Elektrik Mühərriki Nəyə Görə Ötür?

Elektrik mühərrikinin cingildəməsi iki fiziki mənbənin birləşməsidir: mühərrikin daxilindəki maqnit qüvvələrinin yaratdığı elektromaqnit tonları və invertorun yüksək tezlikli açarlanma səsi; bunlara dişli reduktoru və yataqların mexaniki töhfəsi əlavə olunur. Sürətləndikcə cingildəmənin pərdəsi qalxır, çünki bu tonlar fırlanma sürəti ilə mütənasib şəkildə tezlik dəyişir. İstehsalçılar bu səsi yayılma spektrulu açarlanma, aktiv səs-küy qarşısının alınması və səs dizaynı ilə yumşaldır və ya qəsdən şəkilləndirir.

Daxili yanma mühərrikini işə saldığınızda səsin mənbəyi şübhəsizdir: partlayışlar, egzoz, mexaniki hərəkət. Elektrikli avtomobilə minib isə tanış səs-küyün əksəriyyəti yox olur, yerini kəskin, tonal, sürətlə yüksələn bir cingildəməyə buraxır. Bu səs o qədər xarakteristikdir ki, bir çox insan onun mühərrikın özündən gəldiyini güman edir. Qismən haqlıdır; lakin hekayənin əsl maraqlı hissəsi səsin əhəmiyyətli hissəsinin mühərrikdan deyil, mühərriki idarə edən güc elektronikasının əməyidir. Mühəndislik baxımından bu cingildəmə əslində xətanın deyil, sistemin düzgün işlədiyinin eşitmə sübutudur.

Elektrikli avtomobildəki cingildəmə səsi haradan gəlir?

Cingildəmənin mənşəyi üç əsas başlıqda toplanır. Birincisi elektromaqnit səs-küydür: mühərrikə daxil olan elektrik cərəyanı rotor ilə stator arasında maqnit sahəsi yaradır; bu sahə hava aralığındakı qüvvələrin dalğalanmasına səbəb olur və dalğalanan qüvvələr mühərrikin gövdəsini titrədir. Titrəyən hər quruluş səs yayır. Bu səs-küyün xarakteri ardıcıl və tonaldır, çünki tezliyi birbaşa qidalanma elektrik tezliyi və onun katları ilə - yəni harmonikləri ilə - müəyyən olunur.

İkinci mənbə invertordur. Batareyanın doğru cərəyanını mühərrikə uyğun dəyişən cərəyana çevirən güc elektronikası tranzistorları çox yüksək sürətlə açıb-bağlamaqla işləyir. Bu açarlanma əməliyyatı açarlanma tezliyinin ətrafında və katlarında səs-küy yaradır; ölçmələr bu aralığın adətən 5-15 kHz zolağına düşdüyünü göstərir. Qulağımız tam da bu aralıqda ən həssasdır - buna görə elektrikli avtomobildə cingildəmə, mütləq akustik enerjisi aşağı olmasına baxmayaraq narahatedici hiss oluna bilər. Açarlanmadan doğan qüvvə dalğalanmaları eyni zamanda quruluşu titrədir; səslə birlikdə hiss olunan bir incəlik əlavə edir. (Bu incəlik əslində kabinin içinə də sızır: üç fərqli PWM texnikasının səs-küy, titrəmə və sərtlik üzərindəki təsirləri ayrı-ayrılıqda ölçülə bilən səviyyədədir.)

Üçüncü başlıq mexaniki səs-küydür: dişli reduktoru və yataqlar. EV motorları içten yanmalı motorlardan fərqli olaraq on minlərlə fırlanma sürətinə çıxa bildiyi üçün bu komponentlər çox yüksək fırlanma sürətlərində fırlanır. Daimi maqnitli drayvlərdə sürətə uyğun gələn hamar elektronik ötürülmənin mənbəyi adətən invertorun açar dalğasının motora tətbiqidir; bəzi drayvlərdə məlum bir 8. mərtəbəli elektromaqnit ton eşidilir və yüngül forması tamamilə normaldır.

Açar tezliyi səsi necə müəyyən edir?

