Vysokorychlostní motoryse těší stále větší pozornosti díky svým zjevným výhodám, jako je vysoká hustota výkonu, malá velikost a hmotnost a vysoká pracovní účinnost. Efektivní a stabilní pohonný systém je klíčem k plnému využití vynikajícího výkonuvysokorychlostní motoryTento článek analyzuje především obtíže spojené svysokorychlostní motortechnologie pohonů z hlediska strategie řízení, odhadu rohů a návrhu topologie výkonu a shrnuje současné výsledky výzkumu v tuzemsku i v zahraničí. Následně shrnuje a prognózuje vývojový trend.vysokorychlostní motortechnologie pohonu.
Část 02 Obsah výzkumu
Vysokorychlostní motoryMají mnoho výhod, jako je vysoká hustota výkonu, malý objem a hmotnost a vysoká pracovní účinnost. Jsou široce používány v oblastech, jako je letectví a kosmonautika, národní obrana a bezpečnost, výroba a každodenní život, a dnes jsou nezbytným obsahem výzkumu a vývoje. V aplikacích s vysokorychlostním zatížením, jako jsou elektrická vřetena, turbíny, mikroplynové turbíny a setrvačníky, může použití vysokorychlostních motorů dosáhnout struktury přímého pohonu, eliminovat zařízení s proměnnou rychlostí, výrazně snížit objem, hmotnost a náklady na údržbu a zároveň výrazně zlepšit spolehlivost a má extrémně široké aplikační perspektivy.Vysokorychlostní motoryobvykle se vztahují k rychlostem přesahujícím 10 kr/min nebo k hodnotám obtížnosti (součin rychlosti a druhé odmocniny z výkonu) přesahujícím 1 × Motor o síle 105 je znázorněn na obrázku 1, který porovnává relevantní data některých reprezentativních prototypů vysokorychlostních motorů v tuzemsku i v zahraničí. Čárkovaná čára na obrázku 1 představuje úroveň obtížnosti 1 × 105 atd.
1.Problémy s technologii vysokorychlostních motorových pohonů
1. Problémy se stabilitou systému při vysokých základních frekvencích
Pokud je motor ve stavu s vysokou základní provozní frekvencí, je nosná frekvence vysokorychlostního pohonného systému motoru relativně nízká kvůli omezením, jako je doba analogově-digitálního převodu, doba provádění algoritmu digitálního regulátoru a spínací frekvence měniče, což vede k významnému snížení provozního výkonu motoru.
2. Problém vysoce přesné odhadu polohy rotoru v základní frekvenci
Během vysokorychlostního provozu je přesnost polohy rotoru klíčová pro provozní výkon motoru. Vzhledem k nízké spolehlivosti, velkým rozměrům a vysokým nákladům na mechanické snímače polohy se v systémech řízení vysokorychlostních motorů často používají bezsnímačové algoritmy. Za podmínek vysoké základní provozní frekvence je však použití bezsnímačových algoritmů polohy náchylné k neideálním faktorům, jako je nelinearita měniče, prostorové harmonické, smyčkové filtry a odchylky parametrů indukčnosti, což vede k významným chybám v odhadu polohy rotoru.
3. Potlačení zvlnění ve vysokorychlostních motorových pohonných systémech
Malá indukčnost vysokorychlostních motorů nevyhnutelně vede k problému velkého zvlnění proudu. Dodatečné ztráty v mědi, ztráty v železe, zvlnění točivého momentu a vibrační šum způsobené vysokým zvlněním proudu mohou výrazně zvýšit ztráty vysokorychlostních motorových systémů, snížit výkon motoru a elektromagnetické rušení způsobené vysokým vibračním šumem může urychlit stárnutí pohonu. Výše uvedené problémy výrazně ovlivňují výkon vysokorychlostních motorových pohonných systémů a optimalizace návrhu hardwarových obvodů s nízkými ztrátami je pro vysokorychlostní motorové pohonné systémy klíčová. Stručně řečeno, návrh vysokorychlostního motorového pohonného systému vyžaduje komplexní zvážení mnoha faktorů, včetně vazby proudové smyčky, zpoždění systému, chyb parametrů a technických obtíží, jako je potlačení zvlnění proudu. Jedná se o velmi složitý proces, který klade vysoké nároky na strategie řízení, přesnost odhadu polohy rotoru a návrh topologie napájení.
2. Strategie řízení pro vysokorychlostní systém pohonu motoru
1. Modelování systému řízení vysokorychlostního motoru
Charakteristiky vysoké základní provozní frekvence a nízkého poměru nosné frekvence u vysokorychlostních motorových pohonných systémů, stejně jako vliv vazby motoru a zpoždění na systém, nelze ignorovat. Proto s ohledem na výše uvedené dva hlavní faktory je modelování a analýza rekonstrukce vysokorychlostních motorových pohonných systémů klíčem k dalšímu zlepšení jízdního výkonu vysokorychlostních motorů.
2. Technologie oddělení řízení pro vysokorychlostní motory
Nejrozšířenější technologií ve vysoce výkonných systémech motorových pohonů je řízení FOC. V reakci na vážný problém s vazbou způsobený vysokou základní provozní frekvencí se v současné době zaměřuje hlavní výzkum na strategie oddělovacího řízení. Aktuálně studované strategie oddělovacího řízení lze rozdělit především na strategie oddělovacího řízení založené na modelu, strategie oddělovacího řízení založené na kompenzaci rušení a strategie oddělovacího řízení založené na komplexním vektorovém regulátoru. Strategie oddělovacího řízení založené na modelu zahrnují především dopředné oddělování a oddělování zpětnou vazbou, ale tato strategie je citlivá na parametry motoru a v případě velkých chyb parametrů může dokonce vést k nestabilitě systému a nemůže dosáhnout úplného oddělování. Špatný dynamický výkon oddělovacího řízení omezuje rozsah jejího použití. Poslední dvě strategie oddělovacího řízení jsou v současné době výzkumně žádanými oblastmi zájmu.
3. Technologie kompenzace zpoždění pro vysokorychlostní motorové systémy
Technologie oddělení řízení může efektivně vyřešit problém vazby u vysokorychlostních motorových pohonných systémů, ale zpožďovací vazba způsobená zpožděním stále existuje, takže je zapotřebí účinná aktivní kompenzace systémového zpoždění. V současné době existují dvě hlavní strategie aktivní kompenzace systémového zpoždění: strategie kompenzace založené na modelu a strategie kompenzace nezávislé na modelu.
Část 03 Závěr výzkumu
Na základě současných výsledků výzkumu vvysokorychlostní motorV kombinaci se stávajícími problémy v oblasti technologií pohonů v akademické obci zahrnují vývoj a výzkum vysokorychlostních motorů zejména: 1) výzkum přesné predikce proudu o vysoké základní frekvenci a problémů souvisejících se zpožděním aktivní kompenzace; 3) výzkum algoritmů řízení vysokého dynamického výkonu pro vysokorychlostní motory; 4) výzkum přesného odhadu polohy rohu a modelu odhadu polohy rotoru v doméně plných otáček pro ultrarychlostní motory; 5) výzkum technologie plné kompenzace chyb v modelech odhadu polohy vysokorychlostních motorů; 6) výzkum topologie výkonu vysokorychlostních motorů s vysokými ztrátami a vysokou frekvencí.
Čas zveřejnění: 24. října 2023
