Højhastighedsmotordrevteknologi og dens udviklingstendens

Højhastighedsmotorerfår stigende opmærksomhed på grund af deres åbenlyse fordele såsom høj effekttæthed, lille størrelse og vægt samt høj arbejdseffektivitet. Et effektivt og stabilt drivsystem er nøglen til fuldt ud at udnytte den fremragende ydeevne hoshøjhastighedsmotorerDenne artikel analyserer hovedsageligt vanskelighederne vedhøjhastighedsmotordrivteknologi ud fra aspekter af kontrolstrategi, hjørneestimering og effekttopologidesign og opsummerer de aktuelle forskningsresultater i ind- og udland. Derefter opsummerer og prognostiserer den udviklingstendensen forhøjhastighedsmotordrevteknologi.

Del 02 Forskningsindhold

Højhastighedsmotorerhar mange fordele såsom høj effekttæthed, lille volumen og vægt samt høj arbejdseffektivitet. De er meget udbredt inden for områder som luftfart, nationalt forsvar og sikkerhed, produktion og dagligdag og er i dag et nødvendigt forskningsindhold og en udviklingsretning. I højhastighedsbelastningsapplikationer såsom elektriske spindler, turbomaskiner, mikrogasturbiner og svinghjulsenergilagring kan anvendelsen af ​​højhastighedsmotorer opnå en direkte drevstruktur, eliminere enheder med variabel hastighed, reducere volumen-, vægt- og vedligeholdelsesomkostninger betydeligt, samtidig med at pålideligheden forbedres betydeligt og har ekstremt brede anvendelsesmuligheder.Højhastighedsmotorerhenviser normalt til hastigheder, der overstiger 10 kr/min eller sværhedsgrad (produktet af hastighed og kvadratroden af ​​effekten), der overstiger 1 ×. Motoren på 105 er vist i figur 1, som sammenligner de relevante data for nogle repræsentative prototyper af højhastighedsmotorer både nationalt og internationalt. Den stiplede linje i figur 1 er sværhedsgraden 1 × 105 osv.

1.Vanskeligheder med højhastighedsmotordrevteknologi

1. Problemer med systemstabilitet ved høje grundfrekvenser

Når motoren er i en driftstilstand med høj grundfrekvens, er bærefrekvensen for højhastighedsmotorens drivsystem relativt lav på grund af begrænsninger som analog-til-digital konverteringstid, udførelsestid for digital controlleralgoritme og inverterens koblingsfrekvens, hvilket resulterer i et betydeligt fald i motorens driftsydelse.

2. Problemet med højpræcisionsestimering af rotorposition i grundfrekvens

Under højhastighedsdrift er nøjagtigheden af ​​rotorens position afgørende for motorens driftsydelse. På grund af den lave pålidelighed, store størrelse og de høje omkostninger ved mekaniske positionssensorer anvendes sensorløse algoritmer ofte i højhastighedsmotorstyringssystemer. Under driftsforhold med høj grundfrekvens er brugen af ​​positionssensorløse algoritmer dog følsom over for ikke-ideelle faktorer såsom inverter-ulinearitet, rumlige harmoniske, loopfiltre og afvigelser i induktansparametrene, hvilket resulterer i betydelige fejl i estimeringen af ​​rotorpositionen.

3. Rippleundertrykkelse i højhastighedsmotordrevsystemer

Den lille induktans i højhastighedsmotorer fører uundgåeligt til problemet med store strømrippler. Det yderligere kobbertab, jerntab, momentrippler og vibrationsstøj forårsaget af høj strømrippler kan i høj grad øge tabene i højhastighedsmotorsystemer, reducere motorens ydeevne, og den elektromagnetiske interferens forårsaget af høj vibrationsstøj kan accelerere driverens aldring. Ovenstående problemer påvirker i høj grad ydeevnen af ​​højhastighedsmotordrevsystemer, og optimeringsdesignet af hardwarekredsløb med lavt tab er afgørende for højhastighedsmotordrevsystemer. Sammenfattende kræver designet af et højhastighedsmotordrevsystem omfattende overvejelser af flere faktorer, herunder strømsløjfekobling, systemforsinkelse, parameterfejl og tekniske vanskeligheder såsom strømripplerundertrykkelse. Det er en meget kompleks proces, der stiller høje krav til kontrolstrategier, nøjagtighed af rotorpositionsestimering og design af effekttopologi.

2. Kontrolstrategi for højhastighedsmotordrevsystem

1. Modellering af højhastighedsmotorstyringssystem

Karakteristikaene ved høj driftsgrundfrekvens og lav bærefrekvensforhold i højhastighedsmotordrevsystemer, såvel som indflydelsen af ​​motorkobling og forsinkelse på systemet, kan ikke ignoreres. Derfor er modellering og analyse af rekonstruktionen af ​​højhastighedsmotordrevsystemer, i betragtning af ovenstående to hovedfaktorer, nøglen til yderligere at forbedre højhastighedsmotorers drivydelse.

2. Afkoblingsstyringsteknologi til højhastighedsmotorer

Den mest anvendte teknologi i højtydende motordrevne systemer er FOC-styring. Som reaktion på det alvorlige koblingsproblem forårsaget af høj driftsgrundfrekvens er den primære forskningsretning i øjeblikket afkoblingsstyringsstrategier. De afkoblingsstyringsstrategier, der i øjeblikket undersøges, kan primært opdeles i modelbaserede afkoblingsstyringsstrategier, afkoblingsstyringsstrategier baseret på forstyrrelseskompensation og afkoblingsstyringsstrategier baseret på komplekse vektorregulatorer. Modelbaserede afkoblingsstyringsstrategier omfatter primært feedforward-afkobling og feedback-afkobling, men denne strategi er følsom over for motorparametre og kan endda føre til systemustabilitet i tilfælde af store parameterfejl og kan ikke opnå fuldstændig afkobling. Den dårlige dynamiske afkoblingsydelse begrænser dens anvendelsesområde. De to sidstnævnte afkoblingsstyringsstrategier er i øjeblikket forskningsområder.

3. Forsinkelseskompensationsteknologi til højhastighedsmotorsystemer

Afkoblingsstyringsteknologi kan effektivt løse koblingsproblemet i højhastighedsmotordrevne systemer, men den forsinkelsesforbindelse, der introduceres af forsinkelsen, eksisterer stadig, så effektiv aktiv kompensation for systemforsinkelse er nødvendig. I øjeblikket er der to primære aktive kompensationsstrategier for systemforsinkelse: modelbaserede kompensationsstrategier og modeluafhængige kompensationsstrategier.

Del 03 Forskningskonklusion

Baseret på de nuværende forskningsresultater inden forhøjhastighedsmotorInden for rammerne af drivteknologi i det akademiske samfund, kombineret med eksisterende problemer, omfatter udviklings- og forskningsretningerne for højhastighedsmotorer primært: 1) forskning i præcis forudsigelse af strømme med høj grundfrekvens og problemer relateret til aktiv kompensationsforsinkelse; 3) forskning i algoritmer til styring af højdynamiske ydelser til højhastighedsmotorer; 4) forskning i præcis estimering af hjørneposition og estimeringsmodel for rotorposition med fuld hastighedsdomæne til ultrahurtige motorer; 5) forskning i teknologi til fuld kompensation for fejl i estimeringsmodeller for højhastighedsmotorpositioner; 6) forskning i topologi for højfrekvent og stort effekttab i højhastighedsmotorer.