HogesnelheidsmotorenZe krijgen steeds meer aandacht vanwege hun duidelijke voordelen, zoals een hoge vermogensdichtheid, klein formaat en gewicht, en een hoge efficiëntie. Een efficiënt en stabiel aandrijfsysteem is de sleutel tot het volledig benutten van de uitstekende prestaties van deze motoren.hogesnelheidsmotorenDit artikel analyseert voornamelijk de moeilijkheden vanhogesnelheidsmotorDit artikel beschrijft de aandrijftechnologie vanuit de aspecten van besturingsstrategie, hoekschatting en ontwerp van de vermogenstopologie, en vat de huidige onderzoeksresultaten in binnen- en buitenland samen. Vervolgens vat het de ontwikkelingstrend samen en schetst het de vooruitzichten voor de toekomst.hogesnelheidsmotoraandrijftechnologie.
Deel 2 Onderzoeksinhoud
HogesnelheidsmotorenZe hebben vele voordelen, zoals een hoge vermogensdichtheid, een klein volume en gewicht, en een hoog rendement. Ze worden veelvuldig gebruikt in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, defensie en veiligheid, productie en het dagelijks leven, en vormen een essentieel onderzoeksgebied en ontwikkelingsrichting. In toepassingen met hoge snelheden, zoals elektrische spindels, turbomachines, microgasturbines en vliegwielenergieopslag, kan de toepassing van hogesnelheidsmotoren een directe aandrijving realiseren, waardoor variabele snelheidsregelaars overbodig worden. Dit resulteert in een aanzienlijke verlaging van volume, gewicht en onderhoudskosten, terwijl de betrouwbaarheid aanzienlijk wordt verbeterd. Dit heeft zeer brede toepassingsmogelijkheden.HogesnelheidsmotorenMeestal wordt hiermee verwezen naar snelheden van meer dan 10.000 tpm of moeilijkheidsgraden (product van snelheid en wortel van vermogen) van meer dan 1 × 10⁵. De motor met een moeilijkheidsgraad van 1 × 10⁵ wordt weergegeven in Figuur 1, waarin de relevante gegevens van enkele representatieve prototypen van hogesnelheidsmotoren uit binnen- en buitenland worden vergeleken. De stippellijn in Figuur 1 geeft een moeilijkheidsgraad van 1 × 10⁵ weer, enzovoort.
1.Moeilijkheden bij de aandrijving van hogesnelheidsmotoren
1. Problemen met de systeemstabiliteit bij hoge grondfrequenties
Wanneer de motor op een hoge fundamentele frequentie werkt, is de draaggolffrequentie van het hogesnelheidsmotoraandrijfsysteem relatief laag vanwege beperkingen zoals de analoog-digitaalconversietijd, de uitvoeringstijd van het digitale besturingsalgoritme en de schakelfrequentie van de omvormer. Dit resulteert in een aanzienlijke afname van de motorprestaties.
2. Het probleem van zeer nauwkeurige schatting van de rotorpositie bij de grondfrequentie
Bij hoge snelheden is de nauwkeurigheid van de rotorpositie cruciaal voor de operationele prestaties van de motor. Vanwege de lage betrouwbaarheid, de grote afmetingen en de hoge kosten van mechanische positiesensoren worden in hogesnelheidsmotorbesturingssystemen vaak sensorloze algoritmen gebruikt. Bij hoge fundamentele frequenties is het gebruik van sensorloze positiealgoritmen echter gevoelig voor niet-ideale factoren zoals niet-lineariteit van de omvormer, ruimtelijke harmonischen, lusfilters en afwijkingen in de inductantieparameters, wat kan leiden tot aanzienlijke fouten in de schatting van de rotorpositie.
