Автомобіль / Силова установка / Електрична силова установка / Тяговий електродвигун електромобіля / Перевірка датчика положення ротора

Перевірка датчика положення ротора

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Перевірка датчика положення ротора - це діагностика резольвера або іншого датчика, який повідомляє інвертору точний кут повороту і швидкість ротора тягового електродвигуна. Без коректного сигналу інвертор не може правильно формувати струм фаз, тому несправність датчика дає ривки, втрату потужності, помилки і перехід в аварійний режим або неможливість рушити.

Найпоширеніший тип - резольвер (обертовий трансформатор) з обмоткою збудження і двома вимірювальними обмотками. Він стійкий до температури і вібрації, але чутливий до пошкодження проводки, роз'ємів, екранування і зміщення після ремонту.

Головне правило TESMA: код помилки датчика положення ротора часто викликаний проводкою або роз'ємом. Датчик міняють лише після перевірки ланцюга, а після заміни або демонтажу двигуна часто потрібне калібрування (навчання зміщення) за процедурою виробника.

Порядок перевірки

Зчитайте коди інвертора і силової установки, збережіть знімок параметрів у момент помилки.
Огляньте роз'єми і проводку датчика: окиснення, пошкоджені штирі, сліди вологи, перетертість, цілісність екрана.
Перевірте опір обмоток резольвера і відсутність замикання на корпус за документацією виробника.
Осцилографом оцініть сигнал збудження і вихідні сигнали при повільному обертанні ротора.
Виключіть механічні причини: зміщення датчика, пошкодження ротора резольвера.
Після ремонту виконайте процедуру калібрування і контрольну поїздку.

Безпека робіт

Тяговий електродвигун і інвертор працюють під високою напругою. Будь-які вимірювання на силових ланцюгах і демонтаж виконують лише кваліфіковані фахівці після знеструмлення системи за процедурою виробника і з відповідними засобами захисту.

Навіщо інвертору знати положення ротора

Синхронний тяговий електродвигун з постійними магнітами створює крутний момент лише тоді, коли магнітне поле статора правильно зсунуте відносно магнітів ротора. Інвертор розраховує цей кут сотні або тисячі разів на секунду, і для цього йому потрібне точне положення ротора. Навіть невелика похибка кута означає, що частина струму не створює момент, а лише гріє обмотки. Велика похибка дає ривки, вібрацію, відсутність тяги або аварійне відключення.

Типи датчиків положення ротора

Тип	Принцип	Особливості перевірки
Резольвер	обертовий трансформатор: обмотка збудження і дві вихідні обмотки синус/косинус	опір трьох обмоток, ізоляція між ними і до корпусу, форма сигналів осцилографом
Індуктивний енкодер	плата з котушками і мішень на валу	живлення, сигнали за документацією, механічний зазор мішені
Датчики Холла / магніторезистивні	вимірюють поле магніту на валу	живлення, маса, сигнальні лінії, чистота і положення магніту

У тягових двигунах найчастіше трапляється резольвер, бо він стійкий до температури, вібрації і перешкод.

Симптоми несправності датчика або кола

помилки резольвера/датчика положення, неправдоподібного сигналу, амплітуди;
ривки або «смикання» при рушанні з місця;
автомобіль не рушає, хоча система готова до руху;
обмеження потужності і підвищений струм при звичайній тязі;
перегрів двигуна після ремонту або заміни;
помилки, що з'являються лише на прогрітому двигуні або при вібрації.

Покрокова перевірка резольвера

Знеструмте високовольтну систему і 12-вольтову мережу за процедурою виробника.
Від'єднайте роз'єм резольвера на інверторі і огляньте контакти: окислення, вода, розширені гнізда, сліди оливи.
Виміряйте опір обмотки збудження, синусної і косинусної обмоток з боку роз'єму. Синусна і косинусна обмотки зазвичай мають близькі значення між собою.
Перевірте відсутність замикання між обмотками і на корпус.
Перевірте проводку на обрив і замикання, ворушачи джгут: періодичний дефект часто проявляється лише при русі дроту.
Підключіть роз'єм і осцилографом перевірте сигнал збудження та огинаючі синус/косинус при повільному провертанні колеса: амплітуди мають бути рівними, без провалів і шуму.
Перевірте екран кабелю і його з'єднання з масою.

