Hogesnelheidsmotorenkrijgen steeds meer aandacht vanwege hun duidelijke voordelen, zoals een hoge vermogensdichtheid, een klein formaat en gewicht, en een hoge werkefficiëntie. Een efficiënt en stabiel aandrijfsysteem is de sleutel tot het volledig benutten van de uitstekende prestaties vanhogesnelheidsmotorenDit artikel analyseert voornamelijk de moeilijkheden vanhogesnelheidsmotoraandrijftechnologie vanuit de aspecten van regelstrategie, hoekschatting en ontwerp van vermogenstopologie, en vat de huidige onderzoeksresultaten in binnen- en buitenland samen. Vervolgens vat het de ontwikkelingstrend vanhogesnelheidsmotoraandrijftechnologie.
Deel 02 Onderzoeksinhoud
HogesnelheidsmotorenZe hebben vele voordelen, zoals een hoge vermogensdichtheid, een klein volume en gewicht, en een hoge werkefficiëntie. Ze worden veel gebruikt in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, nationale defensie en veiligheid, productie en het dagelijks leven, en vormen tegenwoordig een belangrijke onderzoeks- en ontwikkelingsrichting. In toepassingen met hogesnelheidsbelastingen, zoals elektrische spindels, turbomachines, microgasturbines en vliegwielenergieopslag, kan de toepassing van hogesnelheidsmotoren een directe aandrijfstructuur realiseren, apparaten met variabele snelheid overbodig maken, het volume, het gewicht en de onderhoudskosten aanzienlijk verlagen, terwijl de betrouwbaarheid aanzienlijk wordt verbeterd, en ze hebben zeer brede toepassingsmogelijkheden.HogesnelheidsmotorenVerwijzen meestal naar snelheden hoger dan 10 kJ/min of moeilijkheidsgraden (product van snelheid en vierkantswortel van vermogen) hoger dan 1 × 105. De motor van 105 wordt weergegeven in Figuur 1, die de relevante gegevens van enkele representatieve prototypes van hogesnelheidsmotoren, zowel nationaal als internationaal, vergelijkt. De stippellijn in Figuur 1 geeft het moeilijkheidsniveau van 1 × 105 aan, enz.
1、Moeilijkheden in de aandrijftechnologie van hogesnelheidsmotoren
1. Problemen met de stabiliteit van het systeem bij hoge fundamentele frequenties
Wanneer de motor zich in een hoge operationele fundamentele frequentietoestand bevindt, is de draagfrequentie van het snelle motoraandrijfsysteem relatief laag vanwege beperkingen zoals de analoog-naar-digitaal-omzettingstijd, de uitvoeringstijd van het digitale controlleralgoritme en de omvormerschakelfrequentie, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de motorprestaties.
2. Het probleem van de zeer nauwkeurige schatting van de rotorpositie in de fundamentele frequentie
Bij hoge snelheden is de nauwkeurigheid van de rotorpositie cruciaal voor de operationele prestaties van de motor. Vanwege de geringe betrouwbaarheid, het grote formaat en de hoge kosten van mechanische positiesensoren worden sensorloze algoritmen vaak gebruikt in regelsystemen voor hogesnelheidsmotoren. Onder hoge fundamentele frequentieomstandigheden is het gebruik van positiesensorloze algoritmen echter gevoelig voor niet-ideale factoren zoals niet-lineariteit van de inverter, ruimtelijke harmonischen, lusfilters en afwijkingen van de inductantieparameters, wat resulteert in aanzienlijke fouten in de schatting van de rotorpositie.
3. Rimpelonderdrukking in aandrijfsystemen met hoge snelheidsmotoren
De kleine inductantie van hogesnelheidsmotoren leidt onvermijdelijk tot het probleem van een grote stroomrimpel. Het extra koperverlies, ijzerverlies, koppelrimpel en trillingsgeluid veroorzaakt door een hoge stroomrimpel kunnen de verliezen van hogesnelheidsmotorsystemen aanzienlijk verhogen, de motorprestaties verminderen en de elektromagnetische interferentie veroorzaakt door hoge trillingsgeluid kan de veroudering van de driver versnellen. Bovenstaande problemen hebben een grote invloed op de prestaties van aandrijfsystemen met hogesnelheidsmotoren, en het optimaliseren van het ontwerp van hardwarecircuits met lage verliezen is cruciaal voor aandrijfsystemen met hogesnelheidsmotoren. Kortom, het ontwerp van een aandrijfsysteem met hogesnelheidsmotoren vereist uitgebreide aandacht voor meerdere factoren, waaronder stroomluskoppeling, systeemvertraging, parameterfouten en technische problemen zoals stroomrimpelonderdrukking. Het is een zeer complex proces dat hoge eisen stelt aan regelstrategieën, de nauwkeurigheid van de rotorpositieschatting en het ontwerp van de vermogenstopologie.