İnvertorun səs imzasını anlamaq üçün PWM-in - İmpuls Genişlik Modulyasiyasının - məntiqinə baxmaq lazımdır. Tranzistorlar sabit bir tezlikdə açılıb bağlanır, hər dövrdə açıq qalma müddəti (duty cycle) dəyişdirilməklə motora verilən orta gərginlik tənzimlənir. Qulağa çatan şey bu dövrə əməliyyatıdır: sabit pərdəli, elektronik xarakterli bir ııı səsi. Bir çox elektrikli avtomobildə sürətlənməyə başlamazdan əvvəl eşidilən bu qısa, sabit ton, tam olaraq PWM dövrünün normal işləmə səsidir; sonra avtomobil sürətlənərkən ton yüksəlir.

Fırlanma sürəti ilə tonun dəyişməsi arifmetik bir nəticədir. Motora tətbiq olunan elektrik tezliyi fırlanma sürəti ilə mütənasib artır və elektromaqnit qüvvələr bu tezliyin harmoniklərində titrəyir. Konkret bir nümunə üzərindən gedək: 4500 rpm-da 24. mərtəbəli bir harmonik 1800 Hz-ə uyğun gəlir. Bu tip tonal komponentlər hava boşluğundakı maqnit qüvvələrindən həm tonal, həm də genişzolaqlı səs-küy yaradır. Yəni sürət artdıqca eşidilən səsin pərdəsinin yüksəlməsi bir qüsur deyil, fiziki bir zərurətdir.

Açar tezliyinin sabit saxlanması ilə dəyişkən saxlanması arasında mühəndislik baxımından bir gərginlik vardır. Sabit tezlik elektromaqnit müdaxiləsini (EMI) filtrləməni proqnozlaşdırıla bilən edir; amma yüksək pərdəli, tonal, narahat edən bir səs-küyün həmişə eyni nöqtədə dayanmasına səbəb olur. Dəyişkən açar tezlikli PWM strategiyaları isə həm invertor açar itkilərini, həm də sistem səs-küyünü azaltmaq üçün istifadə olunur. Bu tarazlıq hələ də aktiv inkişaf sahəsidir; səs keyfiyyətini artırmaq üçün invertor açar tezliklərini dinamik şəkildə idarə edən yeni üsullar son dövrdə qeydiyyata alınmış texniki həllər arasında yer alır.

Dişlilər və yataqlar: mexaniki ötürmənin anatomiyası

Elektrikli avtomobildə adətən təkmərhələli bir reduktor olur və bu, səs-küy baxımından tamamilə boş bir vəzifə deyil. Dişli səs-küyünün iki əsas mənbəyi vardır: ötürülmə xətası və dişli səthi sürtünmə titrəyişi. Dişlər təmas etdikdə metal-metal təması yük altında mikroölçülü sapmalarla birləşir və yaranan titrəyiş reduktor gövdəsindən kabina ötürülür. Yağ bu təmasın yaratdığı səsi qismən maskalayır; soyuq havalarda yağın viskozitesi dəyişdiyi üçün səsin səhər daha aydın olması da buna görə təəccüblü deyil.

Dizayn tərəfində ən təsirli silah spiral dişlilərdir. Düz dişlilərdən fərqli olaraq spiral dişlər mərhələli, ardıcıl təmas qurur və bu keçid yumşamlığı səs-küyü əhəmiyyətli dərəcədə azaldır; elektrikli avtomobil ötürücülərində küyün azaldılmasının standart üsullarından biridir.

Rulmanlar isə iki səbəbə görə səsin bir hissəsidir. Mexanik baxımdan, yüksək tembrli fışıltının mənbəyi mühərrik rulmanları və ya reduktor dişli qrupu ola bilər; səs səviyyəsindəki artım və ya xarakter dəyişikliyi rulman sağlamlığı üçün yaxşı bir erkən xəbərdarlıq göstəricisidir. Elektrik baxımından, invertorla idarə olunan mühərriklərdə yüksək tezlikli açarla rulman yataqlarında elektrik zədələnməsi baş verə bilər - yəni bu komponentlər həm səsin mənbəyi, həm də səsin danışdığı hekayənin mövzusudur. Yük altındakı mühərriklərin yükdən asılı olmayaraq çıxardığı xarakterik qışıltı da bu mexanik töhfəyə daxildir; soyutma pərinin küyü isə mühərrik sürətindən asılıdır, lakin yükdən asılı deyil.

