Motori velike brzineprivlače sve veću pažnju zbog svojih očiglednih prednosti kao što su visoka gustina snage, mala veličina i težina, te visoka radna efikasnost. Efikasan i stabilan pogonski sistem je ključ za potpuno iskorištavanje odličnih performansimotori velike brzineOvaj članak uglavnom analizira poteškoćemotor velike brzineTehnologija pogona sa aspekta strategije upravljanja, procjene uglova i dizajna topologije snage, te sumira trenutne rezultate istraživanja u zemlji i inostranstvu. Nakon toga, sumira i predviđa trend razvojamotor velike brzinepogonska tehnologija.
Dio 02 Sadržaj istraživanja
Motori velike brzineImaju mnoge prednosti kao što su visoka gustoća snage, mala zapremina i težina, te visoka radna efikasnost. Široko se koriste u oblastima kao što su vazduhoplovstvo, nacionalna odbrana i sigurnost, proizvodnja i svakodnevni život, te su danas neophodan istraživački sadržaj i smjer razvoja. U primjenama s velikim opterećenjem kao što su električna vretena, turbomašine, mikro plinske turbine i skladištenje energije zamašnjaka, primjena motora velike brzine može postići strukturu direktnog pogona, eliminirati uređaje s promjenjivom brzinom, značajno smanjiti zapreminu, težinu i troškove održavanja, uz značajno poboljšanje pouzdanosti, te ima izuzetno široke mogućnosti primjene.Motori velike brzineobično se odnose na brzine veće od 10 kr/min ili vrijednosti težine (proizvod brzine i kvadratnog korijena snage) veće od 1 × Motor od 105 prikazan je na Slici 1, koja upoređuje relevantne podatke nekih reprezentativnih prototipova motora velike brzine, kako u zemlji tako i u inostranstvu. Isprekidana linija na Slici 1 predstavlja nivo težine 1 × 105, itd.
1,Poteškoće u tehnologiji brzih motornih pogona
1. Problemi sa stabilnošću sistema na visokim osnovnim frekvencijama
Kada se motor nalazi u stanju visoke osnovne radne frekvencije, zbog ograničenja kao što su vrijeme analogno-digitalne konverzije, vrijeme izvršavanja algoritma digitalnog kontrolera i frekvencija prebacivanja invertora, noseća frekvencija pogonskog sistema motora velike brzine je relativno niska, što rezultira značajnim smanjenjem radnih performansi motora.
2. Problem visokoprecizne procjene položaja rotora u osnovnoj frekvenciji
Tokom rada pri velikim brzinama, tačnost položaja rotora je ključna za radne performanse motora. Zbog niske pouzdanosti, velike veličine i visoke cijene mehaničkih senzora položaja, algoritmi bez senzora se često koriste u sistemima upravljanja motorima velikih brzina. Međutim, pod uslovima visoke osnovne radne frekvencije, upotreba algoritama bez senzora položaja je podložna neidealnim faktorima kao što su nelinearnost invertora, prostorni harmonici, filteri petlje i odstupanja parametara induktivnosti, što rezultira značajnim greškama u procjeni položaja rotora.
3. Potiskivanje valovitosti u sistemima pogona brzih motora
Mala induktivnost brzih motora neizbježno dovodi do problema velikog mreškanja struje. Dodatni gubici bakra, gubici željeza, mreškanje momenta i vibracijska buka uzrokovana visokim mreškanjem struje mogu značajno povećati gubitke brzih motornih sistema, smanjiti performanse motora, a elektromagnetne smetnje uzrokovane visokim vibracijskim šumom mogu ubrzati starenje pogona. Gore navedeni problemi uveliko utiču na performanse brzih motornih pogonskih sistema, a optimizacija dizajna hardverskih kola sa niskim gubicima je ključna za brze motorne pogonske sisteme. Ukratko, dizajn brzih motornih pogonskih sistema zahtijeva sveobuhvatno razmatranje više faktora, uključujući spregu strujne petlje, kašnjenje sistema, greške parametara i tehničke poteškoće kao što je suzbijanje mreškanja struje. To je vrlo složen proces koji postavlja visoke zahtjeve na strategije upravljanja, tačnost procjene položaja rotora i dizajn topologije napajanja.
2. Strategija upravljanja za sistem pogona motora velike brzine
1. Modeliranje sistema upravljanja brzim motorom
Karakteristike visoke radne osnovne frekvencije i niskog odnosa noseće frekvencije u sistemima brzih motornih pogona, kao i utjecaj sprege motora i kašnjenja na sistem, ne mogu se zanemariti. Stoga, uzimajući u obzir dva glavna faktora, modeliranje i analiza rekonstrukcije sistema brzih motornih pogona ključ je za daljnje poboljšanje performansi vožnje brzih motora.
2. Tehnologija upravljanja odvajanjem za motore velike brzine
Najčešće korištena tehnologija u visokoperformansnim sistemima motornog pogona je FOC kontrola. Kao odgovor na ozbiljan problem sprezanja uzrokovan visokom osnovnom radnom frekvencijom, glavni smjer istraživanja trenutno su strategije upravljanja razdvajanjem. Strategije upravljanja razdvajanjem koje se trenutno proučavaju mogu se uglavnom podijeliti na strategije upravljanja razdvajanjem zasnovane na modelu, strategije upravljanja razdvajanjem zasnovane na kompenzaciji poremećaja i strategije upravljanja razdvajanjem zasnovane na složenim vektorskim regulatorima. Strategije upravljanja razdvajanjem zasnovane na modelu uglavnom uključuju razdvajanje unaprijednom povratnom spregom i razdvajanje povratnom spregom, ali ova strategija je osjetljiva na parametre motora i može čak dovesti do nestabilnosti sistema u slučajevima velikih grešaka parametara, te ne može postići potpuno razdvajanje. Loše performanse dinamičkog razdvajanja ograničavaju njen opseg primjene. Posljednje dvije strategije upravljanja razdvajanjem trenutno su vruće tačke istraživanja.
3. Tehnologija kompenzacije kašnjenja za sisteme brzih motora
Tehnologija razdvajanja može efikasno riješiti problem sprege kod sistema pogona motora velike brzine, ali veza kašnjenja koju uvodi kašnjenje i dalje postoji, tako da je potrebna efikasna aktivna kompenzacija za kašnjenje sistema. Trenutno postoje dvije glavne strategije aktivne kompenzacije za kašnjenje sistema: strategije kompenzacije zasnovane na modelu i strategije kompenzacije nezavisne od modela.
Dio 03 Zaključak istraživanja
Na osnovu trenutnih istraživačkih dostignuća umotor velike brzineTehnologija pogona u akademskoj zajednici, u kombinaciji s postojećim problemima, pravci razvoja i istraživanja brzih motora uglavnom uključuju: 1) istraživanje preciznog predviđanja problema povezanih sa strujom visoke osnovne frekvencije i kašnjenjem aktivne kompenzacije; 3) istraživanje algoritama upravljanja visokodinamičkim performansama za brze motore; 4) istraživanje precizne procjene položaja ugla i modela procjene položaja rotora u domeni pune brzine za ultrabrze motore; 5) istraživanje tehnologije pune kompenzacije za greške u modelima procjene položaja brzih motora; 6) istraživanje topologije snage brzih motora s visokom frekvencijom i velikim gubicima.
Vrijeme objave: 24. oktobar 2023.