Калібровка (навчання) після ремонту

Резольвер встановлюється на вал з певним кутовим зсувом відносно магнітів ротора. Цей зсув записується в інвертор. Після заміни резольвера, двигуна, інвертора або зняття ротора зсув треба знову визначити сервісною функцією діагностичного обладнання. Без цього двигун може працювати, але з підвищеним струмом, нагрівом, шумом і зниженою потужністю. Процедура і умови її виконання (вивішені колеса, температура, стан заряду) задає виробник.

Практичні випадки

Скарга: помилка резольвера після мийки двигуна. Перевірка: волога в роз'ємі, окислені контакти. Висновок: очищення, просушування, заміна пошкоджених клем, ущільнювач роз'єму.
Скарга: після заміни двигуна автомобіль їде, але гріється і гуде. Перевірка: не виконано навчання зсуву резольвера. Висновок: сервісна калібровка, контроль струму і температури на пробній поїздці.

Типові помилки

заміна інвертора або двигуна через помилку, причиною якої був роз'єм;
ремонт проводки резольвера без збереження екрану і скручування;
пропуск калібровки після ремонту;
перевірка лише опору без аналізу сигналу під час обертання.

Як працює резольвер

Інвертор подає на обмотку збудження резольвера синусоїдальний сигнал високої частоти. Ротор резольвера має профільовану форму, тому магнітний зв'язок між обмоткою збудження і двома вихідними обмотками змінюється з кутом повороту. На виході виходять два сигнали тієї ж частоти, амплітуди яких змінюються як синус і косинус кута. Перетворювач в інверторі за співвідношенням цих амплітуд обчислює кут і швидкість. Якщо одна з амплітуд зменшується через поганий контакт або пошкоджену обмотку, розрахований кут стає неточним, а при великому відхиленні система фіксує неправдоподібний сигнал.

Що показує осцилограма

Картина	Висновок
обидві огинаючі рівні, плавні, зсунуті на чверть оберту	датчик і проводка справні
одна огинаюча менша за іншу	підвищений опір у колі цієї обмотки або її пошкодження
провали або «голки» при ворушінні джгута	періодичний обрив проводки або контакту
шум на сигналах під навантаженням	пошкоджений екран, погана маса екрану
немає сигналу збудження	проводка збудження або вихідний каскад інвертора

Як відрізнити датчик від інвертора

Якщо опір обмоток резольвера в нормі, проводка ціла, але сигналу збудження на роз'ємі немає - підозра на інвертор. Якщо збудження є, а вихідні сигнали спотворені при цілих проводах - підозра на сам резольвер або на зміщення його ротора на валу. Корисна перевірка - порівняти сигнали зі справним автомобілем тієї ж моделі або з даними виробника. Не міняйте інвертор лише за кодом помилки датчика положення.

Де розташований датчик

Резольвер зазвичай встановлений на торці тягового двигуна з боку, протилежного редуктору, або всередині корпусу біля підшипника. Статор резольвера закріплений у корпусі, ротор - на валу. Доступ до роз'єму часто є ззовні, а до самого датчика - лише після зняття кришки або двигуна. Від роз'єму до інвертора іде екранований кабель з кручених пар; у частині конструкцій інвертор пристикований безпосередньо до двигуна, і кабелю немає.

