Höghastighetsmotorerfår alltmer uppmärksamhet på grund av deras uppenbara fördelar som hög effekttäthet, liten storlek och vikt samt hög arbetseffektivitet. Ett effektivt och stabilt drivsystem är nyckeln till att fullt ut utnyttja den utmärkta prestandan hoshöghastighetsmotorerDenna artikel analyserar huvudsakligen svårigheterna medhöghastighetsmotordrivteknik från aspekterna av reglerstrategi, hörnuppskattning och effekttopologidesign, och sammanfattar aktuella forskningsresultat hemma och utomlands. Därefter sammanfattar och framtidsutsikter ges för utvecklingstrenden förhöghastighetsmotordrivteknik.
Del 02 Forskningsinnehåll
Höghastighetsmotorerhar många fördelar såsom hög effekttäthet, liten volym och vikt samt hög arbetseffektivitet. De används ofta inom områden som flyg- och rymdteknik, nationellt försvar och säkerhet, produktion och vardagsliv, och är nödvändiga forsknings- och utvecklingsriktningar idag. I höghastighetsbelastningsapplikationer som elektriska spindlar, turbomaskiner, mikrogasturbiner och svänghjulsenergilagring kan tillämpningen av höghastighetsmotorer uppnå en direktdriven struktur, eliminera enheter med variabel hastighet, avsevärt minska volym-, vikt- och underhållskostnader, samtidigt som tillförlitligheten avsevärt förbättras, och har extremt breda tillämpningsmöjligheter.Höghastighetsmotorervanligtvis avser hastigheter som överstiger 10 kr/min eller svårighetsvärden (produkten av hastighet och kvadratroten ur effekten) som överstiger 1 ×. Motorn på 105 visas i figur 1, som jämför relevanta data för några representativa prototyper av höghastighetsmotorer både nationellt och internationellt. Den streckade linjen i figur 1 är svårighetsgraden 1 × 105, etc.
1.Svårigheter med höghastighetsmotordrivningsteknik
1. Systemstabilitetsproblem vid höga grundfrekvenser
När motorn befinner sig i ett tillstånd med hög grundfrekvens, på grund av begränsningar som analog-till-digital-omvandlingstid, exekveringstid för digital styralgoritm och växelriktarens omkopplingsfrekvens, är bärfrekvensen för höghastighetsmotorns drivsystem relativt låg, vilket resulterar i en betydande minskning av motorns driftsprestanda.
2. Problemet med högprecisionsuppskattning av rotorposition i grundfrekvens
Vid höghastighetsdrift är rotorns positions noggrannhet avgörande för motorns prestanda. På grund av den låga tillförlitligheten, den stora storleken och den höga kostnaden för mekaniska positionssensorer används ofta sensorlösa algoritmer i höghastighetsmotorstyrsystem. Under driftförhållanden med hög grundfrekvens är dock användningen av positionssensorlösa algoritmer känslig för icke-ideala faktorer såsom olinjäritet hos växelriktaren, rumsliga övertoner, loopfilter och avvikelser i induktansparametrar, vilket resulterar i betydande fel i uppskattningen av rotorns position.
3. Rippeldämpning i höghastighetsmotordrivsystem
Den låga induktansen hos höghastighetsmotorer leder oundvikligen till problem med stora strömrippel. Den ytterligare kopparförlusten, järnförlusten, momentrippeln och vibrationsbruset som orsakas av höga strömrippel kan kraftigt öka förlusterna hos höghastighetsmotorsystem, minska motorns prestanda, och de elektromagnetiska störningarna som orsakas av höga vibrationsbrus kan påskynda drivenhetens åldrande. Ovanstående problem påverkar i hög grad prestandan hos höghastighetsmotorsystem, och optimeringsdesignen av hårdvarukretsar med låg förlust är avgörande för höghastighetsmotorsystem. Sammanfattningsvis kräver designen av ett höghastighetsmotorsystem omfattande hänsyn till flera faktorer, inklusive strömslingkoppling, systemfördröjning, parameterfel och tekniska svårigheter såsom strömrippelundertryckning. Det är en mycket komplex process som ställer höga krav på styrstrategier, noggrannhet i rotorpositionsuppskattning och design av effekttopologi.
2. Kontrollstrategi för höghastighetsmotordrivsystem
1. Modellering av höghastighetsmotorstyrsystem
Egenskaperna hos hög grundfrekvens och låg bärvågsfrekvens i höghastighetsmotordrivsystem, såväl som motorkopplingens och fördröjningens inverkan på systemet, kan inte ignoreras. Därför, med tanke på ovanstående två huvudfaktorer, är modellering och analys av rekonstruktionen av höghastighetsmotordrivsystem nyckeln till att ytterligare förbättra drivprestanda hos höghastighetsmotorer.
2. Frikopplingsstyrningsteknik för höghastighetsmotorer
Den mest använda tekniken i högpresterande motordrivsystem är frikopplingsstyrning (FOC). Som svar på det allvarliga kopplingsproblemet som orsakas av hög grundfrekvens är den huvudsakliga forskningsinriktningen för närvarande frikopplingsstyrningsstrategier. De frikopplingsstyrningsstrategier som för närvarande studeras kan huvudsakligen delas in i modellbaserade frikopplingsstyrningsstrategier, störningskompensationsbaserade frikopplingsstyrningsstrategier och komplexa vektorregulatorbaserade frikopplingsstyrningsstrategier. Modellbaserade frikopplingsstyrningsstrategier inkluderar huvudsakligen framkopplingsfrikoppling och återkopplingsfrikoppling, men denna strategi är känslig för motorparametrar och kan till och med leda till systeminstabilitet vid stora parameterfel, och kan inte uppnå fullständig frikoppling. Den dåliga dynamiska frikopplingsprestanda begränsar dess tillämpningsområde. De två senare frikopplingsstyrningsstrategierna är för närvarande forskningsintensiva områden.
3. Fördröjningskompensationsteknik för höghastighetsmotorsystem
Frikopplingsstyrningsteknik kan effektivt lösa kopplingsproblemet i höghastighetsmotordrivsystem, men fördröjningslänken som introduceras av fördröjningen finns fortfarande kvar, så effektiv aktiv kompensation för systemfördröjning behövs. För närvarande finns det två huvudsakliga aktiva kompensationsstrategier för systemfördröjning: modellbaserade kompensationsstrategier och modelloberoende kompensationsstrategier.
Del 03 Forskningsslutsats
Baserat på aktuella forskningsresultat inomhöghastighetsmotorDrivteknik inom den akademiska världen, i kombination med befintliga problem, inkluderar utvecklings- och forskningsinriktningarna för höghastighetsmotorer huvudsakligen: 1) forskning om exakt förutsägelse av höga grundfrekvensströmmar och problem relaterade till aktiv kompensationsfördröjning; 3) Forskning om högdynamiska prestandastyralgoritmer för höghastighetsmotorer; 4) Forskning om exakt uppskattning av hörnposition och fullvarvsdomänrotorpositionsuppskattningsmodell för ultrasnabba motorer; 5) Forskning om fullkompensationsteknik för fel i positionsuppskattningsmodeller för höghastighetsmotorer; 6) Forskning om topologi för högfrekventa och höga effektförluster hos höghastighetsmotorer.
Publiceringstid: 24 oktober 2023
