Высокоскоростные двигателиБлагодаря своим очевидным преимуществам, таким как высокая удельная мощность, малые размеры и вес, а также высокая эффективность работы, они привлекают все больше внимания. Эффективная и стабильная система привода является ключом к полному использованию превосходных характеристик.высокоскоростные двигателиДанная статья в основном анализирует трудностивысокоскоростной двигательВ статье рассматриваются передовые технологии с точки зрения стратегии управления, оценки угловых параметров и проектирования топологии электропитания, а также обобщаются текущие результаты исследований в стране и за рубежом. Затем подводятся итоги и прогнозируются тенденции развития.высокоскоростной двигательприводные технологии.
Часть 2. Содержание исследования
Высокоскоростные двигателиОни обладают множеством преимуществ, таких как высокая удельная мощность, малый объем и вес, а также высокая эффективность работы. Они широко используются в таких областях, как аэрокосмическая промышленность, оборона и безопасность, производство и повседневная жизнь, и сегодня являются необходимым направлением исследований и разработок. В высокоскоростных приложениях, таких как электрические шпиндели, турбомашины, микрогазовые турбины и маховики для хранения энергии, применение высокоскоростных двигателей позволяет создать структуру прямого привода, исключить устройства с регулируемой скоростью, значительно снизить объем, вес и затраты на техническое обслуживание, при этом значительно повысив надежность, и имеет чрезвычайно широкие перспективы применения.Высокоскоростные двигателиОбычно речь идет о скоростях, превышающих 10 кДж/мин, или значениях сложности (произведение скорости и квадратного корня из мощности), превышающих 1 × 10⁵. На рисунке 1 показано сравнение соответствующих данных некоторых репрезентативных прототипов высокоскоростных двигателей как отечественного, так и зарубежного производства. Пунктирная линия на рисунке 1 обозначает уровень сложности 1 × 10⁵ и т. д.
1.Трудности в технологии высокоскоростных электроприводов
1. Проблемы стабильности системы на высоких основных частотах.
Когда двигатель работает на высокой основной частоте, из-за таких ограничений, как время аналого-цифрового преобразования, время выполнения алгоритма цифрового контроллера и частота переключения инвертора, несущая частота системы управления высокоскоростным двигателем относительно низкая, что приводит к значительному снижению рабочих характеристик двигателя.
2. Проблема высокоточной оценки положения ротора на основной частоте
При работе на высоких скоростях точность положения ротора имеет решающее значение для рабочих характеристик двигателя. Из-за низкой надежности, больших размеров и высокой стоимости механических датчиков положения в системах управления высокоскоростными двигателями часто используются бессенсорные алгоритмы. Однако в условиях высоких рабочих частот основной частоты использование бессенсорных алгоритмов подвержено влиянию неидеальных факторов, таких как нелинейность инвертора, пространственные гармоники, фильтры контура и отклонения параметров индуктивности, что приводит к значительным ошибкам оценки положения ротора.
3. Подавление пульсаций в высокоскоростных системах управления электродвигателями.
Малая индуктивность высокоскоростных двигателей неизбежно приводит к проблеме больших пульсаций тока. Дополнительные потери в меди, потери в железе, пульсации крутящего момента и вибрационный шум, вызванные высокими пульсациями тока, могут значительно увеличить потери в системах высокоскоростных двигателей, снизить производительность двигателя, а электромагнитные помехи, вызванные высоким вибрационным шумом, могут ускорить старение привода. Указанные проблемы существенно влияют на производительность систем управления высокоскоростными двигателями, и оптимизация конструкции низкопотерных аппаратных схем имеет решающее значение для таких систем. В целом, проектирование системы управления высокоскоростным двигателем требует всестороннего учета множества факторов, включая связь токовых контуров, задержку системы, ошибки параметров и технические трудности, такие как подавление пульсаций тока. Это чрезвычайно сложный процесс, предъявляющий высокие требования к стратегиям управления, точности оценки положения ротора и проектированию силовой топологии.
2. Стратегия управления системой привода высокоскоростного двигателя
1. Моделирование системы управления высокоскоростным двигателем
Характеристики высокой рабочей основной частоты и низкого отношения несущей частоты в системах управления высокоскоростными двигателями, а также влияние связи двигателя и задержки на систему, нельзя игнорировать. Поэтому, учитывая эти два основных фактора, моделирование и анализ реконструкции систем управления высокоскоростными двигателями являются ключом к дальнейшему улучшению характеристик управления высокоскоростными двигателями.
2. Технология развязывающего управления для высокоскоростных двигателей
Наиболее широко используемой технологией в высокопроизводительных системах управления электродвигателями является управление с обратной связью (FOC). В ответ на серьезную проблему связи, вызванную высокой рабочей частотой основного резонанса, основным направлением исследований в настоящее время являются стратегии управления с развязкой. Изучаемые в настоящее время стратегии управления с развязкой можно в основном разделить на стратегии управления с развязкой на основе модели, стратегии управления с развязкой на основе компенсации возмущений и стратегии управления с развязкой на основе комплексного векторного регулятора. Стратегии управления с развязкой на основе модели в основном включают в себя развязку с прямой связью и развязку с обратной связью, но эта стратегия чувствительна к параметрам двигателя и может даже привести к нестабильности системы в случае больших ошибок параметров, и не может обеспечить полную развязку. Низкие динамические характеристики развязки ограничивают область ее применения. Последние две стратегии управления с развязкой в настоящее время являются актуальными направлениями исследований.
3. Технология компенсации задержки для высокоскоростных моторных систем
Технология управления с разделением потоков может эффективно решить проблему связи в системах управления высокоскоростными двигателями, однако задержка, вносимая самой задержкой, всё ещё 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, не зависящие от модели.
Часть 3. Заключение исследования.
На основе современных достижений в области исследований ввысокоскоростной двигательВ академическом сообществе, с учетом существующих проблем, основные направления развития и исследований высокоскоростных двигателей включают: 1) исследование точного прогнозирования тока высокой основной частоты и вопросов, связанных с задержкой активной компенсации; 3) исследование алгоритмов управления с высокими динамическими характеристиками для высокоскоростных двигателей; 4) исследование точной оценки углового положения и модели оценки положения ротора в полном диапазоне скоростей для сверхвысокоскоростных двигателей; 5) исследование технологии полной компенсации ошибок в моделях оценки положения высокоскоростного двигателя; 6) исследование высокочастотных и высокопотерных топологий питания высокоскоростных двигателей.
Дата публикации: 24 октября 2023 г.
