Hogesnelheidsmotorenkrijgen steeds meer aandacht vanwege hun voor de hand liggende 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 vanhogesnelheidsmotoren.Dit artikel analyseert voornamelijk de moeilijkheden vanhogesnelheidsmotordrijf technologie aan vanuit de aspecten van regelstrategie, hoekschatting en machttopologieontwerp, en vat de huidige onderzoeksresultaten in binnen- en buitenland samen.Daarna wordt de ontwikkelingstrend van het product samengevat en in kaart gebrachthogesnelheidsmotoraandrijftechnologie.
Deel 02 Onderzoeksinhoud
Hogesnelheidsmotorenhebben veel voordelen, zoals een hoge vermogensdichtheid, een klein volume en gewicht, en een hoge werkefficiëntie.Ze worden veel gebruikt op gebieden als de lucht- en ruimtevaart, de nationale defensie en veiligheid, de productie en het dagelijks leven, en vormen tegenwoordig een noodzakelijke onderzoeksinhoud en ontwikkelingsrichting.In toepassingen met hoge snelheidsbelasting, zoals elektrische spindels, turbomachines, microgasturbines en energieopslag met vliegwielen, kan de toepassing van hogesnelheidsmotoren een directe aandrijfstructuur bereiken, apparaten met variabele snelheid elimineren en het volume, het gewicht en de onderhoudskosten aanzienlijk verminderen. , terwijl de betrouwbaarheid aanzienlijk wordt verbeterd, en het heeft extreem brede toepassingsmogelijkheden.Hogesnelheidsmotorenverwijzen meestal naar snelheden hoger dan 10kr/min of moeilijkheidswaarden (product van snelheid en vierkantswortel van vermogen) groter dan 1 × De motor van 105 wordt getoond in figuur 1, waarin de relevante gegevens worden vergeleken van enkele representatieve prototypes van hogesnelheidsmotoren, zowel in eigen land en internationaal.De stippellijn in Figuur 1 is de moeilijkheidsgraad 1 × 105, enz
1、Moeilijkheden bij hogesnelheidsmotoraandrijftechnologie
1. Systeemstabiliteitsproblemen bij hoge fundamentele frequenties
Wanneer de motor zich in een hoge fundamentele bedrijfsfrequentie bevindt, is de draaggolffrequentie van het hogesnelheidsmotoraandrijfsysteem relatief laag als gevolg van beperkingen zoals de analoog-naar-digitaal-conversietijd, de uitvoeringstijd van het algoritme van de digitale controller en de schakelfrequentie van de inverter. , wat resulteert in een aanzienlijke afname van de bedrijfsprestaties van de motor.
2. Het probleem van uiterst nauwkeurige schatting van de rotorpositie in fundamentele frequentie
Tijdens bedrijf op hoge snelheid is de nauwkeurigheid van de rotorpositie cruciaal voor de operationele prestaties van de motor.Vanwege de lage betrouwbaarheid, het grote formaat en de hoge kosten van mechanische positiesensoren, worden sensorloze algoritmen vaak gebruikt in hogesnelheidsmotorbesturingssystemen.Onder omstandigheden met een hoge fundamentele frequentie 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 schattingsfouten van de rotorpositie.
3. Rimpelonderdrukking in snelle motoraandrijfsystemen
De kleine inductie van hogesnelheidsmotoren leidt onvermijdelijk tot het probleem van een grote stroomrimpel.Het extra koperverlies, ijzerverlies, koppelrimpel en trillingsgeluid veroorzaakt door hoge stroomrimpels kunnen de verliezen van hogesnelheidsmotorsystemen aanzienlijk vergroten, de motorprestaties verminderen, en de elektromagnetische interferentie veroorzaakt door hoog trillingsgeluid kan de veroudering van de motor versnellen. bestuurder.De bovenstaande problemen hebben een grote invloed op de prestaties van snelle motoraandrijfsystemen, en het optimalisatieontwerp van hardwarecircuits met laag verlies is cruciaal voor snelle motoraandrijfsystemen.Samenvattend vereist het ontwerp van een hogesnelheidsmotoraandrijfsysteem een uitgebreide overweging van 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 motoraandrijfsysteem met hoge snelheid
1. Modellering van een hogesnelheidsmotorbesturingssysteem
De kenmerken van een hoge fundamentele bedrijfsfrequentie en een lage draaggolffrequentieverhouding in snelle motoraandrijfsystemen, evenals de invloed van motorkoppeling en vertraging op het systeem, kunnen niet worden genegeerd.Daarom is het modelleren en analyseren van de reconstructie van hogesnelheidsmotoraandrijfsystemen, rekening houdend met de bovengenoemde twee belangrijke factoren, de sleutel tot het verder verbeteren van de rijprestaties van hogesnelheidsmotoren.
2. Ontkoppelingsbesturingstechnologie voor hogesnelheidsmotoren
De meest gebruikte technologie in krachtige motoraandrijfsystemen is FOC-regeling.Als reactie op het ernstige koppelingsprobleem dat wordt veroorzaakt door een hoge fundamentele frequentie, is de belangrijkste onderzoeksrichting momenteel het ontkoppelen van regelstrategieën.De momenteel bestudeerde ontkoppelingscontrolestrategieën kunnen hoofdzakelijk worden onderverdeeld in modelgebaseerde ontkoppelingscontrolestrategieën, op verstoringscompensatie gebaseerde ontkoppelingscontrolestrategieën en op complexe vectorregulatoren gebaseerde ontkoppelingscontrolestrategieën.Modelgebaseerde ontkoppelingsregelstrategieën omvatten voornamelijk feedforward-ontkoppeling en feedback-ontkoppeling, maar deze strategie is gevoelig voor motorparameters en kan zelfs leiden tot systeeminstabiliteit in geval van grote parameterfouten, en kan geen volledige ontkoppeling bereiken.De slechte dynamische ontkoppelingsprestaties beperken het toepassingsbereik.De laatste twee ontkoppelingscontrolestrategieën zijn momenteel hotspots voor onderzoek.
3. Vertragingscompensatietechnologie voor hogesnelheidsmotorsystemen
Ontkoppelingsbesturingstechnologie kan het koppelingsprobleem van hogesnelheidsmotoraandrijfsystemen effectief oplossen, maar de door vertraging geïntroduceerde vertragingslink bestaat nog steeds, dus effectieve actieve compensatie voor systeemvertraging is nodig.Momenteel zijn er twee belangrijke actieve compensatiestrategieën voor systeemvertraging: modelgebaseerde compensatiestrategieën en modelonafhankelijke compensatiestrategieën.
Deel 03 Onderzoeksconclusie
Gebaseerd op de huidige onderzoeksresultaten inhogesnelheidsmotoraandrijftechnologie in de academische gemeenschap, gecombineerd met bestaande problemen, omvatten de ontwikkelings- en onderzoeksrichtingen van hogesnelheidsmotoren voornamelijk: 1) onderzoek naar nauwkeurige voorspelling van hoogfrequente stroom en problemen die verband houden met actieve compensatievertraging;3) Onderzoek naar algoritmen voor hoogdynamische prestatiecontrole voor hogesnelheidsmotoren;4) Onderzoek naar een nauwkeurige schatting van de hoekpositie en een full-speed domeinrotorpositieschattingsmodel voor ultrahogesnelheidsmotoren;5) Onderzoek naar volledige compensatietechnologie voor fouten in modellen voor het schatten van de positie van hogesnelheidsmotoren;6) Onderzoek naar hoogfrequente en hoge verliezen bij hogesnelheidsmotorvermogentopologie.
Posttijd: 24 oktober 2023