Mühərrik növü səs xarakterini dəyişir mi?

Qısa cavab: bəli, ölçülə bilən dərəcədə. Daimi maqnitli sinxron mühərriklərin rotor maqnit sahəsi stator induktivliyinə deyil, maqnitlərə əsaslanaraq hazır qurulmuşdur; bu, daha yüksək səmərəlilik və moment sıxlığı təmin edir. Moment dövründəki dalğalanma olmadan sabit moment yarada bildikləri üçün bu mühərriklər çox səssiz və aşağı titrəməli şəkildə layihələndirilə bilər. Digər tərəfdən, daimi maqnitli mühərriklərin invertorla işləməsi məcburidir - yəni açar səsi həmişə dövriyyədədir. Bu mühərriklərdə titrəmə və küyün iki əsas səbəbi elektron və mexanik amillərdir; qütb və yiv kombinasiyaları, yəni rotor qütb sayı ilə stator yiv sayının uyğunlaşması NVH tədqiqatlarının ocaq nöqtəsidir.

Asinxron mühərriklər isə rotor maqnit sahəsini induksiya ilə yaradır; ümumiyyətlə daha böyük, daha ağır və daha az səmərlidirlər, lakin maya dəyərləri aşağıdır. Səs xarakterləri də buna uyğun fərqlidir: sürüşmə tezliyindən asılı əlavə komponentlər eşidilə bilər. Mühərrik dizaynının səsə təsiri yalnız mühərrik növü ilə məhdudlaşmır; rotor maili, stator və rotor çəpinə və yiv açıqlığı eni kimi dizayn parametrləri hava aralığındakı qüvvə dalğasının formasını birbaşa müəyyən edir və küyün azaldılmasının klassik üsulları arasında sayılır.

Spektrin yayılması: səsi parçalayan texnika

Açardan qaynaqlanan tonal küyün ən zərif həllərindən biri, nəzəri əsasları 1992-ci ilə gedib çıxan spektrin yayılması ilə açar texnikasıdır. Məntiq sadədir: invertorun açar tezliyini qəsdən, kiçik bir zolaq daxilində modulyasiya edirsiniz. Beləcə, sabit tezlikdə toplanmış küy enerjisi daha geniş bir spektrə yayılır və hər hansı bir tək tezlikdə zirvə enerji düşür. Qulaq dar zolaqlı bir tonu xeyli narahatedici qavrayır; geniş zolaqlı, yüngül bir gurultunu isə asanlıqla qəbul edir. Texnika, açar güc mənbələrində EMI azaldılmasında da sübut olunmuşdur; çıxışdakı eşidilən küyü aradan qaldırıb girişdə böyük ölçüdə azalda bilər.

Bu texnikanın EV dünyasındakı yeri böyüyür. Elektrikli avtomobillərdə yüksək gərginliklər və sıx çip sayı sistemi elektromaqnit müdaxiləsinə xüsusilə həssas edir; bu həssaslığı algılayıb azaltmağa yönələn ağıllı sensor texnologiyaları da inkişaf etdirilib. Keçid tezliyini dinamik idarə edən səs keyfiyyəti üsulları, spread spectrum ilə eyni fəlsəfənin davamıdır: sabit, proqnozlaşdırıla bilən bir ton əvəzinə, spektrə yayılmış və ya dinamik şəkildə yerləşən bir küy.

Aktiv küyün qarşısının alınması və qəsdən səs dizaynı

Səsi tamamilə yox etməyə çalışan texnologiyalar da var. Aktiv küyin qarşısının alınması prinsipi klassikdir: küy mənbəyinə bərabər amplitudda, lakin əks fazada səs dalğaları yaradılır və iki dalğa bir-birini yox edir. Elektrikli avtomobillərdə bu yanaşmanın işi, daxili yanma motorlu avtomobildəkindən fərqlidir. Klassik motor küyü artıq yoxdur; elektrik mühərriklərinin yüksək tezlikli küyünün akustik enerjisi nisbətən aşağıdır. Buna görə müasir sistemlər kabinə daxil olan yol, külək və təkər mühit küyünü davamlı izləyib əks dalğa yaradır. Bir çox istehsalçı bu sahədə paket həllər təklif edir; bəzi modellərdə aktiv səs dizaynı yalnız küyü basmır, kabinə qəsdən bir səs xarakteri də əlavə edir.

