motores de alta velocidadestán recibiendo cada vez más atención debido a sus ventajas obvias, como alta densidad de potencia, tamaño y peso pequeños y alta eficiencia en el trabajo. Un sistema de transmisión eficiente y estable es la clave para aprovechar al máximo el excelente rendimiento demotores de alta velocidad. Este artículo analiza principalmente las dificultades demotor de alta velocidadimpulsa la tecnología desde los aspectos de estrategia de control, estimación de esquinas y diseño de topología de potencia, y resume los resultados de investigación actuales en el país y en el extranjero. Posteriormente, resume y prospecta la tendencia de desarrollo demotor de alta velocidadtecnología de conducción.
Parte 02 Contenido de la investigación
motores de alta velocidadTienen muchas ventajas, como alta densidad de potencia, pequeño volumen y peso, y alta eficiencia en el trabajo. Se utilizan ampliamente en campos como el aeroespacial, la defensa y seguridad nacional, la producción y la vida diaria, y son un contenido de investigación y una dirección de desarrollo necesarios en la actualidad. En aplicaciones de carga de alta velocidad, como husillos eléctricos, turbomaquinaria, microturbinas de gas y almacenamiento de energía de volante, la aplicación de motores de alta velocidad puede lograr una estructura de accionamiento directo, eliminar dispositivos de velocidad variable y reducir significativamente el volumen, el peso y los costos de mantenimiento. , al tiempo que mejora significativamente la confiabilidad y tiene perspectivas de aplicación extremadamente amplias.motores de alta velocidadgeneralmente se refieren a velocidades superiores a 10 kr/min o valores de dificultad (producto de la velocidad y la raíz cuadrada de la potencia) superiores a 1 × El motor de 105 se muestra en la Figura 1, que compara los datos relevantes de algunos prototipos representativos de motores de alta velocidad tanto a nivel nacional como e internacionalmente. La línea discontinua en la Figura 1 es el nivel de dificultad 1 × 105, etc.
1 、Dificultades en la tecnología de accionamiento de motores de alta velocidad
1. Problemas de estabilidad del sistema a frecuencias fundamentales altas
Cuando el motor se encuentra en un estado de frecuencia fundamental operativa alta, debido a limitaciones como el tiempo de conversión de analógico a digital, el tiempo de ejecución del algoritmo del controlador digital y la frecuencia de conmutación del inversor, la frecuencia portadora del sistema de accionamiento del motor de alta velocidad es relativamente baja. , lo que resulta en una disminución significativa en el rendimiento operativo del motor.
2. El problema de la estimación de la posición del rotor de alta precisión en la frecuencia fundamental
Durante el funcionamiento a alta velocidad, la precisión de la posición del rotor es crucial para el rendimiento operativo del motor. Debido a la baja confiabilidad, el gran tamaño y el alto costo de los sensores de posición mecánicos, los algoritmos sin sensores se utilizan a menudo en sistemas de control de motores de alta velocidad. Sin embargo, en condiciones de alta frecuencia fundamental de funcionamiento, el uso de algoritmos de posición sin sensores es susceptible a factores no ideales, como la no linealidad del inversor, los armónicos espaciales, los filtros de bucle y las desviaciones de los parámetros de inductancia, lo que da como resultado errores significativos en la estimación de la posición del rotor.
