Tecnoloxía de accionamento de motor de alta velocidade e a súa tendencia de desenvolvemento

Motores de alta velocidadeestán a recibir cada vez máis atención debido ás súas obvias vantaxes como a alta densidade de potencia, o pequeno tamaño e peso e a alta eficiencia no traballo. Un sistema de condución eficiente e estable é a clave para aproveitar plenamente o excelente rendemento demotores de alta velocidade. Este artigo analiza principalmente as dificultades demotor de alta velocidadeimpulsa a tecnoloxía desde os aspectos da estratexia de control, a estimación de esquinas e o deseño da topoloxía de potencia, e resume os resultados actuais da investigación na casa e no estranxeiro. Despois, resume e prospecta a tendencia de desenvolvemento demotor de alta velocidadetecnoloxía de condución.

Parte 02 Contido da investigación

Motores de alta velocidadeteñen moitas vantaxes, como a alta densidade de potencia, pequeno volume e peso e alta eficiencia de traballo. Son amplamente utilizados en campos como o aeroespacial, a defensa e seguridade nacional, a produción e a vida diaria, e son contidos de investigación necesarios e dirección de desenvolvemento na actualidade. En aplicacións de carga de alta velocidade, como fusos eléctricos, turbomáquinas, microturbinas de gas e almacenamento de enerxía do volante, a aplicación de motores de alta velocidade pode lograr unha estrutura de accionamento directo, eliminar dispositivos de velocidade variable, reducir significativamente o volume, o peso e os custos de mantemento. , á vez que mellora significativamente a fiabilidade e ten perspectivas de aplicación extremadamente amplas.Motores de alta velocidadexeralmente 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 105 móstrase na Figura 1, que compara os datos relevantes dalgúns prototipos representativos de motores de alta velocidade tanto no ámbito doméstico. e internacionalmente. A liña discontinua da Figura 1 ten un nivel de dificultade de 1 × 105, etc

1,Dificultades na tecnoloxía de accionamento do motor de alta velocidade

1. Problemas de estabilidade do sistema a altas frecuencias fundamentais

Cando o motor está nun estado de frecuencia fundamental de operación alta, debido a limitacións como o tempo de conversión analóxico a 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. , resultando nunha diminución significativa no rendemento de funcionamento do motor.

2. O problema da estimación da posición do rotor de alta precisión en frecuencia fundamental

Durante a operación 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 nos sistemas de control de motores de alta velocidade. Non obstante, en condicións de alta frecuencia fundamental de funcionamento, o uso de algoritmos sen sensor 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 provoca 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 da gran onda de corrente. A perda adicional de cobre, a perda de ferro, a ondulación do par e o ruído de vibración causados ​​pola onda de corrente elevada poden aumentar considerablemente as perdas dos sistemas de motores de alta velocidade, reducir o rendemento do motor e a interferencia electromagnética causada polo ruído de alta vibración pode acelerar o envellecemento do motor. condutor. Os problemas anteriores afectan moito ao rendemento dos sistemas de accionamento de motor de alta velocidade e o deseño de optimización de circuítos de hardware de baixa perda é crucial para os sistemas de accionamento de motor 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 actual. É un proceso moi complexo que esixe estratexias de control, precisión de estimación da posición do rotor e deseño de topoloxía de potencia.

2, Estratexia de control para o sistema de accionamento do motor de alta velocidade

1. Modelización do sistema de control de motores 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 do atraso do motor no sistema. Polo tanto, tendo en conta os dous principais factores anteriores, modelar e analizar a reconstrución de 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 utilizada 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 é o desacoplamento das estratexias de control. As estratexias de control de desacoplamento actualmente estudadas 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 de vectores complexos. As estratexias de control de desacoplamento baseadas en modelos inclúen principalmente o desacoplamento anticipado e o desacoplamento de retroalimentación, pero esta estratexia é sensible aos parámetros do motor e mesmo pode levar á inestabilidade do sistema en casos de grandes erros de parámetros e non pode lograr o desacoplamento completo. O pobre rendemento de desacoplamento dinámico limita o seu rango de aplicación. As dúas últimas estratexias de control de desacoplamento son actualmente focos de investigación.

3. Tecnoloxía de compensación de atraso para sistemas de motores 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 o enlace de atraso introducido polo atraso aínda existe, polo que é necesaria unha compensación activa efectiva para o atraso do sistema. Na actualidade, existen dúas estratexias de compensación activas principais para o atraso do sistema: estratexias de compensación baseadas en modelos e estratexias de compensación independentes do modelo.

Parte 03 Conclusión da investigación

Con base nos logros actuais da investigación enmotor de alta velocidadetecnoloxía de accionamento na comunidade académica, combinada cos problemas existentes, o desenvolvemento e as direccións de investigación de motores de alta velocidade inclúen principalmente: 1) investigación sobre a predición precisa da corrente de alta frecuencia fundamental e problemas relacionados coa compensación activa; 3) Investigación de algoritmos de control de alto rendemento dinámico para motores de alta velocidade; 4) Investigación sobre a estimación precisa da posición da esquina e do modelo de estimación da posición do rotor de dominio de velocidade máxima para motores de ultra alta velocidade; 5) Investigación sobre tecnoloxía de compensación total de erros en 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.