас агшин болгонд түүний утга өөр өөр байна. Ингэж хувьсан өөрчлөгдөж буй гүйдлийг RMS буюу үйлчлэгч утгаар нь хэмжээг нь авч үздэг.


Хувьсах гүйдлийн мотор нь тогтмол гүйдлийн мотортой адил ротор болон статортой байна. Хамгийн өргөн хэрэглэгддэг хувьсах гүйдлийн мотор нь индукцийн мотор болон синхрон мотор. Аль ч төрлийн статор нь бие биетэйгээ холбогдож биеэ даасан цахилгаан соронзон орныг үүсгэдэг. Зөвхөн роторын дизайнаараа ялгаатай. Мөн хувьсах гүйдлийн мотор нь 1 ба 3н фазынх байна. 3н фазын мотор цахилгаан машинд хамгийн өргөн хэрэглэгдэнэ.

Тогтмол гүйдлийн моторын адил роторын хөдөлгөөн нь соронзон туйлуудын таталцал түлхэлцлийн үр дүнд болно. Гэсэн хэдий боловч хувьсах гүйдлийн моторын ажиллах зарчим нь тогтмол гүйдлийн мотороос ялгаатай. Учир нь хувьсах гүйдлийн чиглэл үргэлж өөрчлөгддөг тул соронзон орны туйл үргэлж өөрчлөгдөж байна. 3н фазын моторын ажиллах зарчим нь эргэлдэгч соронзон орон дээр суурилна. Статорын ороомог дотор соронзон орон эргэлдэхдээ роторыг татаж эргүүлдэг. Статор нь өөрөө эргэлдэхгүй, хөдөлгөөнгүй бэхлэгдсэн ч түүний ороомгоор хувьсах гүйдэл гүйх үед соронзон орны туйл эргэлдэх хөдөлгөөний дагуу солигдоно. Энэ нь 3н үндсэн шалтгаантай. Нэгд юуны өмнө 3 фазын систем хүчдэл нь бие биеэсээ 120 градусаар зөрж байдаг. Хоёрт үүнээс болж соронзон орны туйлууд ээлжлэн солигдох болно. Гуравт статорын ороомгийн зохион байгуулалт болно. Зурагт 2 туйлтай 3н фазын моторыг үзүүлэв. 2 туйл гэдэг нь фаз болгон 2 туйлтай гэсэн үг. Моторын утаснуудыг L1 L2 L3 хэмээн тэмдэглэжээ.


Статорын ороомгуудаар гүйдэл гүйх үед эсрэг туйлтай соронзон орныг үүсгэж байна. Статорын 3н ороомог нь хоорондоо од холболтоор холбогдсон байна. Ороомог тус бүрээр гүйх гүйдэл тодорхой дараалалтайгаар максимум утгадаа хүрдэг ба үүнээс болж статорын ороомогт үүсэх соронзон орон эргэлдэж байдаг.

Энэхүү статерын ороомог дунд үүсэх соронзон орны эргэлт нь ороомгуудаар гүйх гүйдлийн давтамжтай таардаг. Ингээд туйлууд тодорхой дарааллаар соронзон орныхоо туйлуудыг солингуут энэ нь яг л соронзон орон эргэлдэж буй мэт болно. Үүнээс болж энэ дотор байрлах ротор эргэлдэж эхэлнэ. Роторын эргэлдэх хурд нь давтамж, туйлын тоо, ротор дээрх ачаанаас хамаарна. Иймээс давтамжийн модулятор ашиглаад роторын эргэлдэх хурдыг удирдаж болно.


Синхрон мотор

Ротор соронзон орны эргэлттэй адил хурдтай эргэлдэхийг синхрончлогдох буюу зэрэгцэж ирэх гэнэ. Синхрон моторын хувьд 2 хүчин зүйл чухал, энэ нь туйлын тоо, нөгөө нь давтамж. Мотор синрхончлогдсон бол ачааллаас үл хамааран соронзон орон эргэлдэхтэй ижил эргэнэ. Ротор нь яг л соронзон орны эргэлдэх хурдтай адилхан хурдтай байна.

