Visokohitrostni motorjiso deležni vse večje pozornosti zaradi svojih očitnih prednosti, kot so visoka gostota moči, majhna velikost in teža ter visoka delovna učinkovitost. Učinkovit in stabilen pogonski sistem je ključ do polne izrabe odlične zmogljivostivisokohitrostni motorjiTa članek analizira predvsem težavevisokohitrostni motorpogonske tehnologije z vidika strategije krmiljenja, ocenjevanja vogalov in načrtovanja topologije moči ter povzema trenutne rezultate raziskav doma in v tujini. Nato povzema in napoveduje trend razvojavisokohitrostni motorpogonska tehnologija.
2. del Vsebina raziskave
Visokohitrostni motorjiImajo številne prednosti, kot so visoka gostota moči, majhna prostornina in teža ter visoka delovna učinkovitost. Široko se uporabljajo na področjih, kot so vesoljska in vesoljska industrija, nacionalna obramba in varnost, proizvodnja in vsakdanje življenje, ter so danes nujna raziskovalna in razvojna smer. Pri aplikacijah z visokohitrostnimi obremenitvami, kot so električna vretena, turbostroji, mikro plinske turbine in shranjevanje energije z vztrajniki, lahko uporaba visokohitrostnih motorjev doseže strukturo neposrednega pogona, odpravi naprave s spremenljivo hitrostjo, znatno zmanjša prostornino, težo in stroške vzdrževanja, hkrati pa znatno izboljša zanesljivost, in ima izjemno široke možnosti uporabe.Visokohitrostni motorjiobičajno se nanašajo na hitrosti, ki presegajo 10 kr/min, ali na vrednosti težavnosti (produkt hitrosti in kvadratnega korena moči), ki presegajo 1 × Motor z močjo 105 je prikazan na sliki 1, ki primerja ustrezne podatke nekaterih reprezentativnih prototipov visokohitrostnih motorjev tako doma kot v tujini. Črtkana črta na sliki 1 predstavlja težavnostno stopnjo 1 × 105 itd.
1,Težave pri tehnologiji visokohitrostnih motornih pogonov
1. Težave s stabilnostjo sistema pri visokih osnovnih frekvencah
Ko je motor v stanju visoke osnovne delovne frekvence, je nosilna frekvenca visokohitrostnega pogonskega sistema motorja zaradi omejitev, kot so čas analogno-digitalne pretvorbe, čas izvajanja algoritma digitalnega krmilnika in frekvenca preklapljanja pretvornika, relativno nizka, kar povzroči znatno zmanjšanje obratovalne zmogljivosti motorja.
2. Problem visoko natančne ocene položaja rotorja v osnovni frekvenci
Med delovanjem pri visokih hitrostih je natančnost položaja rotorja ključnega pomena za delovanje motorja. Zaradi nizke zanesljivosti, velike velikosti in visokih stroškov mehanskih senzorjev položaja se v sistemih za krmiljenje visokohitrostnih motorjev pogosto uporabljajo algoritmi brez senzorjev. Vendar pa je pri visokih obratovalnih frekvencah osnovnega frekvenčnega razreda uporaba algoritmov brez senzorjev položaja dovzetna za neidealne dejavnike, kot so nelinearnost pretvornika, prostorski harmoniki, zančni filtri in odstopanja parametrov induktivnosti, kar povzroči znatne napake pri ocenjevanju položaja rotorja.
3. Dušenje valovanja v sistemih visokohitrostnih motornih pogonov
Majhna induktivnost visokohitrostnih motorjev neizogibno vodi do problema velikega valovanja toka. Dodatne izgube bakra, izgube železa, valovanje navora in vibracijski šum, ki jih povzroča veliko valovanje toka, lahko močno povečajo izgube visokohitrostnih motornih sistemov, zmanjšajo zmogljivost motorja, elektromagnetne motnje, ki jih povzroča visok vibracijski šum, pa lahko pospešijo staranje gonilnika. Zgoraj navedene težave močno vplivajo na delovanje visokohitrostnih motornih pogonskih sistemov, optimizacijska zasnova strojne opreme z nizkimi izgubami pa je ključnega pomena za visokohitrostne motorne pogonske sisteme. Skratka, zasnova visokohitrostnega motornega pogonskega sistema zahteva celovito upoštevanje več dejavnikov, vključno s sklopitvijo tokovne zanke, sistemsko zakasnitvijo, napakami parametrov in tehničnimi težavami, kot je zatiranje valovanja toka. Gre za zelo zapleten proces, ki postavlja visoke zahteve glede strategij krmiljenja, natančnosti ocene položaja rotorja in zasnove topologije moči.
