Высокоскоростные двигателиполучают все большее внимание из-за их очевидных преимуществ, таких как высокая удельная мощность, малые размеры и вес, а также высокая эффективность работы. Эффективная и стабильная система привода является ключом к полному использованию превосходных характеристиквысокоскоростные двигатели. В данной статье в основном анализируются трудностивысокоскоростной двигательуправляют технологиями с точки зрения стратегии управления, оценки угла и проектирования топологии электропитания, а также обобщаются текущие результаты исследований в стране и за рубежом. После этого в нем подводятся итоги и прогнозируются тенденции развитиявысокоскоростной двигательтехнология привода.
Часть 02 Содержание исследования
Высокоскоростные двигателиимеют много преимуществ, таких как высокая удельная мощность, небольшой 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 сегодня являются необходимым содержанием исследований и направлением развития. В приложениях с высокоскоростными нагрузками, таких как электрические шпиндели, турбомашины, микрогазовые турбины и накопители энергии на маховике, применение высокоскоростных двигателей может обеспечить структуру прямого привода, исключить устройства с регулируемой скоростью, значительно уменьшить объем, вес и затраты на техническое обслуживание. , при этом значительно повышая надежность, и имеет чрезвычайно широкие перспективы применения.Высокоскоростные двигателиобычно относятся к скорости, превышающей 10 км/мин, или к значениям сложности (произведение скорости на квадратный корень мощности), превышающим 1 × Двигатель 105 показан на рисунке 1, на котором сравниваются соответствующие данные некоторых репрезентативных прототипов высокоскоростных двигателей отечественного производства. и на международном уровне. Пунктирная линия на рисунке 1 — 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 с высокой рабочей основной частотой, из-за таких ограничений, как время аналого-цифрового преобразования, время выполнения алгоритма цифрового контроллера и частота переключения инвертора, несущая частота высокоскоростной системы привода двигателя является относительно низкой. , что приводит к значительному снижению эксплуатационных характеристик двигателя.
2. Задача высокоточного определения положения ротора по основной частоте.
При работе на высоких скоростях точность положения ротора имеет решающее значение для эксплуатационных характеристик двигателя. Из-за низкой надежности, больших размеров и высокой стоимости механических датчиков положения в системах управления высокоскоростными двигателями часто используются бездатчиковые алгоритмы. Однако в условиях высокой рабочей основной частоты использование алгоритмов без датчиков положения подвержено воздействию неидеальных факторов, таких как нелинейность инвертора, пространственные гармоники, петлевые фильтры и отклонения параметров индуктивности, что приводит к значительным ошибкам оценки положения ротора.
3. Подавление пульсаций в системах привода высокоскоростных двигателей.
Небольшая индуктивность быстроходных двигателей неизбежно приводит к проблеме больших пульсаций тока. Дополнительные потери в меди, в железе, пульсации крутящего момента и вибрационный шум, вызванные сильными пульсациями тока, могут значительно увеличить потери в системах высокоскоростных двигателей, снизить производительность двигателя, а электромагнитные помехи, вызванные сильным вибрационным шумом, могут ускорить старение двигателя. водитель. Вышеупомянутые проблемы сильно влияют на производительность систем привода высокоскоростных двигателей, а оптимизация аппаратных схем с низкими потерями имеет решающее значение для систем привода высокоскоростных двигателей. Таким образом, проектирование системы высокоскоростного электропривода требует всестороннего учета множества факторов, включая связь токовой петли, системную задержку, ошибки параметров и технические трудности, такие как подавление пульсаций тока. Это очень сложный процесс, который предъявляет высокие требования к стратегиям управления, точности оценки положения ротора и проектированию топологии электропитания.
2. Стратегия управления системой высокоскоростного электропривода.
1. Моделирование системы управления высокоскоростным двигателем.
Нельзя игнорировать характеристики высокой рабочей основной частоты и низкого коэффициента несущей частоты в системах привода высокоскоростных двигателей, а также влияние связи двигателя и задержки на систему. Поэтому, учитывая два вышеуказанных основных фактора, моделирование и анализ реконструкции систем привода высокоскоростных двигателей является ключом к дальнейшему улучшению ходовых качеств высокоскоростных двигателей.
2. Технология развязки управления высокоскоростными двигателями
Наиболее широко используемой технологией в высокопроизводительных системах электропривода является управление FOC. В ответ на серьезную проблему связи, вызванную высокой рабочей основной частотой, основным направлением исследований в настоящее время является стратегия развязки управления. 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 модели в основном включают 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. Плохие характеристики динамической развязки ограничивают диапазон его применения. Последние две стратегии контроля разделения в настоящее время являются горячими точками исследований.
3. Технология компенсации задержки для систем высокоскоростных двигателей.
Технология управления развязкой может эффективно решить проблему связи систем привода высокоскоростных двигателей, но связь задержки, 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 независимой компенсации от модели.
Часть 03. Заключение исследования
На основе современных научных достижений ввысокоскоростной двигательтехнологии привода в академическом сообществе, в сочетании с существующими проблемами, направления развития и исследований высокоскоростных двигателей в основном включают: 1) исследования по точному прогнозированию тока высокой основной частоты и проблем, связанных с задержкой активной компенсации; 3) Исследование алгоритмов управления высокими динамическими характеристиками быстроходных двигателей; 4) Исследование по точной оценке углового положения и модели оценки положения ротора на полной скорости для сверхвысокоскоростных двигателей; 5) Исследование технологии полной компенсации ошибок в моделях оценки положения высокоскоростных двигателей; 6) Исследование топологии высокочастотных и высоких потерь мощности высокоскоростных двигателей.
Время публикации: 24 октября 2023 г.
