Moteurs à grande vitessefont l'objet d'une attention croissante en raison de leurs avantages évidents tels qu'une densité de puissance élevée, une taille et un poids réduits et une efficacité de travail élevée. Un système d'entraînement efficace et stable est la clé pour utiliser pleinement les excellentes performances demoteurs à grande vitesse. Cet article analyse principalement les difficultés demoteur à grande vitessepiloter la technologie sous les aspects de stratégie de contrôle, d'estimation des coins et de conception de topologie de puissance, et résume les résultats de recherche actuels au pays et à l'étranger. Ensuite, il résume et prospecte la tendance de développement demoteur à grande vitessetechnologie d'entraînement.
Partie 02 Contenu de recherche
Moteurs à grande vitesseprésentent de nombreux avantages tels qu'une densité de puissance élevée, un volume et un poids réduits et une efficacité de travail élevée. Ils sont largement utilisés dans des domaines tels que l'aérospatiale, la défense et la sécurité nationales, la production et la vie quotidienne, et constituent aujourd'hui un contenu de recherche et une orientation de développement nécessaires. Dans les applications de charge à grande vitesse telles que les broches électriques, les turbomachines, les microturbines à gaz et le stockage d'énergie par volant d'inertie, l'application de moteurs à grande vitesse peut obtenir une structure d'entraînement direct, éliminer les dispositifs à vitesse variable, réduire considérablement le volume, le poids et les coûts de maintenance. , tout en améliorant considérablement la fiabilité, et présente des perspectives d'application extrêmement larges.Moteurs à grande vitessese réfère généralement à des vitesses dépassant 10kr/min ou à des valeurs de difficulté (produit de la vitesse et de la racine carrée de la puissance) dépassant 1 × Le moteur de 105 est illustré à la figure 1, qui compare les données pertinentes de certains prototypes représentatifs de moteurs à grande vitesse au niveau national. et à l'international. La ligne pointillée de la figure 1 correspond au niveau de difficulté 1 × 105, etc.
1、Difficultés liées à la technologie d'entraînement par moteur à grande vitesse
1. Problèmes de stabilité du système aux fréquences fondamentales élevées
Lorsque le moteur est dans un état de fréquence fondamentale de fonctionnement élevé, en raison de limitations telles que le temps de conversion analogique-numérique, le temps d'exécution de l'algorithme du contrôleur numérique et la fréquence de commutation de l'onduleur, la fréquence porteuse du système d'entraînement du moteur à grande vitesse est relativement faible. , entraînant une diminution significative des performances de fonctionnement du moteur.
2. Le problème de l'estimation de haute précision de la position du rotor en fréquence fondamentale
Lors d'un fonctionnement à grande vitesse, la précision de la position du rotor est cruciale pour les performances opérationnelles du moteur. En raison de la faible fiabilité, de la grande taille et du coût élevé des capteurs de position mécaniques, les algorithmes sans capteur sont souvent utilisés dans les systèmes de commande de moteurs à grande vitesse. Cependant, dans des conditions de fréquence fondamentale de fonctionnement élevées, l'utilisation d'algorithmes sans capteur de position est sensible à des facteurs non idéaux tels que la non-linéarité de l'onduleur, les harmoniques spatiales, les filtres de boucle et les écarts des paramètres d'inductance, ce qui entraîne des erreurs significatives d'estimation de la position du rotor.