Bəs kənardakı səs? Elektrik mühərrikinin küyü aşağı olduğu üçün, aşağı sürətlərdə piyadalar avtomobilin varlığını duya bilməz. Buna görə hibrid və elektrikli avtomobillərin varlığından piyadaları xəbərdar etmək üçün nəzərdə tutulmuş süni siqnal səsləri - AVAS - standart halına gəlib: aşağı sürətlərdə dinamiklərlə yaradılan, hava hərəkətini xatırladan bir hovering səsi. AB bu səsləri 2014-cü ildə məcburi edən qərarına bağlamışdır; ABD-də də müəyyən sürətlərin altında süni səs məcburidir. Səs dizaynı, bu təhlükəsizlik məcburiyyətini istifadəçi təcrübəsi ilə birləşdirən fənn kimi inkişaf edir - hər brend öz akustik imzasını yaratmaq fürsətini də burada tapır.

Ötürücü səs nə vaxt normal, nə vaxt problemdir?

Təxmini bir qayda: sürəti izləyən, vahid, tonal bir səs normaldır. Sürətləndikcə yüksələn ton, elektromaqnit harmoniklərinin təbii tezlik yerdəyişməsidir; sabit pərdəli elektronik fit, invertörün iş səsidir. Aşağıdakı hallar isə dinləməyə haqq qazandırır:

• Səs yeni ortaya çıxıbsa və ya əvvəlkinə görə aşkar şəkildə yüksəlibsə,
• Səsə titrəmə və ya güc itirilməsi müşayiət edirsə,
• Səsin xarakteri sürət və yüklə gözlənilmədən dəyişirsə.

Bu əlamətlər mexanik tərəfi - xüsusilə yataqları və reduktor dişli qrupunu - göstərir. Səs səviyyəsi, yataq sağlamlığını izləməyin asan və mayaqsız yoludur; vaxtında müayinə etdirmək, nasazlığa qəsdən müdaxilə şansı verir.

Ötürücü bir kusur deyil, dizayn sahəsidir

Elektrik mühərrikinin ötürülməsi tək bir hissənin xətası deyil; elektromaqnit qüvvələri, invertör açarlanması, dişlilər və yataqların töhfələrinin üst-üstə düşməsidir. Mühəndislik tərəfində atılan hər addım - spread spectrum, dəyişən açar tezlikləri, helis dişlilər, aktiv səs-küyün qarşısının alınması - bu səsin salon içindəki təzyiqini azaldır və ya onu qəsdən formalaşdırır. Növbəti elektrik avtomobilində sürətləndiyiniz zaman eşidilən tonu dinlədiyinizdə, artık nə eşitdiyinizi bilirsiniz: mühərrik deyil, tam bir sistemin eşitmə imzası.

Mənbələr

• EV Motor Noise, Whine & Overheating: Causes & Fixes
• NVH Electric Vehicles
• Vibration and noise characteristics of an inverter for electric vehicle application
• New Inverter Switching Control Method to Enhance Sound Quality in Electric Vehicles
• Inverter Acoustic Noise: PWM Strategy, Magnetostriction and Cabin Perception in EVs
• Understanding the Operating Noise of Electric Motors
• Noise in Electric Motors: A Comprehensive Review
• Tackling EV noise reduction
• Noise Reduction Techniques for EV Transmissions
• Low noise modulation technique for PWM inverter drives
• The pros and cons of spread-spectrum implementation
• Researchers Develop Technology To Protect EVs from Chip Noise
• Active Sound Management
• What Is Active Sound Design On The EV6 & EV9
• Vehicle Electrification and Active Noise Cancellation
• Electric vehicle warning sounds
• Induction vs. Permanent Magnet Motors
• What Does Noise Tell You About Your Electric Motor?