Синхрон мотор нь мушгих хүчнээс хамаардаггүй. Роторын хурд нь статорт өгөх гүйдлийн давтамжаас хамаарч буй тохиолдолд роторын гаргаж чадах мушгих хүч нь ч мөн адил уг гүйдлийн статорт үүсгэх соронзон орноос хамаарна. Синхрон моторыг 3н фазыг шууд статорын ороомогт өгч асаадаггүй. Учир нь хувьсах гүйдлийг статорын ороомогт өгөнгүүт шууд шууд эргэлдэгч соронзон орон үүснэ. Ротор энэ үед хөдөлгөөнгүй байх учраас гэнэт түүнийг соронзон урсгал нэвтрээд ирэнгүүт дагаад эргэчихгүй. Тиймээс эхлээд роторыг эргүүлэх хэрэгтэй. Ротор нь ихэнхдээ хэрэмний торт бүтэцтэй байна. Статорт эргэлдэгч соронзон орон үүсэнгүүт соронзон урсгал роторыг нэвтрэн гарах болно. Ээлж дараалан роторыг нэвтрэн гарах соронзон урсгалын өөрчлөлтөөс болж роторт индукцийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч үүсэж энэ хүчний улмаас ротороор гүйдэл гүйнэ. Хэрэв ротор богинохон буюу бага эсэргүүцэлтэй бол бага хэмжээний хүчдэл роторт үүсэхэд их хэмжээний гүйдлийг гүйлгэх боломжтой. Энэ гүйдлийн улмаас роторын эргэн тойронд соронзон орон үүсэх бөгөөд энэ соронзон орон эргэлдэж буй соронзон оронд татагдах зуур роторыг эргүүлнэ. Ингээд эргэлдэж буй соронзон орны чиглэлд ротор түүнд татагдан дагаж эргэх болно.

Синхрон моторын роторт тогтмол гүйдэл өгч цахилгаан соронзон орныг үүсгэдэг ороомгуудыг нэмж суулгасан байна. Уг гүйдлийг роторт эргэлдэгч цагираг болон шойткоор дамжуулж эсвэл шойткогүй өдөөгч ашиглан өгнө. Тогтмол гүйдлийг ашигласнаар роторт цахилгаан соронзон орон үүснэ. Энэ орныг ашиглан роторыг статорын эргэлдэж буй соронзон оронтойн түгжиж болно. Ингэснээр ротор эргэлдэгч соронзон оронтой яг адил хурдаар эргэлдэж эхэлнэ. Ротор ижил хурдаар эргэх учраас эргэлдэгч соронзон орны урсгал түүнийг зүсэн орж түүнд нөлөө үзүүлэхгүй байна. Үүнээс болж роторыг эргэлдэгч соронзон орны урсгал нэвтэрсний улмаас үүсэх индукцийн хүч алга болж энэ хүчний улмаас гүйж байсан индукцийн гүйдэл алга болно.

Одоо роторт өөр өөр хэмжээтэй ачааг холбосон ч тэр эргэлтийнхээ хурдыг алдахгүй эргэлдэгч соронзон оронтой цуг эргэсээр байх болно.

Индукцийн мотор нь статорын үүсгэсэн эргэлдэгч соронзон орон роторыг нэвтрэх үед өөрчлөгдөх соронзон урсгалаас хамаарч үүсдэг индукцийн хөдлөгч хүчийг ашиглаж роторыг эргүүлдэг. Тиймээс роторыг эргэлдэгч соронзон орон огтолж байж ротор эргэх учраас түүний эргэлт эргэлдэгч соронзон орноос үргэлж хоцорч байна. Ерөнхийдөө ротор нь хэрэмт торт бүтэцтэй байна. Гэхдээ ротор дээр хоорондоо 120 хэм үүсгэн байрлах ороомгуудыг байрлуулсан байна. Ротор нь статорын ороомогтой адил хэдэн ч туйлтай байж болно. Эдгээр ороомгуудад хүчдэлийг эргэлдэгч ялтас болон шойткоор дамжуулан өгнө.

