Motores de alta velocidadeestán a recibir unha atención crecente debido ás súas vantaxes obvias, como a alta densidade de potencia, o pequeno tamaño e peso e a alta eficiencia de traballo. Un sistema de accionamento eficiente e estable é a clave para aproveitar ao máximo o excelente rendemento demotores de alta velocidadeEste artigo analiza principalmente as dificultades demotor de alta velocidadetecnoloxía de impulso desde os aspectos da estratexia de control, a estimación de esquinas e o deseño da topoloxía de potencia, e resume os resultados da investigación actual no país e no estranxeiro. Despois, resume e prospectiva a tendencia de desenvolvemento demotor de alta velocidadetecnoloxía de accionamento.
Parte 02 Contido da investigación
Motores de alta velocidadeteñen moitas vantaxes, como unha alta densidade de potencia, un volume e peso pequenos e unha alta eficiencia de traballo. Son amplamente utilizados en campos como a industria aeroespacial, a defensa e a seguridade nacionais, a produción e a vida cotiá, e son contido de investigación e dirección de desenvolvemento necesarios na actualidade. En aplicacións de carga de alta velocidade como fusos eléctricos, turbomáquinas, microturbinas de gas e almacenamento de enerxía no volante, a aplicación de motores de alta velocidade pode conseguir unha estrutura de accionamento directo, eliminar os dispositivos de velocidade variable, reducir significativamente o volume, o peso e os custos de mantemento, ao tempo que mellora significativamente a fiabilidade e ten perspectivas de aplicación extremadamente amplas.Motores de alta velocidadenormalmente refírense a velocidades superiores a 10 kr/min ou valores de dificultade (produto da velocidade e a raíz cadrada da potencia) superiores a 1 × O motor de 10⁻⁵ móstrase na Figura 1, que compara os datos relevantes dalgúns prototipos representativos de motores de alta velocidade tanto a nivel nacional como internacional. A liña descontinua na Figura 1 é o nivel de dificultade 1 × 10⁻⁵, etc.
1.Dificultades na tecnoloxía de accionamento de motores de alta velocidade
1. Problemas de estabilidade do sistema a altas frecuencias fundamentais
Cando o motor está nun estado de frecuencia fundamental de funcionamento alta, debido a limitacións como o tempo de conversión analóxico-dixital, o tempo de execución do algoritmo do controlador dixital e a frecuencia de conmutación do inversor, a frecuencia portadora do sistema de accionamento do motor de alta velocidade é relativamente baixa, o que resulta nunha diminución significativa no rendemento de funcionamento do motor.
2. O problema da estimación de alta precisión da posición do rotor na frecuencia fundamental
Durante o funcionamento a alta velocidade, a precisión da posición do rotor é crucial para o rendemento operativo do motor. Debido á baixa fiabilidade, ao gran tamaño e ao alto custo dos sensores de posición mecánicos, os algoritmos sen sensores úsanse a miúdo en sistemas de control de motores de alta velocidade. Non obstante, en condicións de alta frecuencia fundamental de funcionamento, o uso de algoritmos sen sensores de posición é susceptible a factores non ideais, como a non linealidade do inversor, os harmónicos espaciais, os filtros de bucle e as desviacións dos parámetros de inductancia, o que resulta en erros significativos na estimación da posición do rotor.
3. Supresión de ondulacións en sistemas de accionamento de motores de alta velocidade
A pequena inductancia dos motores de alta velocidade leva inevitablemente ao problema dunha gran ondulación de corrente. A perda adicional de cobre, a perda de ferro, a ondulación de par e o ruído de vibración causados pola alta ondulación de corrente poden aumentar considerablemente as perdas dos sistemas de motores de alta velocidade, reducir o rendemento do motor e a interferencia electromagnética causada polo alto ruído de vibración pode acelerar o envellecemento do controlador. Os problemas anteriores afectan en gran medida o rendemento dos sistemas de accionamento de motores de alta velocidade, e o deseño de optimización de circuítos de hardware de baixa perda é crucial para os sistemas de accionamento de motores de alta velocidade. En resumo, o deseño dun sistema de accionamento de motor de alta velocidade require unha consideración exhaustiva de múltiples factores, incluíndo o acoplamento do bucle de corrente, o atraso do sistema, os erros de parámetros e as dificultades técnicas como a supresión da ondulación de corrente. É un proceso moi complexo que impón altas esixencias nas estratexias de control, a precisión da estimación da posición do rotor e o deseño da topoloxía de potencia.
2. Estratexia de control para o sistema de accionamento de motor de alta velocidade
1. Modelización dun sistema de control de motor de alta velocidade
Non se poden ignorar as características da alta frecuencia fundamental de funcionamento e a baixa relación de frecuencia portadora nos sistemas de accionamento de motores de alta velocidade, así como a influencia do acoplamento e o retardo do motor no sistema. Polo tanto, considerando os dous factores principais anteriores, a modelización e análise da reconstrución dos sistemas de accionamento de motores de alta velocidade é a clave para mellorar aínda máis o rendemento de condución dos motores de alta velocidade.
2. Tecnoloxía de control de desacoplamento para motores de alta velocidade
A tecnoloxía máis empregada nos sistemas de accionamento de motores de alto rendemento é o control FOC. En resposta ao grave problema de acoplamento causado pola alta frecuencia fundamental de funcionamento, a principal dirección de investigación actualmente son as estratexias de control de desacoplamento. As estratexias de control de desacoplamento estudadas actualmente pódense dividir principalmente en estratexias de control de desacoplamento baseadas en modelos, estratexias de control de desacoplamento baseadas en compensación de perturbacións e estratexias de control de desacoplamento baseadas en reguladores vectoriais complexos. As estratexias de control de desacoplamento baseadas en modelos inclúen principalmente o desacoplamento de prealimentación e o desacoplamento de retroalimentación, pero esta estratexia é sensible aos parámetros do motor e pode incluso levar á inestabilidade do sistema en casos de grandes erros de parámetros, e non pode lograr un desacoplamento completo. O baixo rendemento do desacoplamento dinámico limita o seu rango de aplicación. As dúas últimas estratexias de control de desacoplamento son actualmente puntos críticos de investigación.
3. Tecnoloxía de compensación de retardo para sistemas de motor de alta velocidade
A tecnoloxía de control de desacoplamento pode resolver eficazmente o problema de acoplamento dos sistemas de accionamento de motores de alta velocidade, pero a ligazón de retardo introducida polo retardo aínda existe, polo que se necesita unha compensación activa eficaz para o retardo do sistema. Na actualidade, existen dúas estratexias principais de compensación activa para o retardo do sistema: as estratexias de compensación baseadas en modelos e as estratexias de compensación independentes do modelo.
Parte 03 Conclusión da investigación
Baseándose nos logros actuais da investigación enmotor de alta velocidadeA tecnoloxía de accionamento na comunidade académica, combinada cos problemas existentes, as direccións de desenvolvemento e investigación de motores de alta velocidade inclúen principalmente: 1) investigación sobre a predición precisa da corrente de alta frecuencia fundamental e os problemas relacionados co retardo da compensación activa; 3) investigación sobre algoritmos de control de alto rendemento dinámico para motores de alta velocidade; 4) investigación sobre a estimación precisa da posición da esquina e o modelo de estimación da posición do rotor no dominio da velocidade completa para motores de ultra alta velocidade; 5) investigación sobre a tecnoloxía de compensación completa para erros nos modelos de estimación da posición do motor de alta velocidade; 6) investigación sobre a topoloxía de alta frecuencia e alta perda de potencia do motor de alta velocidade.
Data de publicación: 24 de outubro de 2023