3. Rimpelonderdrukking in aandrijfsystemen voor hogesnelheidsmotoren
De lage inductantie van hogesnelheidsmotoren leidt onvermijdelijk tot het probleem van grote stroomrimpel. De extra koperverliezen, ijzerverliezen, koppelrimpel en trillingsruis die door een hoge stroomrimpel worden veroorzaakt, kunnen de verliezen van hogesnelheidsmotorsystemen aanzienlijk verhogen, de motorprestaties verminderen en de elektromagnetische interferentie die door de hoge trillingsruis wordt veroorzaakt, kan de veroudering van de driver versnellen. De bovengenoemde problemen hebben een grote invloed op de prestaties van hogesnelheidsmotoraandrijfsystemen, en het optimaliseren van het ontwerp van hardwarecircuits met lage verliezen is cruciaal voor dergelijke systemen. Kortom, het ontwerp van een hogesnelheidsmotoraandrijfsysteem vereist een uitgebreide overweging van meerdere factoren, waaronder stroomluskoppeling, systeemvertraging, parameterfouten en technische moeilijkheden zoals het onderdrukken van stroomrimpel. Het is een zeer complex proces dat hoge eisen stelt aan besturingsstrategieën, nauwkeurigheid van de rotorpositiebepaling en het ontwerp van de vermogenstopologie.
2. Besturingsstrategie voor een hogesnelheidsmotoraandrijfsysteem
1. Modellering van een hogesnelheidsmotorbesturingssysteem
De kenmerken van een hoge fundamentele werkfrequentie en een lage draaggolffrequentieverhouding in aandrijfsystemen voor hogesnelheidsmotoren, evenals de invloed van motorkoppeling en vertraging op het systeem, mogen niet worden genegeerd. Daarom is het, gezien deze twee belangrijke factoren, essentieel om de herstructurering van aandrijfsystemen voor hogesnelheidsmotoren te modelleren en te analyseren om de aandrijfprestaties van deze motoren verder te verbeteren.
2. Ontkoppelingsregeltechnologie voor hogesnelheidsmotoren
De meest gebruikte technologie in hoogwaardige motoraandrijfsystemen is FOC-regeling (Feedforward Control). Als reactie op het ernstige koppelingsprobleem dat wordt veroorzaakt door de hoge fundamentele werkfrequentie, richt het onderzoek zich momenteel voornamelijk op ontkoppelingsstrategieën. De momenteel bestudeerde ontkoppelingsstrategieën kunnen grofweg worden onderverdeeld in modelgebaseerde ontkoppelingsstrategieën, op verstoringscompensatie gebaseerde ontkoppelingsstrategieën en op complexe vectorregelaars gebaseerde ontkoppelingsstrategieën. Modelgebaseerde ontkoppelingsstrategieën omvatten hoofdzakelijk feedforward-ontkoppeling en feedback-ontkoppeling, maar deze strategie is gevoelig voor motorparameters en kan zelfs leiden tot systeeminstabiliteit bij grote parameterfouten, en kan geen volledige ontkoppeling bereiken. De slechte dynamische ontkoppelingsprestaties beperken het toepassingsgebied. De laatste twee ontkoppelingsstrategieën zijn momenteel belangrijke onderzoeksthema's.
3. Vertragingscompensatietechnologie voor hogesnelheidsmotorsystemen
Ontkoppelingsbesturingstechnologie kan het koppelingsprobleem van hogesnelheidsmotoraandrijfsystemen effectief oplossen, maar de vertraging die door de vertraging wordt geïntroduceerd, blijft bestaan. Daarom is effectieve actieve compensatie voor systeemvertraging noodzakelijk. Momenteel zijn er twee belangrijke actieve compensatiestrategieën voor systeemvertraging: modelgebaseerde compensatiestrategieën en modelonafhankelijke compensatiestrategieën.
Deel 3 Onderzoeksconclusie
Gebaseerd op de huidige onderzoeksresultaten inhogesnelheidsmotorIn de academische wereld wordt, in combinatie met bestaande problemen, onderzoek gedaan naar aandrijftechnologie voor hogesnelheidsmotoren. De belangrijkste onderzoeksrichtingen zijn: 1) onderzoek naar de nauwkeurige voorspelling van stromen met hoge grondfrequentie en problemen met actieve compensatievertraging; 3) onderzoek naar regelalgoritmen met hoge dynamische prestaties voor hogesnelheidsmotoren; 4) onderzoek naar de nauwkeurige schatting van de hoekpositie en een model voor de schatting van de rotorpositie in het volledige snelheidsbereik voor ultrasnelle motoren; 5) onderzoek naar volledige compensatietechnologie voor fouten in modellen voor de positiebepaling van hogesnelheidsmotoren; 6) onderzoek naar de vermogenstopologie van hogesnelheidsmotoren met hoge frequenties en hoge verliezen.
Geplaatst op: 24 oktober 2023
