Motoare de mare vitezăse bucură de o atenție tot mai mare datorită avantajelor lor evidente, cum ar fi densitatea mare de putere, dimensiunile și greutatea reduse și eficiența ridicată a muncii. Un sistem de acționare eficient și stabil este cheia utilizării complete a performanței excelente amotoare de mare vitezăAcest articol analizează în principal dificultățile legate demotor de mare vitezătehnologia de acționare din aspectele strategiei de control, estimării colțurilor și proiectării topologiei de putere și rezumă rezultatele cercetărilor actuale la nivel național și internațional. Ulterior, rezumă și prospectează tendința de dezvoltare amotor de mare vitezătehnologie de acționare.
Partea 02 Conținutul cercetării
Motoare de mare vitezăAu numeroase avantaje, cum ar fi densitatea mare de putere, volumul și greutatea reduse și eficiența ridicată a muncii. Sunt utilizate pe scară largă în domenii precum industria aerospațială, apărarea și siguranța națională, producție și viața de zi cu zi și reprezintă un conținut de cercetare și o direcție de dezvoltare necesare în prezent. În aplicațiile cu sarcină de mare viteză, cum ar fi fusurile electrice, turbomașinile, microturbinele cu gaz și stocarea energiei volantelor, aplicarea motoarelor de mare viteză poate realiza o structură de acționare directă, poate elimina dispozitivele cu viteză variabilă, poate reduce semnificativ volumul, greutatea și costurile de întreținere, îmbunătățind în același timp semnificativ fiabilitatea și are perspective de aplicare extrem de largi.Motoare de mare vitezăse referă de obicei la viteze care depășesc 10 kJ/min sau valori de dificultate (produsul vitezei și rădăcina pătrată a puterii) care depășesc 1 × Motorul lui 10⁻⁵ este prezentat în Figura 1, care compară datele relevante ale unor prototipuri reprezentative de motoare de mare viteză atât la nivel național, cât și internațional. Linia punctată din Figura 1 reprezintă nivelul de dificultate 1 × 10⁻⁵ etc.
1.Dificultăți în tehnologia de acționare a motorului de mare viteză
1. Probleme de stabilitate a sistemului la frecvențe fundamentale ridicate
Când motorul se află într-o stare de frecvență fundamentală de funcționare ridicată, din cauza unor limitări precum timpul de conversie analog-digital, timpul de execuție a algoritmului controlerului digital și frecvența de comutare a invertorului, frecvența purtătoare a sistemului de acționare a motorului de mare viteză este relativ scăzută, rezultând o scădere semnificativă a performanței de funcționare a motorului.
2. Problema estimării de înaltă precizie a poziției rotorului în frecvența fundamentală
În timpul funcționării la viteză mare, precizia poziției rotorului este crucială pentru performanța operațională a motorului. Datorită fiabilității reduse, dimensiunilor mari și costului ridicat al senzorilor mecanici de poziție, algoritmii fără senzori sunt adesea utilizați în sistemele de control al motoarelor de mare viteză. Cu toate acestea, în condiții de frecvență fundamentală de funcționare ridicată, utilizarea algoritmilor fără senzori de poziție este susceptibilă la factori neideali, cum ar fi neliniaritatea invertorului, armonicele spațiale, filtrele de buclă și abaterile parametrilor inductanței, rezultând erori semnificative de estimare a poziției rotorului.
