Motores de alta velocidadeestão recebendo cada vez mais atenção devido às suas vantagens óbvias, como alta densidade de potência, tamanho e peso pequenos e alta eficiência de trabalho. Um sistema de acionamento eficiente e estável é a chave para utilizar plenamente o excelente desempenho domotores de alta velocidade. Este artigo analisa principalmente as dificuldades demotor de alta velocidadeimpulsiona a tecnologia a partir dos aspectos de estratégia de controle, estimativa de canto e design de topologia de energia, e resume os resultados atuais da pesquisa no país e no exterior. Em seguida, resume e prospecta a tendência de desenvolvimento damotor de alta velocidadetecnologia de acionamento.
Parte 02 Conteúdo de Pesquisa
Motores de alta velocidadetem muitas vantagens, como alta densidade de potência, pequeno volume e peso e alta eficiência de trabalho. Eles são amplamente utilizados em áreas como aeroespacial, defesa e segurança nacional, produção e vida cotidiana, e hoje são conteúdos de pesquisa e direção de desenvolvimento necessários. Em aplicações de carga de alta velocidade, como fusos elétricos, turbomáquinas, microturbinas a gás e armazenamento de energia de volante, a aplicação de motores de alta velocidade pode alcançar uma estrutura de acionamento direto, eliminar dispositivos de velocidade variável, reduzir significativamente o volume, o peso e os custos de manutenção. , ao mesmo tempo que melhora significativamente a confiabilidade e tem perspectivas de aplicação extremamente amplas.Motores de alta velocidadegeralmente se referem a velocidades superiores a 10kr/min ou valores de dificuldade (produto da velocidade e 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 no mercado interno e internacionalmente. A linha tracejada na Figura 1 é o nível de dificuldade 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 na 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, grande tamanho e alto custo dos sensores de posição mecânicos, algoritmos sem sensor são frequentemente usados em sistemas de controle de motores de alta velocidade. No entanto, sob condições de alta frequência fundamental operacional, o uso de algoritmos sem sensor de posição é suscetível a fatores não ideais, como não linearidade do inversor, harmônicos espaciais, filtros de loop e desvios de parâmetros de indutância, resultando em erros significativos de estimativa de posição do rotor.
3. Supressão de ondulação em sistemas de acionamento de motores de alta velocidade
A pequena indutância dos motores de alta velocidade leva inevitavelmente ao problema de grande ondulação de corrente. A perda adicional de cobre, perda de ferro, ondulação de torque e ruído de vibração causado por ondulação de alta corrente pode aumentar muito as perdas de sistemas de motores de alta velocidade, reduzir o desempenho do motor e a interferência eletromagnética causada por ruído de alta vibração pode acelerar o envelhecimento do motorista. As questões acima afetam muito o desempenho dos 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 motor de alta velocidade requer consideração abrangente de múltiplos fatores, incluindo acoplamento de circuito de corrente, atraso do sistema, erros de parâmetros e dificuldades técnicas, como supressão de ondulação de corrente. É um processo altamente complexo que exige muito das estratégias de controle, da precisão da estimativa da posição do rotor e do projeto da topologia de potência.
2、 Estratégia de controle para sistema de acionamento de motor de alta velocidade
1. Modelagem de 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 atraso do motor no sistema, não podem ser ignoradas. Portanto, considerando os dois fatores principais acima, modelar e analisar a reconstrução de sistemas de acionamento de motores de alta velocidade é a chave para melhorar 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 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 operacional, a principal direção de pesquisa atualmente é o desacoplamento de estratégias de controle. As estratégias de controle de desacoplamento atualmente estudadas podem ser divididas principalmente em estratégias de controle de desacoplamento baseadas em modelos, estratégias de controle de desacoplamento baseadas em compensação de perturbações e estratégias de controle de desacoplamento baseadas em reguladores vetoriais complexos. As estratégias de controle de desacoplamento baseadas em modelo incluem principalmente desacoplamento feedforward e desacoplamento de feedback, mas esta estratégia é sensível aos parâmetros do motor e pode até levar à instabilidade do sistema em casos de grandes erros de parâmetros, e não pode alcançar o desacoplamento completo. O baixo desempenho do desacoplamento dinâmico limita sua gama de aplicações. As duas últimas estratégias de controle de dissociação são atualmente focos de pesquisa.
3. Tecnologia de compensação de atraso para sistemas de motores de alta velocidade
A tecnologia de controle de desacoplamento pode resolver efetivamente o problema de acoplamento de sistemas de acionamento de motores de alta velocidade, mas o link de atraso introduzido pelo atraso ainda existe, portanto, é necessária uma compensação ativa eficaz para o atraso do sistema. Atualmente, existem duas principais estratégias ativas de compensação para atrasos no sistema: estratégias de compensação baseadas em modelos e estratégias de compensação independentes de modelos.
Parte 03 Conclusão da Pesquisa
Com base nos resultados atuais da pesquisa emmotor de alta velocidadetecnologia de acionamento na comunidade acadêmica, combinada com os 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 de algoritmos de controle de alto desempenho dinâmico para motores de alta velocidade; 4) Pesquisa sobre estimativa precisa da posição do canto e modelo de estimativa da posição do rotor no domínio da velocidade total para motores de ultra alta velocidade; 5) Pesquisa sobre tecnologia de compensação total para erros em modelos de estimativa de posição de motores de alta velocidade; 6) Pesquisa em Topologia de Potência de Motor de Alta Frequência e Alta Perda de Alta Velocidade.
Horário da postagem: 24 de outubro de 2023
