Silniki o dużej prędkościcieszą się coraz większym zainteresowaniem ze względu na swoje oczywiste zalety, takie jak duża gęstość mocy, niewielkie rozmiary i waga oraz wysoka wydajność pracy. Wydajny i stabilny układ napędowy to klucz do pełnego wykorzystania doskonałych osiągówsilniki wysokoobrotowe. Artykuł ten skupia się głównie na analizie trudnościsilnik o dużej prędkościtechnologii napędów z aspektów strategii sterowania, szacowania narożników i projektowania topologii mocy oraz podsumowuje aktualne wyniki badań w kraju i za granicą. Następnie podsumowuje i prognozuje kierunki rozwojusilnik o dużej prędkościtechnologia napędu.
Część 02 Treść badań
Silniki o dużej prędkościmają wiele zalet, takich jak duża gęstość mocy, mała objętość i waga oraz wysoka wydajność pracy. Są szeroko stosowane w takich dziedzinach jak lotnictwo, obrona i bezpieczeństwo narodowe, produkcja i życie codzienne i stanowią dziś niezbędne treści badawcze i kierunek rozwoju. W zastosowaniach wymagających dużych prędkości, takich jak wrzeciona elektryczne, maszyny turbinowe, mikroturbiny gazowe i magazynowanie energii w kole zamachowym, zastosowanie silników szybkobieżnych może zapewnić bezpośrednią strukturę napędu, wyeliminować urządzenia o zmiennej prędkości, znacznie zmniejszyć objętość, wagę i koszty konserwacji , przy jednoczesnej znacznej poprawie niezawodności i posiada niezwykle szerokie perspektywy zastosowań.Silniki o dużej prędkościzwykle odnoszą się do prędkości przekraczających 10 kr/min lub wartości trudności (iloczyn prędkości i pierwiastka kwadratowego mocy) przekraczających 1 × Silnik 105 pokazano na rysunku 1, który porównuje odpowiednie dane niektórych reprezentatywnych prototypów silników szybkoobrotowych, zarówno krajowych i międzynarodowym. Linia przerywana na rysunku 1 to poziom trudności 1 × 105 itd
1,Trudności w technologii napędów silnikowych o dużej prędkości
1. Problemy ze stabilnością systemu przy wysokich częstotliwościach podstawowych
Gdy silnik znajduje się w stanie wysokiej częstotliwości podstawowej, ze względu na ograniczenia, takie jak czas konwersji sygnału analogowego na cyfrowy, czas wykonania algorytmu sterownika cyfrowego i częstotliwość przełączania falownika, częstotliwość nośna układu napędowego szybkiego silnika jest stosunkowo niska , co powoduje znaczny spadek wydajności pracy silnika.
2. Zagadnienie precyzyjnego oszacowania położenia wirnika w częstotliwości podstawowej
Podczas pracy z dużymi prędkościami dokładność położenia wirnika ma kluczowe znaczenie dla wydajności operacyjnej silnika. Ze względu na niską niezawodność, duże rozmiary i wysoki koszt mechanicznych czujników położenia, algorytmy bezczujnikowe są często stosowane w układach sterowania silnikami o dużej prędkości. Jednakże w warunkach wysokiej częstotliwości podstawowej zastosowanie algorytmów bez czujnika położenia jest podatne na czynniki nieidealne, takie jak nieliniowość falownika, harmoniczne przestrzenne, filtry pętlowe i odchylenia parametrów indukcyjności, co skutkuje znacznymi błędami oszacowania położenia wirnika.