3. Suppression des ondulations dans les systèmes d'entraînement par moteur à grande vitesse
La petite inductance des moteurs à grande vitesse conduit inévitablement au problème d’une ondulation de courant importante. La perte supplémentaire de cuivre, la perte de fer, l'ondulation de couple et le bruit de vibration provoqués par une ondulation de courant élevée peuvent augmenter considérablement les pertes des systèmes de moteur à grande vitesse, réduire les performances du moteur, et les interférences électromagnétiques causées par un bruit de vibration élevé peuvent accélérer le vieillissement du conducteur. Les problèmes ci-dessus affectent grandement les performances des systèmes d'entraînement de moteur à grande vitesse, et la conception optimisée des circuits matériels à faibles pertes est cruciale pour les systèmes d'entraînement de moteur à grande vitesse. En résumé, la conception d'un système d'entraînement de moteur à grande vitesse nécessite une prise en compte approfondie de plusieurs facteurs, notamment le couplage de boucle de courant, le retard du système, les erreurs de paramètres et les difficultés techniques telles que la suppression des ondulations de courant. Il s'agit d'un processus très complexe qui impose des exigences élevées en matière de stratégies de contrôle, de précision de l'estimation de la position du rotor et de conception de topologie de puissance.
2、 Stratégie de contrôle pour le système d'entraînement moteur à grande vitesse
1. Modélisation du système de commande de moteur à grande vitesse
Les caractéristiques d'une fréquence fondamentale de fonctionnement élevée et d'un faible rapport de fréquence porteuse dans les systèmes d'entraînement de moteur à grande vitesse, ainsi que l'influence du couplage moteur et du retard sur le système, ne peuvent être ignorées. Par conséquent, compte tenu des deux facteurs majeurs ci-dessus, la modélisation et l’analyse de la reconstruction des systèmes d’entraînement de moteurs à grande vitesse sont la clé pour améliorer davantage les performances de conduite des moteurs à grande vitesse.
2. Technologie de contrôle de découplage pour moteurs à grande vitesse
La technologie la plus largement utilisée dans les systèmes d’entraînement moteur hautes performances est le contrôle FOC. En réponse au grave problème de couplage provoqué par une fréquence fondamentale de fonctionnement élevée, la principale direction de recherche est actuellement le découplage des stratégies de contrôle. Les stratégies de contrôle de découplage actuellement étudiées peuvent être principalement divisées en stratégies de contrôle de découplage basées sur un modèle, en stratégies de contrôle de découplage basées sur la compensation des perturbations et en stratégies de contrôle de découplage basées sur un régulateur vectoriel complexe. Les stratégies de contrôle de découplage basées sur un modèle incluent principalement le découplage par anticipation et le découplage par rétroaction, mais cette stratégie est sensible aux paramètres du moteur et peut même conduire à une instabilité du système en cas d'erreurs de paramètres importantes, et ne peut pas obtenir un découplage complet. Les mauvaises performances de découplage dynamique limitent sa plage d’application. Ces deux dernières stratégies de contrôle du découplage sont actuellement des points chauds de la recherche.
3. Technologie de compensation de retard pour les systèmes de moteurs à grande vitesse
La technologie de contrôle de découplage peut résoudre efficacement le problème de couplage des systèmes d'entraînement de moteur à grande vitesse, mais le lien de retard introduit par le retard existe toujours, une compensation active efficace du retard du système est donc nécessaire. À l'heure actuelle, il existe deux principales stratégies de compensation active pour le retard du système : les stratégies de compensation basées sur un modèle et les stratégies de compensation indépendantes du modèle.
Partie 03 Conclusion de la recherche
Sur la base des résultats actuels de la recherche enmoteur à grande vitessetechnologie d'entraînement dans la communauté universitaire, combinée aux problèmes existants, les orientations de développement et de recherche des moteurs à grande vitesse comprennent principalement : 1) la recherche sur la prédiction précise du courant à haute fréquence fondamentale et les problèmes liés au retard de compensation active ; 3) Recherche sur les algorithmes de contrôle de hautes performances dynamiques pour les moteurs à grande vitesse ; 4) Recherche sur l'estimation précise de la position du coin et du modèle d'estimation de la position du rotor dans le domaine à pleine vitesse pour les moteurs à ultra haute vitesse ; 5) Recherche sur la technologie de compensation complète des erreurs dans les modèles d'estimation de la position des moteurs à grande vitesse ; 6) Recherche sur la topologie de puissance des moteurs à haute fréquence et à perte élevée.
Heure de publication : 24 octobre 2023