2. Besturingsstrategie voor een hoogsnelheidsmotoraandrijfsysteem
1. Modellering van een hogesnelheidsmotorregelsysteem
De kenmerken van een hoge fundamentele bedrijfsfrequentie en een lage draagfrequentieverhouding in aandrijfsystemen voor hogesnelheidsmotoren, evenals de invloed van motorkoppeling en -vertraging op het systeem, kunnen niet worden genegeerd. Gezien de bovengenoemde twee belangrijke factoren is het modelleren en analyseren van de reconstructie van aandrijfsystemen voor hogesnelheidsmotoren daarom de sleutel tot verdere verbetering van de aandrijfprestaties van hogesnelheidsmotoren.
2. Ontkoppelingsregeltechnologie voor hogesnelheidsmotoren
De meest gebruikte technologie in hoogvermogen motoraandrijfsystemen is FOC-regeling. Als reactie op het ernstige koppelingsprobleem dat wordt veroorzaakt door een hoge fundamentele frequentie, ligt de belangrijkste onderzoeksrichting momenteel op ontkoppelingsstrategieën. De momenteel bestudeerde ontkoppelingsstrategieën kunnen voornamelijk worden onderverdeeld in modelgebaseerde ontkoppelingsstrategieën, ontkoppelingsstrategieën op basis van storingscompensatie en ontkoppelingsstrategieën op basis van complexe vectorregelaars. Modelgebaseerde ontkoppelingsstrategieën omvatten voornamelijk feedforward-ontkoppeling en feedback-ontkoppeling, maar deze strategie is gevoelig voor motorparameters en kan zelfs leiden tot systeeminstabiliteit bij grote parameterfouten, waardoor volledige ontkoppeling niet kan worden bereikt. De slechte dynamische ontkoppelingsprestaties beperken het toepassingsbereik. De laatste twee ontkoppelingsstrategieën zijn momenteel hot spots in onderzoek.
3. Vertragingscompensatietechnologie voor hogesnelheidsmotorsystemen
Ontkoppelingsregeltechnologie kan het koppelingsprobleem van aandrijfsystemen met hogesnelheidsmotoren effectief oplossen, maar de vertraging die door de vertraging wordt veroorzaakt, bestaat nog steeds. Daarom is effectieve actieve compensatie voor systeemvertraging nodig. Momenteel zijn er twee belangrijke actieve compensatiestrategieën voor systeemvertraging: modelgebaseerde compensatiestrategieën en modelonafhankelijke compensatiestrategieën.
Deel 03 Onderzoeksconclusie
Op basis van de huidige onderzoeksresultaten inhogesnelheidsmotoraandrijftechnologie in de academische gemeenschap, in combinatie met bestaande problemen, omvatten de ontwikkelings- en onderzoeksrichtingen van hogesnelheidsmotoren voornamelijk: 1) onderzoek naar nauwkeurige voorspelling van hoge grondfrequentiestroom en actieve compensatievertraging gerelateerde problemen; 3) onderzoek naar algoritmen voor hoogdynamische prestatieregelingen voor hogesnelheidsmotoren; 4) onderzoek naar nauwkeurige schatting van de hoekpositie en het volledige snelheidsdomein rotorpositie-schattingsmodel voor ultrasnelle motoren; 5) onderzoek naar volledige compensatietechnologie voor fouten in positieschattingsmodellen van hogesnelheidsmotoren; 6) onderzoek naar hoogfrequente en hoge verliezen van de vermogenstopologie van hogesnelheidsmotoren.
Plaatsingstijd: 24-10-2023