3. Supresión de ondulaciones en sistemas de accionamiento de motores de alta velocidad.
La pequeña inductancia de los motores de alta velocidad conduce inevitablemente al problema de una gran ondulación de la corriente. La pérdida adicional de cobre, pérdida de hierro, ondulación del par y ruido de vibración causados por la ondulación de alta corriente pueden aumentar en gran medida las pérdidas de los sistemas de motores de alta velocidad, reducir el rendimiento del motor y la interferencia electromagnética causada por el ruido de alta vibración puede acelerar el envejecimiento del conductor. Los problemas anteriores afectan en gran medida el rendimiento de los sistemas de accionamiento de motores de alta velocidad, y el diseño de optimización de los circuitos de hardware de baja pérdida es crucial para los sistemas de accionamiento de motores de alta velocidad. En resumen, el diseño de un sistema de accionamiento de motor de alta velocidad requiere una consideración integral de múltiples factores, incluido el acoplamiento del bucle de corriente, el retraso del sistema, los errores de parámetros y las dificultades técnicas, como la supresión de la ondulación de la corriente. Es un proceso muy complejo que impone altas exigencias en las estrategias de control, la precisión de la estimación de la posición del rotor y el diseño de la topología de potencia.
2. Estrategia de control para el sistema de accionamiento de motor de alta velocidad
1. Modelado del sistema de control de motores de alta velocidad.
No se pueden ignorar las características de una alta frecuencia fundamental de funcionamiento y una baja relación de frecuencia portadora en los sistemas de accionamiento de motores de alta velocidad, así como la influencia del acoplamiento y el retardo del motor en el sistema. Por lo tanto, considerando los dos factores principales anteriores, modelar y analizar la reconstrucción de sistemas de accionamiento de motores de alta velocidad es la clave para mejorar aún más el rendimiento de conducción de los motores de alta velocidad.
2. Tecnología de control de desacoplamiento para motores de alta velocidad
La tecnología más utilizada en sistemas de accionamiento de motores de alto rendimiento es el control FOC. En respuesta al grave problema de acoplamiento causado por la alta frecuencia fundamental de operación, la principal dirección de investigación actualmente son las estrategias de control de desacoplamiento. Las estrategias de control de desacoplamiento actualmente estudiadas se pueden dividir principalmente en estrategias de control de desacoplamiento basadas en modelos, estrategias de control de desacoplamiento basadas en compensación de perturbaciones y estrategias de control de desacoplamiento basadas en reguladores vectoriales complejos. Las estrategias de control de desacoplamiento basadas en modelos incluyen principalmente desacoplamiento anticipado y desacoplamiento por retroalimentación, pero esta estrategia es sensible a los parámetros del motor e incluso puede provocar inestabilidad del sistema en casos de grandes errores de parámetros y no puede lograr un desacoplamiento completo. El pobre rendimiento del desacoplamiento dinámico limita su rango de aplicación. Las dos últimas estrategias de control del desacoplamiento son actualmente puntos críticos de investigación.
3. Tecnología de compensación de retardo para sistemas de motores de alta velocidad
La tecnología de control de desacoplamiento puede resolver eficazmente el problema de acoplamiento de los sistemas de accionamiento de motores de alta velocidad, pero el vínculo de retardo introducido por el retardo aún existe, por lo que se necesita una compensación activa eficaz del retardo del sistema. En la actualidad, existen dos estrategias de compensación activa principales para el retraso del sistema: estrategias de compensación basadas en modelos y estrategias de compensación independientes de modelos.
Parte 03 Conclusión de la investigación
Basado en los logros actuales de la investigación enmotor de alta velocidadLa tecnología de accionamiento en la comunidad académica, combinada con los problemas existentes, las direcciones de desarrollo e investigación de motores de alta velocidad incluyen principalmente: 1) investigación sobre la predicción precisa de la corriente de alta frecuencia fundamental y cuestiones relacionadas con el retardo de compensación activa; 3) Investigación sobre algoritmos de control de desempeño dinámico para motores de alta velocidad; 4) Investigación sobre la estimación precisa de la posición de las esquinas y el modelo de estimación de la posición del rotor en el dominio de velocidad completa para motores de velocidad ultraalta; 5) Investigación sobre tecnología de compensación total de errores en modelos de estimación de posición de motores de alta velocidad; 6) Investigación sobre topología de potencia de motores de alta frecuencia y alta pérdida de alta velocidad.
Hora de publicación: 24 de octubre de 2023
