Высокоскоростные двигателиполучают все больше внимания из-за их очевидных преимуществ, таких как высокая плотность мощности, малый размер и вес, а также высокая эффективность работы. Эффективная и стабильная система привода является ключом к полному использованию превосходной производительностивысокоскоростные двигатели. В этой статье в основном анализируются трудностивысокоскоростной двигательприводная технология с точки зрения стратегии управления, оценки угла и проектирования топологии мощности, а также суммирует текущие результаты исследований в стране и за рубежом. После этого он суммирует и прогнозирует тенденции развитиявысокоскоростной двигательприводная техника.
Часть 02 Содержание исследования
Высокоскоростные двигателиимеют много преимуществ, таких как высокая плотность мощности, малый объем и вес, а также высокая эффективность работы. Они широко используются в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, национальная оборона и безопасность, производство и повседневная жизнь, и являются необходимым исследовательским содержанием и направлением развития сегодня. В приложениях с высокой скоростью нагрузки, таких как электрические шпиндели, турбомашины, микрогазовые турбины и маховики хранения энергии, применение высокоскоростных двигателей может достичь структуры прямого привода, исключить устройства с переменной скоростью, значительно уменьшить объем, вес и расходы на техническое обслуживание, при этом значительно повысив надежность, и имеет чрезвычайно широкие перспективы применения.Высокоскоростные двигателиобычно относятся к скоростям, превышающим 10кр/мин или значениям сложности (произведение скорости и квадратного корня мощности), превышающим 1 × Двигатель 105 показан на рисунке 1, который сравнивает соответствующие данные некоторых репрезентативных прототипов высокоскоростных двигателей как внутри страны, так и за рубежом. Пунктирная линия на рисунке 1 — это уровень сложности 1 × 105 и т. д.
1、Трудности в технологии высокоскоростного электропривода
1. Проблемы со стабильностью системы на высоких основных частотах
Когда двигатель находится в состоянии высокой рабочей основной частоты, из-за таких ограничений, как время аналого-цифрового преобразования, время выполнения алгоритма цифрового контроллера и частота переключения инвертора, несущая частота высокоскоростной системы привода двигателя относительно низкая, что приводит к значительному снижению рабочих характеристик двигателя.
2. Задача высокоточной оценки положения ротора на основной частоте
Во время высокоскоростной работы точность положения ротора имеет решающее значение для эксплуатационных характеристик двигателя. Из-за низкой надежности, большого размера и высокой стоимости механических датчиков положения в системах управления высокоскоростными двигателями часто используются бездатчиковые алгоритмы. Однако в условиях высокой рабочей основной частоты использование бездатчиковых алгоритмов положения подвержено неидеальным факторам, таким как нелинейность инвертора, пространственные гармоники, контурные фильтры и отклонения параметров индуктивности, что приводит к значительным ошибкам оценки положения ротора.
3. Подавление пульсаций в высокоскоростных системах электропривода
Малая индуктивность высокоскоростных двигателей неизбежно приводит к проблеме большой пульсации тока. Дополнительные потери в меди, потери в железе, пульсация крутящего момента и вибрационный шум, вызванные высокой пульсацией тока, могут значительно увеличить потери высокоскоростных систем двигателей, снизить производительность двигателя, а электромагнитные помехи, вызванные высоким вибрационным шумом, могут ускорить старение драйвера. Вышеуказанные проблемы значительно влияют на производительность высокоскоростных систем привода двигателя, и оптимизация проектирования аппаратных схем с низкими потерями имеет решающее значение для высокоскоростных систем привода двигателя. Подводя итог, можно сказать, что проектирование высокоскоростной системы привода двигателя требует всестороннего рассмотрения множества факторов, включая связь контура тока, задержку системы, ошибки параметров и технические трудности, такие как подавление пульсации тока. Это очень сложный процесс, который предъявляет высокие требования к стратегиям управления, точности оценки положения ротора и проектированию топологии питания.
2. Стратегия управления для высокоскоростной системы привода двигателя
1. Моделирование системы управления высокоскоростным двигателем
Характеристики высокой рабочей основной частоты и низкого отношения несущей частоты в системах привода высокоскоростных двигателей, а также влияние сцепления двигателя и задержки на систему, нельзя игнорировать. Поэтому, учитывая два вышеупомянутых основных фактора, моделирование и анализ реконструкции систем привода высокоскоростных двигателей являются ключом к дальнейшему улучшению характеристик привода высокоскоростных двигателей.
2. Технология управления развязкой для высокоскоростных двигателей
Наиболее широко используемой технологией в высокопроизводительных системах привода двигателя является управление FOC. В ответ на серьезную проблему со связью, вызванную высокой рабочей основной частотой, основным направлением исследований в настоящее время являются стратегии управления развязкой. Стратегии управления развязкой, изучаемые в настоящее время, можно в основном разделить на стратегии управления развязкой на основе моделей, стратегии управления развязкой на основе компенсации помех и стратегии управления развязкой на основе комплексного векторного регулятора. Стратегии управления развязкой на основе моделей в основном включают развязку прямой связи и развязку обратной связи, но эта стратегия чувствительна к параметрам двигателя и может даже привести к нестабильности системы в случаях больших ошибок параметров и не может обеспечить полную развязку. Низкие динамические характеристики развязки ограничивают область ее применения. Последние две стратегии управления развязкой в настоящее время являются горячими точками исследований.
3. Технология компенсации задержки для высокоскоростных моторных систем
Технология управления развязкой может эффективно решить проблему соединения высокоскоростных систем привода двигателя, но задержка связи, вызванная задержкой, все еще существует, поэтому необходима эффективная активная компенсация задержки системы. В настоящее время существуют две основные стратегии активной компенсации задержки системы: стратегии компенсации на основе модели и стратегии компенсации, независимые от модели.
Часть 03 Заключение исследования
На основе текущих достижений исследований в областивысокоскоростной двигательТехнология привода в академическом сообществе, в сочетании с существующими проблемами, направления развития и исследования высокоскоростных двигателей в основном включают: 1) исследования по точному прогнозированию тока высокой основной частоты и проблем, связанных с задержкой активной компенсации; 3) исследования алгоритмов управления высокими динамическими характеристиками для высокоскоростных двигателей; 4) исследования по точной оценке углового положения и модели оценки положения ротора в области полной скорости для сверхскоростных двигателей; 5) исследования по технологии полной компенсации ошибок в моделях оценки положения высокоскоростного двигателя; 6) исследования топологии высокой частоты и больших потерь мощности высокоскоростного двигателя.
Время публикации: 24-окт-2023
