Високоскоростни двигателиполучават все по-голямо внимание поради очевидните си предимства като висока плътност на мощността, малък размер и тегло и висока работна ефективност.Ефективната и стабилна задвижваща система е ключът към пълното използване на отличната производителност нависокоскоростни двигатели.Тази статия основно анализира трудностите нависокоскоростен двигателзадвижва технологията от аспектите на стратегията за контрол, оценката на ъгъла и дизайна на топологията на мощността и обобщава текущите резултати от изследванията в страната и чужбина.След това се обобщава и прогнозира тенденцията на развитие нависокоскоростен двигателзадвижваща технология.
Част 02 Изследователско съдържание
Високоскоростни двигателиимат много предимства като висока плътност на мощността, малък обем и тегло и висока работна ефективност.Те се използват широко в области като космическото пространство, националната отбрана и безопасност, производството и ежедневието и са необходимо изследователско съдържание и посока на развитие днес.При високоскоростни натоварващи приложения като електрически шпиндели, турбомашини, микрогазови турбини и съхранение на енергия с маховик, приложението на високоскоростни двигатели може да постигне структура с директно задвижване, да елиминира устройствата с променлива скорост, значително да намали обема, теглото и разходите за поддръжка , като същевременно значително подобрява надеждността и има изключително широки перспективи за приложение.Високоскоростни двигателиобикновено се отнасят за скорости, надвишаващи 10kr/min, или стойности на трудност (произведение от скорост и корен квадратен от мощността), надвишаващи 1 × Моторът от 105 е показан на фигура 1, която сравнява съответните данни на някои представителни прототипи на високоскоростни двигатели както в страната и в международен план.Прекъснатата линия на фигура 1 е 1 × 105 ниво на трудност и т.н
1、Трудности в технологията за задвижване на високоскоростни 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 моторна задвижваща система е относително ниска , което води до значително намаляване на производителността на двигателя.
2. Проблемът за високоточна оценка на положението на ротора в основната честота
По време на работа с висока скорост, точността на позицията на ротора е от решаващо значение за експлоатационните характеристики на двигателя.Поради ниската надеждност, големия размер и високата цена на механичните сензори за положение, безсензорните алгоритми често се използват в системи за управление на високоскоростни двигатели.Въпреки това, при условия на висока работна основна честота, използването на алгоритми без сензори за позиция е податливо на неидеални фактори като нелинейност на инвертора, пространствени хармоници, филтри на веригата и отклонения на параметрите на индуктивността, което води до значителни грешки в оценката на позицията на ротора.
3. Потискане на пулсации във високоскоростни двигателни задвижващи системи
Малката индуктивност на високоскоростните двигатели неизбежно води до проблема с големи пулсации на тока.Допълнителната загуба на мед, загуба на желязо, пулсации на въртящия момент и вибрационен шум, причинени от силни токови пулсации, могат значително да увеличат загубите на високоскоростни двигателни системи, да намалят производителността на двигателя, а електромагнитните смущения, причинени от силен вибрационен шум, могат да ускорят стареенето на шофьор.Горните проблеми значително влияят на производителността на системите за високоскоростно моторно задвижване, а оптимизационният дизайн на хардуерните вериги с ниски загуби е от решаващо значение за високоскоростните моторни задвижващи системи.В обобщение, проектирането на система за високоскоростно моторно задвижване изисква цялостно разглеждане на множество фактори, включително свързване на токовия контур, забавяне на системата, грешки в параметрите и технически трудности като потискане на пулсациите на тока.Това е много сложен процес, който поставя високи изисквания към стратегиите за управление, точността на оценката на позицията на ротора и дизайна на топологията на мощността.
2、 Стратегия за управление на високоскоростна моторна задвижваща система
1. Моделиране на система за управление на високоскоростен двигател
Характеристиките на високата работна основна честота и ниското съотношение на носещата честота във високоскоростните двигателни задвижващи системи, както и влиянието на моторното свързване и забавянето върху системата, не могат да бъдат пренебрегнати.Следователно, като се имат предвид горните два основни фактора, моделирането и анализирането на реконструкцията на високоскоростни двигателни задвижващи системи е ключът към по-нататъшното подобряване на задвижващите характеристики на високоскоростните двигатели.
2. Технология за разделяне на контрола за високоскоростни двигатели
Най-широко използваната технология във високоефективните моторни задвижващи системи е FOC контролът.В отговор на сериозния проблем със свързването, причинен от високата работна основна честота, основната насока на изследване в момента е стратегиите за управление на отделяне.Изследваните понастоящем стратегии за управление на отделянето могат да бъдат разделени главно на стратегии за управление на отделяне, базирани на модел, стратегии за управление на отделяне, базирани на компенсация на смущенията, и стратегии за управление на отделяне, базирани на комплексен векторен регулатор.Стратегиите за управление на разединяване, базирано на модела, включват главно разединяване с подаване и отделяне 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 разединяване.Лошото динамично разединяване ограничава обхвата на неговото приложение.Последните две отделящи стратегии за контрол понастоящем са изследователски горещи точки.
3. Технология за компенсиране на забавяне за високоскоростни двигателни системи
Технологията за управление на разединяването може ефективно да реши проблема със свързването на високоскоростни двигателни задвижващи системи, но забавящата връзка, въведена от забавянето, все още съществува, така че е необходима ефективна активна компенсация за системното забавяне.Понастоящем има две основни активни стратегии за компенсация за забавяне на системата: базирани на модел стратегии за компенсация и независими от модела стратегии за компенсация.
Част 03 Заключение от изследването
Въз основа на съвременните научни постижения ввисокоскоростен двигателзадвижващата технология в академичната общност, съчетана със съществуващите проблеми, насоките за развитие и изследване на високоскоростни двигатели включват главно: 1) изследвания за прецизно предсказване на ток с висока основна честота и проблеми, свързани с активното забавяне на компенсацията;3) Изследване на алгоритми за управление с висока динамична производителност за високоскоростни двигатели;4) Проучване на точна оценка на позицията на ъгъла и модел за оценка на позицията на ротора в домейна на пълна скорост за ултрависокоскоростни двигатели;5) Проучване на технологията за пълна компенсация за грешки в модели за оценка на позицията на високоскоростен двигател;6) Изследване на високата честота и високата загуба на високоскоростна топология на мощността на двигателя.
Време на публикуване: 24 октомври 2023 г