Motors d'alta velocitatestan rebent una atenció creixent a causa dels seus avantatges evidents, com ara l'alta densitat de potència, la mida i el pes reduïts i l'alta eficiència en el treball. Un sistema d'accionament eficient i estable és la clau per aprofitar al màxim l'excel·lent rendiment demotors d'alta velocitatAquest article analitza principalment les dificultats demotor d'alta velocitattecnologia d'impuls des dels aspectes de l'estratègia de control, l'estimació de cantonades i el disseny de topologia de potència, i resumeix els resultats de la recerca actual a nivell nacional i internacional. Posteriorment, resumeix i prospectiva la tendència de desenvolupament demotor d'alta velocitattecnologia d'accionament.
Part 02 Contingut de la recerca
Motors d'alta velocitattenen molts avantatges, com ara una alta densitat de potència, un volum i un pes reduïts i una alta eficiència de treball. S'utilitzen àmpliament en camps com l'aeroespacial, la defensa i la seguretat nacionals, la producció i la vida quotidiana, i són contingut de recerca i direcció de desenvolupament necessaris avui dia. En aplicacions de càrrega d'alta velocitat com ara fusos elèctrics, turbomàquines, microturbines de gas i emmagatzematge d'energia de volants d'inèrcia, l'aplicació de motors d'alta velocitat pot aconseguir una estructura d'accionament directe, eliminar dispositius de velocitat variable, reduir significativament el volum, el pes i els costos de manteniment, alhora que millora significativament la fiabilitat i té perspectives d'aplicació extremadament àmplies.Motors d'alta velocitatnormalment es refereixen a velocitats superiors a 10 kr/min o valors de dificultat (producte de la velocitat i l'arrel quadrada de la potència) superiors a 1 × El motor de 10⁵ es mostra a la Figura 1, que compara les dades rellevants d'alguns prototips representatius de motors d'alta velocitat tant a nivell nacional com internacional. La línia discontínua de la Figura 1 és el nivell de dificultat 1 × 10⁵, etc.
1.Dificultats en la tecnologia d'accionament de motors d'alta velocitat
1. Problemes d'estabilitat del sistema a altes freqüències fonamentals
Quan el motor es troba en un estat de freqüència fonamental de funcionament alta, a causa de limitacions com el temps de conversió analògic-digital, el temps d'execució de l'algoritme del controlador digital i la freqüència de commutació de l'inversor, la freqüència portadora del sistema d'accionament del motor d'alta velocitat és relativament baixa, cosa que provoca una disminució significativa del rendiment de funcionament del motor.
2. El problema de l'estimació d'alta precisió de la posició del rotor en la freqüència fonamental
Durant el funcionament a alta velocitat, la precisió de la posició del rotor és crucial per al rendiment operatiu del motor. A causa de la baixa fiabilitat, la gran mida i l'alt cost dels sensors de posició mecànics, els algoritmes sense sensor s'utilitzen sovint en sistemes de control de motors d'alta velocitat. Tanmateix, en condicions d'alta freqüència fonamental de funcionament, l'ús d'algoritmes sense sensor de posició és susceptible a factors no ideals com ara la no linealitat de l'inversor, els harmònics espacials, els filtres de bucle i les desviacions dels paràmetres d'inductància, la qual cosa resulta en errors significatius d'estimació de la posició del rotor.
3. Supressió d'ondulació en sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat
La petita inductància dels motors d'alta velocitat inevitablement condueix al problema d'una gran ondulació de corrent. La pèrdua addicional de coure, la pèrdua de ferro, l'ondulació de parell i el soroll de vibració causats per l'alta ondulació de corrent poden augmentar considerablement les pèrdues dels sistemes de motors d'alta velocitat, reduir el rendiment del motor i la interferència electromagnètica causada pel soroll de vibració elevat pot accelerar l'envelliment del controlador. Els problemes anteriors afecten enormement el rendiment dels sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat, i el disseny d'optimització dels circuits de maquinari de baixes pèrdues és crucial per als sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat. En resum, el disseny d'un sistema d'accionament de motor d'alta velocitat requereix una consideració exhaustiva de múltiples factors, com ara l'acoblament del bucle de corrent, el retard del sistema, els errors de paràmetres i les dificultats tècniques com la supressió de l'ondulació de corrent. És un procés altament complex que imposa grans demandes a les estratègies de control, la precisió de l'estimació de la posició del rotor i el disseny de la topologia de potència.
2. Estratègia de control per a sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat
1. Modelització del sistema de control de motors d'alta velocitat
No es poden ignorar les característiques de l'alta freqüència fonamental de funcionament i la baixa relació de freqüència portadora en sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat, així com la influència de l'acoblament i el retard del motor en el sistema. Per tant, tenint en compte els dos factors principals anteriors, la modelització i l'anàlisi de la reconstrucció dels sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat és la clau per millorar encara més el rendiment de conducció dels motors d'alta velocitat.
2. Tecnologia de control de desacoblament per a motors d'alta velocitat
La tecnologia més utilitzada en sistemes d'accionament de motors d'alt rendiment és el control FOC. En resposta al greu problema d'acoblament causat per l'alta freqüència fonamental de funcionament, la principal direcció de recerca actualment són les estratègies de control de desacoblament. Les estratègies de control de desacoblament que s'estudien actualment es poden dividir principalment en estratègies de control de desacoblament basades en models, estratègies de control de desacoblament basades en compensació de pertorbacions i estratègies de control de desacoblament basades en reguladors vectorials complexos. Les estratègies de control de desacoblament basades en models inclouen principalment el desacoblament anticipatiu i el desacoblament de retroalimentació, però aquesta estratègia és sensible als paràmetres del motor i fins i tot pot conduir a la inestabilitat del sistema en casos d'errors de paràmetres grans, i no pot aconseguir un desacoblament complet. El baix rendiment del desacoblament dinàmic limita el seu rang d'aplicació. Les dues últimes estratègies de control de desacoblament són actualment punts crítics de recerca.
3. Tecnologia de compensació de retard per a sistemes de motor d'alta velocitat
La tecnologia de control de desacoblament pot resoldre eficaçment el problema d'acoblament dels sistemes d'accionament de motors d'alta velocitat, però l'enllaç de retard introduït pel retard encara existeix, per la qual cosa es necessita una compensació activa eficaç per al retard del sistema. Actualment, hi ha dues estratègies principals de compensació activa per al retard del sistema: les estratègies de compensació basades en models i les estratègies de compensació independents del model.
Part 03 Conclusió de la recerca
Basant-se en els èxits de la recerca actual enmotor d'alta velocitatLa tecnologia d'accionaments a la comunitat acadèmica, combinada amb els problemes existents, les direccions de desenvolupament i recerca dels motors d'alta velocitat inclouen principalment: 1) recerca sobre la predicció precisa del corrent d'alta freqüència fonamental i els problemes relacionats amb el retard de compensació activa; 3) Recerca sobre algoritmes de control d'alt rendiment dinàmic per a motors d'alta velocitat; 4) Recerca sobre l'estimació precisa de la posició de la cantonada i el model d'estimació de la posició del rotor en el domini de velocitat completa per a motors d'ultraalta velocitat; 5) Recerca sobre la tecnologia de compensació completa per a errors en models d'estimació de la posició del motor d'alta velocitat; 6) Recerca sobre la topologia de potència del motor d'alta freqüència i alta pèrdua d'alta velocitat.
Data de publicació: 24 d'octubre de 2023
