Високошвидкісні двигунипривертають дедалі більшу увагу завдяки своїм очевидним перевагам, таким як висока щільність потужності, малий розмір і вага, а також висока ефективність роботи. Ефективна та стабільна система приводу є ключем до повного використання чудової продуктивностівисокошвидкісні двигуниУ цій статті головним чином аналізуються труднощівисокошвидкісний двигунтехнологію приводів з аспектів стратегії керування, оцінки кутів та проектування топології живлення, а також узагальнює поточні результати досліджень у країні та за кордоном. Після цього узагальнює та прогнозує тенденції розвиткувисокошвидкісний двигунтехнологія приводу.
Частина 02 Зміст дослідження
Високошвидкісні двигунимають багато переваг, таких як висока щільність потужності, малий об'єм і вага, а також висока ефективність роботи. Вони широко використовуються в таких галузях, як аерокосмічна галузь, національна оборона та безпека, виробництво та повсякденне життя, і є необхідним напрямком досліджень та розробок сьогодні. У високошвидкісних навантажувальних застосуваннях, таких як електричні шпинделі, турбомашини, мікрогазові турбіни та накопичувачі енергії маховика, застосування високошвидкісних двигунів може досягти структури прямого приводу, усунути пристрої зі змінною швидкістю, значно зменшити об'єм, вагу та витрати на обслуговування, водночас значно підвищуючи надійність, та має надзвичайно широкі перспективи застосування.Високошвидкісні двигунизазвичай стосуються швидкостей, що перевищують 10 кр/хв, або значень складності (добуток швидкості та квадратного кореня з потужності), що перевищують 1 × Двигун 105 зображено на рисунку 1, де порівнюються відповідні дані деяких репрезентативних прототипів високошвидкісних двигунів як вітчизняного, так і міжнародного виробництва. Пунктирна лінія на рисунку 1 позначає рівень складності 1 × 105 тощо.
1.Труднощі в технології високошвидкісних двигунів
1. Проблеми стабільності системи на високих основних частотах
Коли двигун перебуває у стані високої основної робочої частоти, через такі обмеження, як час аналого-цифрового перетворення, час виконання алгоритму цифрового контролера та частота перемикання інвертора, несуча частота високошвидкісної системи приводу двигуна є відносно низькою, що призводить до значного зниження робочих характеристик двигуна.
2. Проблема високоточної оцінки положення ротора на основній частоті
Під час високошвидкісної роботи точність положення ротора має вирішальне значення для експлуатаційних характеристик двигуна. Через низьку надійність, великі розміри та високу вартість механічних датчиків положення, бездатчикові алгоритми часто використовуються в системах керування високошвидкісними двигунами. Однак, за умов високої робочої частоти використання бездатчикових алгоритмів положення схильне до впливу неідеальних факторів, таких як нелінійність інвертора, просторові гармоніки, контурні фільтри та відхилення параметрів індуктивності, що призводить до значних помилок оцінки положення ротора.
3. Придушення пульсацій у високошвидкісних системах електроприводу
Мала індуктивність високошвидкісних двигунів неминуче призводить до проблеми великих пульсацій струму. Додаткові втрати в міді, втрати в сталі, пульсації крутного моменту та вібраційний шум, спричинені високими пульсаціями струму, можуть значно збільшити втрати високошвидкісних систем двигунів, знизити продуктивність двигуна, а електромагнітні перешкоди, спричинені високим вібраційним шумом, можуть прискорити старіння драйвера. Вищезазначені проблеми суттєво впливають на продуктивність високошвидкісних систем приводу двигунів, і оптимізація проектування апаратних схем з низькими втратами має вирішальне значення для високошвидкісних систем приводу двигунів. Підсумовуючи, проектування високошвидкісної системи приводу двигуна вимагає всебічного врахування багатьох факторів, включаючи зв'язок петлі струму, затримку системи, помилки параметрів та технічні труднощі, такі як придушення пульсацій струму. Це дуже складний процес, який ставить високі вимоги до стратегій керування, точності оцінки положення ротора та проектування топології живлення.
2. Стратегія керування для системи високошвидкісного двигуна
1. Моделювання системи керування високошвидкісним двигуном
Не можна ігнорувати характеристики високої робочої основної частоти та низького коефіцієнта несучої частоти у високошвидкісних системах приводу двигунів, а також вплив зв'язку двигуна та затримки на систему. Тому, враховуючи два вищезазначені основні фактори, моделювання та аналіз реконструкції високошвидкісних систем приводу двигунів є ключем до подальшого покращення характеристик керування високошвидкісними двигунами.
2. Технологія розв'язки керування для високошвидкісних двигунів
Найбільш широко використовуваною технологією у високопродуктивних системах приводу двигунів є керування оптичним ланцюгом (FOC). У відповідь на серйозну проблему зв'язку, спричинену високою основною робочою частотою, основним напрямком досліджень наразі є стратегії керування розв'язкою. Стратегії керування розв'язкою, що вивчаються наразі, можна в основному розділити на стратегії керування розв'язкою на основі моделей, стратегії керування розв'язкою на основі компенсації збурень та стратегії керування розв'язкою на основі складних векторних регуляторів. Стратегії керування розв'язкою на основі моделей в основному включають розв'язку за прямим зв'язком та розв'язку зі зворотним зв'язком, але ця стратегія чутлива до параметрів двигуна та може навіть призвести до нестабільності системи у випадках великих помилок параметрів, і не може досягти повного розв'язання. Низька динамічна продуктивність розв'язки обмежує діапазон її застосування. Дві останні стратегії керування розв'язкою наразі є актуальними дослідницькими напрямками.
3. Технологія компенсації затримки для високошвидкісних двигунних систем
Технологія розв'язки керування може ефективно вирішити проблему зв'язку високошвидкісних систем приводу двигунів, але зв'язок затримки, що вводиться затримкою, все ще існує, тому необхідна ефективна активна компенсація затримки системи. Наразі існує дві основні стратегії активної компенсації затримки системи: стратегії компенсації на основі моделі та стратегії компенсації, незалежні від моделі.
Частина 03 Висновки дослідження
Ґрунтуючись на сучасних досягненнях досліджень увисокошвидкісний двигунТехнологія приводів в академічній спільноті, у поєднанні з існуючими проблемами, напрямки розвитку та дослідження високошвидкісних двигунів включають головним чином: 1) дослідження точного прогнозування струму високої основної частоти та проблем, пов'язаних із затримкою активної компенсації; 3) дослідження алгоритмів керування високою динамікою для високошвидкісних двигунів; 4) дослідження точної оцінки положення кута та моделі оцінки положення ротора в області повної швидкості для надшвидкісних двигунів; 5) дослідження технології повної компенсації помилок у моделях оцінки положення високошвидкісних двигунів; 6) дослідження топології потужності високошвидкісних двигунів з високими втратами.
Час публікації: 24 жовтня 2023 р.