2. Strategija krmiljenja za sistem visokohitrostnega motornega pogona
1. Modeliranje sistema za krmiljenje visokohitrostnih motorjev
Značilnosti visoke osnovne delovne frekvence in nizkega razmerja nosilne frekvence v sistemih visokohitrostnih motornih pogonov, kot tudi vpliva sklopitve motorja in zakasnitve na sistem, ni mogoče prezreti. Zato je modeliranje in analiza rekonstrukcije sistemov visokohitrostnih motornih pogonov, ob upoštevanju zgoraj navedenih dveh glavnih dejavnikov, ključ do nadaljnjega izboljšanja vozne zmogljivosti visokohitrostnih motorjev.
2. Tehnologija ločevanja krmiljenja za visokohitrostne motorje
Najbolj razširjena tehnologija v visokozmogljivih motornih pogonskih sistemih je krmiljenje z optičnim tokom (FOC). Zaradi resnega problema sklopitve, ki ga povzroča visoka osnovna frekvenca delovanja, so trenutno glavna raziskovalna smer strategije ločevanja. Strategije ločevanja, ki jih trenutno preučujemo, lahko v glavnem razdelimo na strategije ločevanja, ki temeljijo na modelu, strategije ločevanja, ki temeljijo na kompenzaciji motenj, in strategije ločevanja, ki temeljijo na kompleksnem vektorskem regulatorju. Strategije ločevanja, ki temeljijo na modelu, vključujejo predvsem ločevanje s predhodno povratno zvezo in ločevanje s povratno zvezo, vendar je ta strategija občutljiva na parametre motorja in lahko v primeru velikih napak parametrov celo povzroči nestabilnost sistema ter ne more doseči popolnega ločevanja. Slaba dinamična zmogljivost ločevanja omejuje njen obseg uporabe. Zadnji dve strategiji ločevanja sta trenutno v središču raziskav.
3. Tehnologija kompenzacije zakasnitve za visokohitrostne motorne sisteme
Tehnologija ločevanja krmiljenja lahko učinkovito reši problem sklopitve visokohitrostnih motornih pogonskih sistemov, vendar zakasnilna povezava, ki jo povzroča zakasnitev, še vedno obstaja, zato je potrebna učinkovita aktivna kompenzacija zakasnitve sistema. Trenutno obstajata dve glavni strategiji aktivne kompenzacije zakasnitve sistema: strategije kompenzacije, ki temeljijo na modelu, in strategije kompenzacije, neodvisne od modela.
3. del Zaključek raziskave
Na podlagi trenutnih raziskovalnih dosežkov vvisokohitrostni motorGlede na obstoječe težave in težave s tehnologijo pogonov v akademski skupnosti razvojne in raziskovalne smeri visokohitrostnih motorjev vključujejo predvsem: 1) raziskave natančnega napovedovanja toka visoke osnovne frekvence in težav, povezanih z zakasnitvijo aktivne kompenzacije; 3) raziskave algoritmov za nadzor visokodinamične zmogljivosti visokohitrostnih motorjev; 4) raziskave natančnega ocenjevanja položaja vogala in modela za oceno položaja rotorja v domeni polne hitrosti za ultra visokohitrostne motorje; 5) raziskave tehnologije polne kompenzacije za napake v modelih za oceno položaja visokohitrostnih motorjev; 6) raziskave topologije moči visokofrekvenčnih motorjev z visokimi izgubami.
Čas objave: 24. oktober 2023