Типові причини несправності

Причина	Як проявляється
волога і окислення в роз'ємі	помилки після дощу, мийки, взимку при конденсаті
перетирання кабелю	періодичні помилки на нерівностях
олива в зоні резольвера	поступове погіршення сигналу, якщо пошкоджено ущільнення
механічне зміщення ротора резольвера	ривки і перегрів після удару або ремонту
пошкодження обмотки резольвера	стабільна помилка амплітуди
перешкоди через пошкоджений екран	помилки під великим навантаженням

Ремонт проводки резольвера

Сигнали резольвера мають невелику амплітуду, тому ремонт проводки потребує акуратності: зберігайте скручування пар, відновлюйте екран по всій довжині і з'єднання екрана з масою лише в тій точці, де його передбачив виробник. З'єднання паяють і ізолюють термоусадкою з клеєм; скрутки неприпустимі. Після ремонту перевіряють сигнали осцилографом під навантаженням.

Енкодери і датчики Холла: особливості перевірки

Найпоширенішим датчиком положення ротора в тягових двигунах є резольвер, але в частині електроприводів застосовують інкрементальні або абсолютні енкодери, а також датчики Холла. Принцип їхньої роботи інший, тому і методика перевірки відрізняється. Застосування процедури для резольвера до енкодера дає хибні результати.

Тип датчика	Сигнал	Що перевіряють
резольвер	аналогові синусоїдальні сигнали, потрібне збудження	опір котушок, амплітуду і форму сигналів
інкрементальний енкодер	цифрові імпульси двох каналів зі зсувом	живлення, наявність і чіткість імпульсів, їх кількість за оберт
абсолютний енкодер	цифровий код положення по лінії зв'язку	живлення, обмін даними, відсутність помилок зв'язку
датчики Холла	дискретні сигнали при проходженні магнітів	живлення, перемикання кожного сигналу, правильну послідовність

Для енкодерів і датчиків Холла спочатку перевіряють напругу живлення і масу на роз'ємі. Багато несправностей пов'язані не з самим датчиком, а з відсутністю живлення через пошкоджену проводку. Далі повільно провертають ротор і осцилографом стежать за сигналами: імпульси мають бути чіткими, без пропусків і з однаковою амплітудою.

Мультиметр для цих датчиків малоінформативний: він показує середнє значення і не помічає коротких пропусків. Без осцилографа можна перевірити лише наявність живлення і цілісність проводів.

Для абсолютних енкодерів з цифровим зв'язком головний інструмент - діагностичний сканер, який показує помилки обміну і значення положення. Якщо положення змінюється плавно при провертанні ротора, датчик, найімовірніше, справний, а проблему шукають в інверторі або налаштуваннях.

Тип датчика визначають за документацією виробника або за кількістю і призначенням контактів роз'єму. Від цього залежить, яке обладнання знадобиться для перевірки.

У деяких агрегатах застосовують одночасно два типи датчиків для резервування, і система порівнює їхні показання між собою.

Вплив температури, вібрації і перешкод на сигнал датчика

Датчик положення ротора працює в жорстких умовах: поруч із гарячими обмотками, у зоні вібрацій від редуктора і в сильному електромагнітному полі інвертора. Тому несправності часто мають плаваючий характер і проявляються лише за певних умов. На стенді або в холодному стані датчик може повністю проходити перевірку.

Типові умови, за яких з'являється помилка

після тривалого руху, коли двигун і датчик прогріті;
на певній швидкості, коли вібрація досягає резонансу;
при максимальному навантаженні, коли струми інвертора найбільші;
у мороз або після мийки, коли змінюється стан контактів;
при проїзді нерівностей, якщо проводка має пошкоджену ізоляцію.

Перешкоди від силових кабелів - окрема причина. Сигнальна проводка датчика екранована, і пошкодження екрана або поганий контакт екрана з масою роблять сигнал чутливим до перешкод. Помилка виникає саме при великих струмах, і її легко сплутати з несправністю інвертора.