Хүчдэл өгөнгүүт ротор эргэхгүй. Эхлээд статорын ороомогт үүссэн эргэлдэгч соронзон орон роторыг зүсэн гарна. Үүний улмаас түүнд индукцийн хөдөлгөгч хүч үүснэ. Энэ үүссэн хүч нь статорын ороомогт өгсөн хүчдэлтэй ижил давтамжтай байна. Ротор хөдөлгөөнгүй байх үед түүнийг зүсэх соронзон урсгал нэмэгдэж индукцийн хүч нэмэгдсээр максимум утгадаа хүрнэ. Энэ хүчний нөлөөгөөр ротороор гүйдэл гүйнэ. Энэ гүйдэл нь роторын хэрэмт торон бүтцийг торыг даган гүйнэ. Торыг дагаж гүйдэл гүйх үедээ торны эргэн тойронд соронзон орныг үүсгэнэ. Энэ соронзон орон эргэлдэгч соронзон оронд татагдсанаар ротор эргэлдэгч соронзон оронтой нэг зүгт эргэж эхэлнэ. Роторын хурд ихсэх тусам түүнийг нэвтрэх соронзон урсгал буурч, соронзон урсгал буурснаар түүгээр гүйх гүйдэл багасаж, гүйдэл багассанаар роторт үүссэн соронзон орон багасна. Хэрэв роторт ачаа байхгүй бол сүүлдээ ротор эргэлдэгч соронзон оронтой хамт эргэж харин түүгээр гүйх гүйдэл байхгүй болно. Гэвч ачаа холбох үед роторын эргэлт багасах тул түүнийг зүсэх соронзон урсгал гарч ирж индукцийн орон ахин үүсгэж роторыг эргэлдэгч соронзон орныг араас дагуулан эргүүлэх болно. Иймээс индукцийн моторын ротор нь хэзээ ч эргэлдэгч соронзон оронтойгоо синхрон зэрэг эргэхгүй. Өөрөөр хэлбэл хоцорч байж сая өөрийгөө эргүүлэх хүчийг олж авдаг. Мөн ачаа нэмэгдэх тусам мотороор гүйх гүйдэл нэмэгдэж байдаг.


Цахилгаан машинуудын хувьд үйл ажиллагааны улмаас моторын чиглэлийг өөрчлөх хэрэг гардаг. 3н фазын моторуудын хувьд эргэлтийн чиглэлийг өөрчлөх нь амархан, түүний дурын 2 фазыг сольж холбоход л болдог. Фазыг солих үед эргэлдэгч соронзон орны эргэлт өөрчлөгддөг учраас ердөө фазыг сольж өөрчлөөд эргэлтийн чиглэлийг өөрчилж болдог.

Контроллер ашиглан батарейгаас гарах гүйдлийг хянах замаар цахилгаан моторын эргэлт, хурдыг тогтоодог. Контроллер ингэж хурд болон эргэлтийг хянахдаа мэдрэгчээс ирэх сигналуудыг ашиглана. Мөн өөр нэмэлт сигналуудыг ашиглан хөдөлгүүрийн талаарх мэдээллүүдийг авна. Ингээд тодорхой сигналуудыг авсны үндсэн дээр контроллер тодорхой давтамжтайгаар батарейгаас гарах хүчдэлийг зохицуулж цахилгаан моторыг тэжээлээр хангана.


Хэрэв цахилгаан машин нь хувьсах гүйдлийг хэрэглэдэг бол батарейгаас гарах тогтмол гүйдлийг хувьсах болгож хувиргадаг инвертер ашиглана. Инвертер нь ихэнхдээ чадлын транзистор ашигладаг. Эдгээр транзисторууд нь тодорхой давтамжтай эсрэг туйлтай PWM хүчдэлийг гаргана. Инвертерийн модул нь ихэнхдээ гибрид хяналтын процессорын слийв (slave) буюу дагалдагч модул байна. Инвертерын модулыг заримдаа моторын хяналтын процессор хэмээн нэрлэдэг. Учир нь энэ нь зөвхөн гүйдлийг хянахаас гадна моторыг хянаж байдаг байна.