Високоскоростни двигателиполучават все по-голямо внимание поради очевидните си предимства като висока плътност на мощността, малък размер и тегло, както и висока работна ефективност. Ефективната и стабилна задвижваща система е ключът към пълноценното използване на отличната производителност нависокоскоростни двигателиТази статия анализира главно трудностите нависокоскоростен мотортехнологията на задвижването от аспекти на стратегията за управление, оценката на ъглите и проектирането на топологията на захранването, и обобщава текущите резултати от изследванията в страната и чужбина. След това обобщава и прогнозира тенденцията на развитие нависокоскоростен мотортехнология на задвижване.
Част 02 Съдържание на изследването
Високоскоростни двигателиТе имат много предимства, като висока плътност на мощността, малък обем и тегло, както и висока работна ефективност. Те се използват широко в области като аерокосмическа индустрия, национална отбрана и безопасност, производство и ежедневие и са необходимо съдържание за изследвания и разработки днес. При приложения с високоскоростно натоварване, като електрически шпиндели, турбомашини, микрогазови турбини и съхранение на енергия с маховик, прилагането на високоскоростни двигатели може да постигне структура на директно задвижване, да елиминира устройствата с променлива скорост, значително да намали обема, теглото и разходите за поддръжка, като същевременно значително подобри надеждността и има изключително широки перспективи за приложение.Високоскоростни двигателиобикновено се отнасят до скорости над 10 kr/min или стойности на трудност (произведение на скоростта и корен квадратен от мощността), надвишаващи 1 × 105. Двигателят със 105 е показан на Фигура 1, която сравнява съответните данни на някои представителни прототипи на високоскоростни двигатели както в страната, така и в чужбина. Пунктираната линия на Фигура 1 е ниво на трудност 1 × 105 и т.н.
1,Трудности в технологията за високоскоростно задвижване на двигатели
1. Проблеми със стабилността на системата при високи основни честоти
Когато двигателят е в състояние на висока работна основна честота, поради ограничения като време за аналогово-цифрово преобразуване, време за изпълнение на алгоритъма на цифровия контролер и честота на превключване на инвертора, носещата честота на високоскоростната задвижваща система на двигателя е относително ниска, което води до значително намаляване на работните характеристики на двигателя.
2. Проблемът с високопрецизната оценка на положението на ротора в основната честота
По време на високоскоростна работа, точността на позицията на ротора е от решаващо значение за експлоатационните характеристики на двигателя. Поради ниската надеждност, големите размери и високата цена на механичните сензори за положение, безсензорните алгоритми често се използват в системите за управление на високоскоростни двигатели. Въпреки това, при условия на висока работна основна честота, използването на безсензорни алгоритми за положение е податливо на неидеални фактори като нелинейност на инвертора, пространствени хармоници, филтри на контура и отклонения в параметрите на индуктивността, което води до значителни грешки при оценката на позицията на ротора.
3. Потискане на пулсациите във високоскоростни системи за задвижване на двигатели
Малката индуктивност на високоскоростните двигатели неизбежно води до проблема с големите пулсации на тока. Допълнителните загуби на мед, загуби на желязо, пулсациите на въртящия момент и вибрационният шум, причинени от високите пулсации на тока, могат значително да увеличат загубите на високоскоростните двигателни системи, да намалят производителността на двигателя, а електромагнитните смущения, причинени от високия вибрационен шум, могат да ускорят стареенето на драйвера. Горните проблеми силно влияят върху производителността на високоскоростните двигателни задвижващи системи и оптимизираният дизайн на хардуерни схеми с ниски загуби е от решаващо значение за високоскоростните двигателни задвижващи системи. В обобщение, проектирането на високоскоростна двигателна задвижваща система изисква цялостно отчитане на множество фактори, включително свързване на токов контур, системно забавяне, грешки в параметрите и технически трудности, като например потискане на пулсациите на тока. Това е изключително сложен процес, който поставя високи изисквания към стратегиите за управление, точността на оценка на позицията на ротора и проектирането на топологията на захранването.
2. Стратегия за управление на високоскоростна система за задвижване с двигател
1. Моделиране на система за управление на високоскоростен двигател
Характеристиките на високата работна основна честота и ниското съотношение на носещата честота във високоскоростните системи за задвижване на двигатели, както и влиянието на свързването на двигателя и закъснението върху системата, не могат да бъдат пренебрегнати. Следователно, като се вземат предвид горните два основни фактора, моделирането и анализът на реконструкцията на високоскоростните системи за задвижване на двигатели е ключът към по-нататъшното подобряване на характеристиките на шофиране на високоскоростните двигатели.
2. Технология за отделяне на управлението за високоскоростни двигатели
Най-широко използваната технология във високопроизводителните системи за задвижване на двигатели е FOC управлението. В отговор на сериозния проблем със свързването, причинен от високата работна основна честота, основното направление на изследванията в момента са стратегиите за разделяне на управлението. Стратегиите за разделяне на управлението, които се изучават в момента, могат да бъдат разделени главно на стратегии за разделяне, базирани на модели, стратегии за разделяне, базирани на компенсация на смущенията, и стратегии за разделяне, базирани на сложни векторни регулатори. Стратегиите за разделяне, базирани на модели, включват главно разделяне с предварителна връзка и разделяне с обратна връзка, но тази стратегия е чувствителна към параметрите на двигателя и дори може да доведе до нестабилност на системата в случаи на големи грешки в параметрите и не може да постигне пълно разделяне. Слабите динамични характеристики на разделяне ограничават обхвата на приложение. Последните две стратегии за разделяне на управлението в момента са горещи точки на изследвания.
3. Технология за компенсация на забавяне за високоскоростни двигателни системи
Технологията за разделяне на управлението може ефективно да реши проблема със свързването на високоскоростни системи за задвижване на двигатели, но връзката със закъснението, въведена от закъснението, все още съществува, така че е необходима ефективна активна компенсация за системното закъснение. Понастоящем съществуват две основни стратегии за активна компенсация за системното закъснение: стратегии за компенсация, базирани на модел, и стратегии за компенсация, независими от модела.
Част 03 Заключение на изследването
Въз основа на съвременните постижения в изследванията ввисокоскоростен моторТехнологията на задвижванията в академичната общност, в съчетание със съществуващите проблеми, насоките за развитие и изследване на високоскоростни двигатели включват главно: 1) изследвания върху прецизно прогнозиране на проблеми, свързани с тока с висока основна честота и забавянето на активната компенсация; 3) изследвания върху алгоритми за управление на висока динамична производителност за високоскоростни двигатели; 4) изследвания върху прецизна оценка на позицията на ъглите и модел за оценка на позицията на ротора в домейн с пълна скорост за ултрависокоскоростни двигатели; 5) изследвания върху технология за пълна компенсация за грешки в моделите за оценка на позицията на високоскоростни двигатели; 6) изследвания върху топологията на мощността с висока честота и големи загуби на високоскоростни двигатели.
Време на публикуване: 24 октомври 2023 г.