3. Tłumienie tętnień w szybkich układach napędowych silników
Mała indukcyjność silników o dużej prędkości nieuchronnie prowadzi do problemu dużych tętnień prądu. Dodatkowa utrata miedzi, utrata żelaza, tętnienie momentu obrotowego i hałas wibracyjny spowodowane tętnieniem wysokiego prądu mogą znacznie zwiększyć straty w układach silników o dużej prędkości, zmniejszyć wydajność silnika, a zakłócenia elektromagnetyczne spowodowane hałasem o wysokich wibracjach mogą przyspieszyć starzenie się silnika kierowca. Powyższe problemy w dużym stopniu wpływają na wydajność szybkich układów napędowych silników, a optymalizacja projektowania obwodów sprzętowych o niskich stratach ma kluczowe znaczenie w przypadku szybkich układów napędowych silników. Podsumowując, projekt układu napędowego o dużej prędkości wymaga wszechstronnego uwzględnienia wielu czynników, w tym sprzężenia pętli prądowej, opóźnienia systemu, błędów parametrów i trudności technicznych, takich jak tłumienie tętnienia prądu. Jest to bardzo złożony proces, który stawia wysokie wymagania w zakresie strategii sterowania, dokładności szacowania położenia wirnika i projektowania topologii mocy.
2, Strategia sterowania dla układu napędowego o dużej prędkości
1. Modelowanie układu sterowania silnikami dużych prędkości
Nie można pominąć charakterystyki wysokiej roboczej częstotliwości podstawowej i niskiego współczynnika częstotliwości nośnej w szybkich silnikowych układach napędowych, a także wpływu sprzężenia silnika i opóźnienia na układ. Dlatego też, biorąc pod uwagę powyższe dwa główne czynniki, modelowanie i analiza rekonstrukcji układów napędowych silników wysokoobrotowych jest kluczem do dalszej poprawy właściwości jezdnych silników szybkoobrotowych.
2. Technologia sterowania odsprzęganiem dla silników o dużej prędkości
Najpowszechniej stosowaną technologią w wysokowydajnych układach napędowych silników jest sterowanie FOC. W odpowiedzi na poważny problem sprzężenia wynikający z wysokiej częstotliwości podstawowej, głównym kierunkiem badań są obecnie strategie sterowania odsprzęgającego. Obecnie badane strategie sterowania odsprzęganiem można głównie podzielić na strategie sterowania odsprzęganiem oparte na modelach, strategie sterowania odsprzęganiem oparte na kompensacji zakłóceń i strategie sterowania odsprzęganiem oparte na złożonym regulatorze wektorowym. Strategie sterowania z odsprzęganiem oparte na modelach obejmują głównie odsprzęganie ze sprzężeniem zwrotnym i odsprzęganie ze sprzężeniem zwrotnym, ale strategia ta jest wrażliwa na parametry silnika i może nawet prowadzić do niestabilności systemu w przypadku dużych błędów parametrów i nie może osiągnąć całkowitego oddzielenia. Słaba wydajność odsprzęgania dynamicznego ogranicza zakres jego zastosowań. Dwie ostatnie strategie kontroli oddzielenia są obecnie głównymi obszarami badań.
3. Technologia kompensacji opóźnień w układach silników o dużej prędkości
Technologia sterowania odsprzęgającego może skutecznie rozwiązać problem sprzężenia w układach napędowych o dużej prędkości, ale łącze opóźniające spowodowane opóźnieniem nadal istnieje, dlatego konieczna jest skuteczna aktywna kompensacja opóźnienia systemu. Obecnie istnieją dwie główne aktywne strategie kompensacji opóźnienia systemu: strategie kompensacji oparte na modelu i strategie kompensacji niezależne od modelu.
Część 03 Wnioski z badań
W oparciu o aktualny dorobek naukowy wsilnik o dużej prędkościtechnologii napędowej w środowisku akademickim, w związku z istniejącymi problemami, kierunki rozwoju i badań silników szybkoobrotowych obejmują przede wszystkim: 1) badania nad precyzyjnym przewidywaniem zagadnień związanych z prądem wysokiej częstotliwości podstawowej i opóźnieniem aktywnej kompensacji; 3) Badania nad wysokodynamicznymi algorytmami sterowania silnikami szybkoobrotowymi; 4) Badania nad precyzyjnym oszacowaniem położenia narożnego i modelu estymacji położenia wirnika w domenie pełnej prędkości obrotowej silników ultraszybkich; 5) Badania nad technologią pełnej kompensacji błędów w modelach estymacji położenia silników dużych prędkości; 6) Badania topologii wysokich częstotliwości i dużych strat mocy silników wysokoobrotowych.
Czas publikacji: 24 października 2023 r
