طرق الكشف التقليدية والمتطورة لحصر خطأ التدفق المغناطيسي

إجراءات عمل الطرق التقليدية والمتطورة لحصر خطأ التدفق المغناطيسي

تصنف أخطاء المحمل بشكل أساسي إلى نوعين، وهما عيوب النقطة المفردة، حيث يكون الخطأ موضعياً وتبقى بقية منطقة المحمل سليمة وخشونة عامة حيث لا يكون العيب ظاهراً والذي يمكن أن يكون بسبب خشونة السطح وتشوه في المحمل.

كما أن النوع الثاني من الخطأ ينتج عنه اهتزاز في تردد النطاق العريض، مما يجعل عملية الكشف صعبة، بحيث يركز هذا العمل فقط على عيوب النقطة الواحدة، كما يمكن اعتبار هذا العيب بمثابة تدهور في موقع معين من المحمل مثل المجاري المائية والعنصر المتداول وهو عبارة عن كرة في محمل كروي أو قفص.

لذلك سينتج عن ذلك اهتزاز بتردد مميز بناءً على موقع العيب، حيث أن هذا التردد المميز هو المعدل الذي تتولد به النبضات الدورية بسبب الخلل، وذلك استناداً إلى موقع العيب، كما يتم تصنيف هذا أيضاً على أنه خطأ مجرى السباق الداخلي وخطأ القناة الخارجية وخطأ الفجوات وخطأ القفص، كما يعتمد تردد الخصائص لكل من هذه الأخطاء على هندسة المحمل وتكرار الدوران، بحيث يُعطى التردد المميز لمختلف عيوب النقطة الواحدة على النحو التالي:

حيث:

(Nb): هو عدد الفجوات.

(fr): هو تردد الدوران.

(Dp): هو قطر المخصص للمحمل.

(Db): هو قطر الكرة و هي زاوية ملامسة الكرة.

وبسبب الطبيعة الاندفاعية للاهتزاز؛ فإن طيفه التوافقي غني بالتوافقيات، بحيث يتم استخدام هذا التردد المميز المحدد جيداً ومضاعفاته للكشف عن فشل المحمل، وبمساعدة هذا التردد يتم استخدام مقاييس التسارع وأجهزة الاستشعار الحالية لاكتشاف الخطأ.

الكشف على أساس التسارع للتدفق المغناطيسي

يظهر في الشكل التالي (1) طيف الاهتزاز لمحرك (PM)، وذلك مع خطأ السباق الخارجي المقاس بمقياس التسارع الكهرو إجهادي الصناعي، بحيث يستخدم المحرك المختبَر محمل (6003)، والذي له ترتيب تردد خطأ في السباق الخارجي النظري (4.1) الذي تردده الأساسي هو تردد دوران عمود المحرك.

منا يتطابق هذا التردد أيضاً بشكل كامل مع تردد الاهتزاز المرصود (fv)، بحيث يمكن أيضاً ملاحظة توافقيات تردد الاهتزاز في العملية، كما أن هذه الملاحظات ضرورية للمناقشات التالية وتوضح فعالية مقياس التسارع في اكتشاف خطأ المحمل.

الكشف بواسطة التيار الكهربائي القائم على الجزء الثابت

يتيح الاكتشاف القائم على التيار الثابت استخدام المستشعرات الحالية في محرك الأقراص، كما يؤدي الاهتزاز إلى تغيرات دورية في تحريضات اللف وينعكس في النهاية في تيار الجزء الثابت، حيث أن التردد الكهربائي المرتبط بالخطأ الموجود في تيار الجزء الثابت هو تعديل تردد تيار الجزء الثابت حيث يكون الناقل هو تردد الاهتزاز، كما يتم إعطاؤه كـ:

حيث:

(fbi): هو مكون تردد الخطأ في التيار الكهربائي.

(k ، m): عدد صحيح.

(fs): هو التردد الكهربائي.

(fv): هو التردد المميز بسبب خطأ المحمل.

حيث أن أحد العيوب الرئيسية لاكتشاف الأعطال الحالي هو الحجم المنخفض لتوقيعات الأعطال. في بعض الحالات، يمكن مقارنة هذا الحجم مع ضوضاء أرضية الطيف الترددي مما يجعله غير موثوق به إلى حد كبير، وبالتالي قد تكون تقنيات معالجة الإشارات المعقدة ضرورية لاتخاذ قرار موثوق به بشأن الخطأ.

