Motores de alta velocidadeestão recebendo cada vez mais atenção devido às suas vantagens óbvias, como alta densidade de potência, tamanho e peso reduzidos e alta eficiência de trabalho. Um sistema de acionamento eficiente e estável é a chave para aproveitar ao máximo o excelente desempenho demotores de alta velocidade. Este artigo analisa principalmente as dificuldades demotor de alta velocidadeAborda a tecnologia de acionamento a partir dos aspectos de estratégia de controle, estimativa de canto e projeto de topologia de potência, e resume os resultados de pesquisas atuais no país e no exterior. Em seguida, resume e prospecta a tendência de desenvolvimento demotor de alta velocidadetecnologia de acionamento.
Parte 02 Conteúdo da Pesquisa
Motores de alta velocidadeApresentam inúmeras vantagens, como alta densidade de potência, pequeno volume e peso, e alta eficiência de trabalho. São amplamente utilizados em áreas como aeroespacial, defesa e segurança nacional, produção e uso diário, sendo hoje um conteúdo de pesquisa e direção de desenvolvimento essenciais. Em aplicações de carga de alta velocidade, como fusos elétricos, turbomáquinas, microturbinas a gás e armazenamento de energia em volantes, a aplicação de motores de alta velocidade permite obter uma estrutura de acionamento direto, eliminar dispositivos de velocidade variável, reduzir significativamente o volume, o peso e os custos de manutenção, além de melhorar significativamente a confiabilidade, com amplas perspectivas de aplicação.Motores de alta velocidadeGeralmente, referem-se a velocidades superiores a 10 kr/min ou a valores de dificuldade (produto da velocidade pela raiz quadrada da potência) superiores a 1 ×. O motor de 105 é mostrado na Figura 1, que compara os dados relevantes de alguns protótipos representativos de motores de alta velocidade, tanto nacionais quanto internacionais. A linha tracejada na Figura 1 representa o nível de dificuldade de 1 × 105, etc.
1、Dificuldades na tecnologia de acionamento de motores de alta velocidade
1. Problemas de estabilidade do sistema em altas frequências fundamentais
Quando o motor está em um estado de alta frequência fundamental operacional, devido a limitações como tempo de conversão analógico para digital, tempo de execução do algoritmo do controlador digital e frequência de comutação do inversor, a frequência portadora do sistema de acionamento do motor de alta velocidade é relativamente baixa, resultando em uma diminuição significativa no desempenho operacional do motor.
2. O problema da estimativa de posição do rotor de alta precisão em frequência fundamental
Durante a operação em alta velocidade, a precisão da posição do rotor é crucial para o desempenho operacional do motor. Devido à baixa confiabilidade, ao grande tamanho e ao alto custo dos sensores de posição mecânicos, algoritmos sem sensor são frequentemente utilizados em sistemas de controle de motores de alta velocidade. No entanto, sob condições de alta frequência fundamental de operação, o uso de algoritmos sem sensor de posição é suscetível a fatores não ideais, como não linearidade do inversor, harmônicas espaciais, filtros de malha e desvios dos parâmetros de indutância, resultando em erros significativos na estimativa da posição do rotor.
3. Supressão de ondulação em sistemas de acionamento de motores de alta velocidade
A pequena indutância de motores de alta velocidade inevitavelmente leva ao problema de grande ondulação de corrente. A perda adicional de cobre, perda de ferro, ondulação de torque e ruído de vibração causados por alta ondulação de corrente podem aumentar significativamente as perdas de sistemas de motores de alta velocidade, reduzir o desempenho do motor e a interferência eletromagnética causada por alto ruído de vibração pode acelerar o envelhecimento do driver. Os problemas acima afetam significativamente o desempenho de sistemas de acionamento de motores de alta velocidade, e o projeto de otimização de circuitos de hardware de baixa perda é crucial para sistemas de acionamento de motores de alta velocidade. Em resumo, o projeto de um sistema de acionamento de motores de alta velocidade requer consideração abrangente de múltiplos fatores, incluindo acoplamento do circuito de corrente, atraso do sistema, erros de parâmetros e dificuldades técnicas, como supressão de ondulação de corrente. É um processo altamente complexo que impõe altas demandas em estratégias de controle, precisão da estimativa da posição do rotor e projeto da topologia de potência.
2. Estratégia de controle para sistema de acionamento de motor de alta velocidade
1. Modelagem do Sistema de Controle de Motor de Alta Velocidade
As características de alta frequência fundamental de operação e baixa relação de frequência portadora em sistemas de acionamento de motores de alta velocidade, bem como a influência do acoplamento e do atraso do motor no sistema, não podem ser ignoradas. Portanto, considerando os dois principais fatores acima, a modelagem e a análise da reconstrução de sistemas de acionamento de motores de alta velocidade são essenciais para aprimorar ainda mais o desempenho de acionamento de motores de alta velocidade.
2. Tecnologia de controle de desacoplamento para motores de alta velocidade
A tecnologia mais amplamente utilizada em sistemas de acionamento de motores de alto desempenho é o controle FOC. Em resposta ao sério problema de acoplamento causado pela alta frequência fundamental de operação, a principal direção de pesquisa atualmente é estratégias de controle de desacoplamento. As estratégias de controle de desacoplamento atualmente estudadas podem ser divididas principalmente em estratégias de controle de desacoplamento baseadas em modelo, estratégias de controle de desacoplamento baseadas em compensação de perturbação e estratégias de controle de desacoplamento baseadas em regulador vetorial complexo. As estratégias de controle de desacoplamento baseadas em modelo incluem principalmente desacoplamento feedforward e desacoplamento de realimentação, mas essa estratégia é sensível aos parâmetros do motor e pode até mesmo levar à instabilidade do sistema em casos de grandes erros de parâmetros, e não pode atingir o desacoplamento completo. O baixo desempenho do desacoplamento dinâmico limita sua faixa de aplicação. As duas últimas estratégias de controle de desacoplamento são atualmente pontos de pesquisa.
3. Tecnologia de Compensação de Atraso para Sistemas de Motor de Alta Velocidade
A tecnologia de controle de desacoplamento pode resolver eficazmente o problema de acoplamento de sistemas de acionamento de motores de alta velocidade, mas o elo de atraso introduzido pelo atraso ainda existe, sendo necessária uma compensação ativa eficaz para o atraso do sistema. Atualmente, existem duas estratégias principais de compensação ativa para o atraso do sistema: estratégias de compensação baseadas em modelos e estratégias de compensação independentes de modelos.
Parte 03 Conclusão da Pesquisa
Com base nas atuais conquistas da pesquisa emmotor de alta velocidadetecnologia de acionamento na comunidade acadêmica, combinada com problemas existentes, as direções de desenvolvimento e pesquisa de motores de alta velocidade incluem principalmente: 1) pesquisa sobre previsão precisa de corrente de alta frequência fundamental e questões relacionadas ao atraso de compensação ativa; 3) Pesquisa sobre algoritmos de controle de alto desempenho dinâmico para motores de alta velocidade; 4) Pesquisa sobre estimativa precisa da posição de canto e modelo de estimativa da posição do rotor no domínio de velocidade total para motores de ultra-alta velocidade; 5) Pesquisa sobre tecnologia de compensação total para erros em modelos de estimativa da posição do motor de alta velocidade; 6) Pesquisa sobre alta frequência e alta perda de topologia de potência do motor de alta velocidade.
Horário da publicação: 24 de outubro de 2023