3. Suprimarea ondulațiilor în sistemele de acționare a motorului de mare viteză
Inductanța mică a motoarelor de mare viteză duce inevitabil la problema ondulației mari de curent. Pierderile suplimentare de cupru, pierderile de fier, ondulația de cuplu și zgomotul de vibrații cauzate de ondulația mare de curent pot crește considerabil pierderile sistemelor cu motoare de mare viteză, pot reduce performanța motorului, iar interferențele electromagnetice cauzate de zgomotul ridicat de vibrații pot accelera îmbătrânirea driverului. Problemele menționate mai sus afectează foarte mult performanța sistemelor de acționare a motoarelor de mare viteză, iar optimizarea proiectării circuitelor hardware cu pierderi reduse este crucială pentru sistemele de acționare a motoarelor de mare viteză. În concluzie, proiectarea unui sistem de acționare a motorului de mare viteză necesită o luare în considerare cuprinzătoare a mai multor factori, inclusiv cuplarea buclei de curent, întârzierea sistemului, erorile parametrilor și dificultățile tehnice, cum ar fi suprimarea ondulației de curent. Este un proces extrem de complex, care impune cerințe ridicate privind strategiile de control, precizia estimării poziției rotorului și proiectarea topologiei de putere.
2. Strategie de control pentru sistemul de acționare a motorului de mare viteză
1. Modelarea sistemului de control al motorului de mare viteză
Caracteristicile frecvenței fundamentale de funcționare ridicate și ale raportului frecvenței purtătoare scăzute în sistemele de acționare a motoarelor de mare viteză, precum și influența cuplajului și a întârzierii motorului asupra sistemului, nu pot fi ignorate. Prin urmare, luând în considerare cei doi factori majori de mai sus, modelarea și analiza reconstrucției sistemelor de acționare a motoarelor de mare viteză reprezintă cheia îmbunătățirii în continuare a performanței de acționare a motoarelor de mare viteză.
2. Tehnologie de control al decuplării pentru motoare de mare viteză
Cea mai utilizată tehnologie în sistemele de acționare a motoarelor de înaltă performanță este controlul FOC. Ca răspuns la problema serioasă a cuplajului cauzată de frecvența fundamentală de funcționare ridicată, principala direcție de cercetare în prezent sunt strategiile de control al decuplării. Strategiile de control al decuplării studiate în prezent pot fi împărțite în principal în strategii de control al decuplării bazate pe model, strategii de control al decuplării bazate pe compensarea perturbațiilor și strategii de control al decuplării bazate pe regulatoare vectoriale complexe. Strategiile de control al decuplării bazate pe model includ în principal decuplarea feedforward și decuplarea feedback, dar această strategie este sensibilă la parametrii motorului și poate duce chiar la instabilitate a sistemului în cazurile de erori mari ale parametrilor și nu poate realiza o decuplare completă. Performanța slabă a decuplării dinamice limitează domeniul său de aplicare. Ultimele două strategii de control al decuplării sunt în prezent puncte fierbinți de cercetare.
3. Tehnologie de compensare a întârzierii pentru sistemele cu motoare de mare viteză
Tehnologia de control al decuplării poate rezolva eficient problema cuplării sistemelor de acționare a motoarelor de mare viteză, dar legătura de întârziere introdusă de întârziere încă există, așadar este necesară o compensare activă eficientă pentru întârzierea sistemului. În prezent, există două strategii principale de compensare activă pentru întârzierea sistemului: strategii de compensare bazate pe model și strategii de compensare independente de model.
Partea 03 Concluzia cercetării
Pe baza realizărilor actuale ale cercetării înmotor de mare vitezăTehnologia de acționare în comunitatea academică, combinată cu problemele existente, direcțiile de dezvoltare și cercetare a motoarelor de mare viteză includ în principal: 1) cercetare privind predicția precisă a curentului fundamental de înaltă frecvență și a problemelor legate de întârzierea compensării active; 3) Cercetare privind algoritmii de control al performanței dinamice ridicate pentru motoarele de mare viteză; 4) Cercetare privind estimarea precisă a poziției în colț și a modelului de estimare a poziției rotorului în domeniul vitezei complete pentru motoarele de ultra-mare viteză; 5) Cercetare privind tehnologia de compensare completă pentru erorile din modelele de estimare a poziției motoarelor de mare viteză; 6) Cercetare privind topologia de înaltă frecvență și pierderi mari de putere a motoarelor de mare viteză.
Data publicării: 24 oct. 2023