كما تحتوي معظم وحدات التحكم الدقيقة ذات الأغراض الصناعية على محول تناظري إلى رقمي من (10  لغاية 12 -bit) (ADC)، ولكن من أجل مراقبة التواقيع المرتبطة بالحمل في التيار بشكل موثوق، بحيث يلزم وجود (16 – bit) على الأقل من (ADC)، وذلك للحصول على دقة عالية كافية.

وبشكل عام، تمثل التواقيع الحالية الاهتزازات بشكل غير مباشر بينما يقيس مقياس التسارع الاهتزاز نفسه بشكل مباشر وأكثر دقة، كما أن هذه العيوب تجعل اكتشاف خطأ المحمل القائم على (MCSA) أقل جاذبية وأقل اهتماماً في المستقبل.

كما أن هناك تأثيران جسديان محتملان للخطأ عندما تقابل الكرة العيب. التأثير الأول هو حدوث خطأ في التحمل، بحيث يُدخل تغييراً في طول الفجوة الهوائية في حدود بضعة ميكرو مترات، والتي تعتمد على الخلوص بين الكرات ومسار السباق، بحيث يتم إعطاء طول الفجوة الهوائية للمحرك مع خطأ التحمل كما في المعادلة الرياضية (6).

حيث:

(g0): هو طول الفجوة الهوائية للمحرك بدون خطأ.

(α): هي درجة الانحراف الناتج عن الخطأ، وهي الموضع الزاوي للدوار.

[ϕ (t)]: هي الزاوية التي تحرك العيب.

(fv): هو التكرار المميز للخطأ، كما يؤدي هذا التغيير الدوري في طول الفجوة الهوائية إلى اختلاف نفاذية الفجوة الهوائية مما يؤدي إلى تغيير كثافة تدفق الهواء.

حيث أن التأثير الثاني هو الاختلافات في عزم الحمل، كما تؤدي الزيادة في الاحتكاك بسبب الخلل إلى زيادة عزم الحمل، ونظراً لأن متطلبات عزم الدوران المتزايدة تتم تجربتها فقط عندما تقابل الكرة الخطأ؛ فإنها تظهر كتغير دوري في عزم دوران الحمل.

النمذجة والمحاكاة لحصر خطأ التدفق المغناطيسي

تم تصميم محرك (PM) في (Ansys Maxwell 2D)، وذلك لدراسة تأثير فشل المحمل في المجال المغناطيسي الشارد حول المحرك، كما يظهر نموذج العنصر المحدود للمحرك في الشكل التالي (3) وهو محرك (PM) مُثبت على السطح به (8) أقطاب و (9) فتحات.

في نموذج العناصر المحدودة؛ فإنه تم نمذجة فشل المحمل على أنه تغير عزم الدوران كما تمت مناقشته سابقاً والذي تم تبريره بنتائج تجريبية متسقة، كما تم تصميم خطأ المحمل على أنه عزم نابض عند التردد المميز للخطأ، بحيث يحتوي عزم الدوران المطبق على المحرك في نموذج العناصر المحدودة على مكون تيار متردد منخفض (1 ٪ من عزم الدوران المقنن) عند تردد الاهتزاز مع مكون التيار المستمر.

كما وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن تباين عزم الدوران النموذجي يشبه تذبذب الحمل، إلا أن مكون عزم الدوران الناتج عن خطأ المحمل اندفاعي وله نطاق واسع من التوافقيات، لذلك لم يتم النظر في هذه الترددات ذات الترتيب الأعلى في عزم الدوران في النموذج لتقليل التعقيد.

لذلك؛ فإن هذا الافتراض معقول لأن المحاكاة تنوي إظهار تأثير التعديل لتردد الاهتزاز الأساسي على التدفق والذي ينطبق أيضاً على التوافقيات الخاصة به. هناك العديد من المعلمات المتعلقة بأبعاد المغناطيس وعملية التصنيع والتي يمكن أن تؤدي إلى عدم تناسق في المجال المغناطيسي، وهنا يتم نمذجتها على أنها مجال مغناطيسي غير منتظم يولده المغناطيس عن طريق تغيير مغنطته.

وأخيراً يتضح أن التدفق الشارد يتيح اكتشاف خطأ المحمل بشكل موثوق للغاية، بحيث يتم نشر عدم التناسق المتأصل للمغناطيس لتحديد مجموعة جديدة من توقيع الخطأ في التدفق المغناطيسي الشارد جنباً إلى جنب مع توقيعات المحامل المميزة، كما تم التحقق من تواقيع الخطأ في محركي (PM) بدرجات مختلفة من عدم التناسق المغناطيسي في عمليات المحاكاة والتحقق من صحتها من خلال تجارب مكثفة.