Ознака	Ймовірна причина
помилка лише на прогрітому двигуні	температурна зміна параметрів котушок або контактів
помилка на певній швидкості	вібрація, ослаблене кріплення датчика
помилка при великому навантаженні	перешкоди, пошкоджений екран проводки
помилка після мийки або дощу	волога в роз'ємі

Для пошуку таких несправностей корисний запис параметрів під час поїздки. Сервіс фіксує сигнали датчика і стан інвертора в момент помилки, а потім відтворює ці умови. Якщо помилка повторюється разом з ознаками інвертора, діагностику розширюють згідно зі сторінкою несправність інвертора електромобіля.

При огляді проводки особливу увагу приділяють місцям, де джгут проходить поруч із гарячими деталями або кріпиться до вібруючих вузлів.

Заміна датчика: що важливо при монтажі

Якщо діагностика підтвердила несправність датчика, а конструкція дозволяє його окрему заміну, якість монтажу визначає, чи запрацює двигун правильно. Датчик положення ротора має точну механічну орієнтацію, і навіть невелике зміщення спотворює визначення положення.

перед демонтажем позначають положення статора датчика відносно корпусу, якщо це дозволяє конструкція;
перевіряють, чи не пошкоджено ротор датчика на валу і його посадку;
встановлюють новий датчик без перекосу, дотримуючись повітряного зазору, вказаного виробником;
кріплення затягують рівномірно, з моментом за документацією;
роз'єм і проводку перевіряють на сліди вологи, окиснення і пошкодження екрана;
після монтажу виконують калібровку зміщення через діагностичний сканер.

Без калібровки двигун може не запуститися, працювати з ривками, сильніше нагріватися або видавати меншу потужність. Блок керування повинен «знати», як положення датчика співвідноситься з магнітними полюсами ротора. Цю інформацію записують під час калібровки за процедурою виробника.

Після заміни виконують контрольну поїздку з записом параметрів. Перевіряють відсутність помилок, плавність розгону і рекуперації, а також температуру двигуна під навантаженням. Якщо одночасно є сумніви щодо стану статора, корисно виконати перевірку опору обмоток тягового електродвигуна.

На частині агрегатів датчик окремо не постачається і замінюється лише разом із двигуном або кришкою корпусу. Це варто з'ясувати до початку робіт.

Старий датчик після заміни варто зберегти до завершення контрольної поїздки.

Часті питання

Чи можна замінити лише резольвер?

На частині двигунів резольвер постачається окремо, на інших - лише у зборі з двигуном. У будь-якому разі після заміни потрібна калібровка.

Чи може несправний датчик положення ротора пошкодити двигун?

Інвертор зазвичай відключає тягу при неправдоподібному сигналі. Але тривала робота з неправильною калібровкою підвищує нагрів обмоток і магнітів.

Чи потрібна калібровка після заміни лише роз'єму?

Якщо резольвер і ротор не знімали, механічний зсув не змінився. Достатньо перевірки сигналів і видалення помилок, якщо виробник не вимагає іншого.

Чи може датчик положення ротора бути причиною гулу?

Так, неправильний кут дає пульсації моменту і електромагнітний шум. Але спершу виключіть механічні причини: гул тягового електродвигуна.

Чи може несправний резольвер дати помилку ізоляції?

Безпосередньо - ні, резольвер працює в низьковольтному колі. Але волога, що потрапила в двигун і пошкодила резольвер, може одночасно знизити ізоляцію обмоток.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Симптоми, за яких виконують перевірку

Електромобіль втрачає потужність

Несправності, які виявляє перевірка

Що робити за результатом

Ремонт тягового електродвигуна електромобіля

Деталі, які перевіряють

Інші перевірки

Що ще почитати на цю тему

Товарні групи TESMA

Висновок

Датчик положення ротора критичний для керування тяговим електродвигуном. Діагностика починається з проводки і сигналів, а заміна вимагає калібрування.

Правило TESMA: спершу роз'єм і проводка, потім датчик, після заміни - калібрування.