Động cơ tốc độ caoChúng đang nhận được sự chú ý ngày càng tăng do những ưu điểm rõ rệt như mật độ công suất cao, kích thước và trọng lượng nhỏ, cùng hiệu suất làm việc cao. Một hệ thống truyền động hiệu quả và ổn định là chìa khóa để tận dụng tối đa hiệu năng tuyệt vời của chúng.động cơ tốc độ caoBài viết này chủ yếu phân tích những khó khăn của...động cơ tốc độ caoBài viết này đề cập đến công nghệ truyền động từ các khía cạnh chiến lược điều khiển, ước lượng góc và thiết kế cấu trúc nguồn, đồng thời tổng kết các kết quả nghiên cứu hiện tại trong và ngoài nước. Sau đó, bài viết tổng kết và dự báo xu hướng phát triển của công nghệ này.động cơ tốc độ caocông nghệ thúc đẩy.
Phần 02 Nội dung nghiên cứu
Động cơ tốc độ caoĐộng cơ tốc độ cao có nhiều ưu điểm như mật độ công suất cao, kích thước và trọng lượng nhỏ, hiệu suất làm việc cao. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, quốc phòng và an ninh, sản xuất và đời sống hàng ngày, và là nội dung nghiên cứu và hướng phát triển cần thiết hiện nay. Trong các ứng dụng tải tốc độ cao như trục chính điện, máy tuabin, tuabin khí siêu nhỏ và lưu trữ năng lượng bánh đà, việc ứng dụng động cơ tốc độ cao có thể đạt được cấu trúc truyền động trực tiếp, loại bỏ các thiết bị điều chỉnh tốc độ, giảm đáng kể kích thước, trọng lượng và chi phí bảo trì, đồng thời cải thiện đáng kể độ tin cậy, và có triển vọng ứng dụng cực kỳ rộng lớn.Động cơ tốc độ caoThông thường, thuật ngữ này đề cập đến tốc độ vượt quá 10kW/phút hoặc giá trị độ khó (tích của tốc độ và căn bậc hai của công suất) vượt quá 1 × 10⁵. Hình 1 minh họa điều này, so sánh các dữ liệu liên quan của một số nguyên mẫu động cơ tốc độ cao tiêu biểu trong và ngoài nước. Đường nét đứt trong Hình 1 biểu thị mức độ khó 1 × 10⁵, v.v.
1、Những khó khăn trong công nghệ truyền động động cơ tốc độ cao
1. Các vấn đề về độ ổn định hệ thống ở tần số cơ bản cao
Khi động cơ hoạt động ở trạng thái tần số cơ bản cao, do những hạn chế như thời gian chuyển đổi tương tự sang số, thời gian thực thi thuật toán bộ điều khiển số và tần số chuyển mạch của biến tần, tần số sóng mang của hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao tương đối thấp, dẫn đến hiệu suất hoạt động của động cơ giảm đáng kể.
2. Vấn đề ước lượng vị trí rôto với độ chính xác cao ở tần số cơ bản
Trong quá trình vận hành tốc độ cao, độ chính xác của vị trí rôto rất quan trọng đối với hiệu suất hoạt động của động cơ. Do độ tin cậy thấp, kích thước lớn và chi phí cao của các cảm biến vị trí cơ khí, các thuật toán không dùng cảm biến thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao. Tuy nhiên, trong điều kiện tần số cơ bản hoạt động cao, việc sử dụng các thuật toán không dùng cảm biến vị trí dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố không lý tưởng như tính phi tuyến của biến tần, sóng hài không gian, bộ lọc vòng lặp và sai lệch thông số điện cảm, dẫn đến sai số ước lượng vị trí rôto đáng kể.
3. Giảm nhiễu gợn sóng trong hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao
Độ tự cảm nhỏ của động cơ tốc độ cao chắc chắn dẫn đến vấn đề gợn sóng dòng điện lớn. Tổn thất đồng, tổn thất sắt, gợn sóng mô-men xoắn và tiếng ồn rung động do gợn sóng dòng điện lớn gây ra có thể làm tăng đáng kể tổn thất của hệ thống động cơ tốc độ cao, làm giảm hiệu suất động cơ, và nhiễu điện từ do tiếng ồn rung động lớn có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa của bộ điều khiển. Các vấn đề trên ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao, và việc thiết kế tối ưu các mạch phần cứng tổn thất thấp là rất quan trọng đối với hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao. Tóm lại, thiết kế hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao đòi hỏi phải xem xét toàn diện nhiều yếu tố, bao gồm ghép nối vòng dòng điện, độ trễ hệ thống, sai số tham số và các khó khăn kỹ thuật như triệt tiêu gợn sóng dòng điện. Đây là một quá trình rất phức tạp, đặt ra yêu cầu cao về chiến lược điều khiển, độ chính xác ước tính vị trí rôto và thiết kế cấu trúc nguồn.
2. Chiến lược điều khiển cho hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao
1. Mô hình hóa hệ thống điều khiển động cơ tốc độ cao
Đặc điểm tần số cơ bản hoạt động cao và tỷ lệ tần số sóng mang thấp trong hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao, cũng như ảnh hưởng của sự ghép nối và độ trễ động cơ đến hệ thống, không thể bỏ qua. Do đó, xem xét hai yếu tố chính nêu trên, việc mô hình hóa và phân tích sự tái cấu trúc của hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao là chìa khóa để nâng cao hơn nữa hiệu suất truyền động của động cơ tốc độ cao.
2. Công nghệ điều khiển tách rời cho động cơ tốc độ cao
Công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống truyền động động cơ hiệu suất cao là điều khiển FOC. Để giải quyết vấn đề ghép nối nghiêm trọng do tần số cơ bản hoạt động cao gây ra, hướng nghiên cứu chính hiện nay là các chiến lược điều khiển tách rời. Các chiến lược điều khiển tách rời đang được nghiên cứu hiện nay chủ yếu được chia thành các chiến lược điều khiển tách rời dựa trên mô hình, các chiến lược điều khiển tách rời dựa trên bù nhiễu và các chiến lược điều khiển tách rời dựa trên bộ điều chỉnh vectơ phức hợp. Các chiến lược điều khiển tách rời dựa trên mô hình chủ yếu bao gồm tách rời tiến và tách rời hồi tiếp, nhưng chiến lược này nhạy cảm với các thông số động cơ và thậm chí có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống trong trường hợp sai số thông số lớn, và không thể đạt được sự tách rời hoàn toàn. Hiệu suất tách rời động kém hạn chế phạm vi ứng dụng của nó. Hai chiến lược điều khiển tách rời sau hiện đang là những điểm nóng nghiên cứu.
3. Công nghệ bù trễ cho hệ thống động cơ tốc độ cao
Công nghệ điều khiển tách rời có thể giải quyết hiệu quả vấn đề ghép nối của hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao, nhưng liên kết trễ do độ trễ gây ra vẫn tồn tại, do đó cần có biện pháp bù chủ động hiệu quả cho độ trễ hệ thống. Hiện nay, có hai chiến lược bù chủ động chính cho độ trễ hệ thống: chiến lược bù dựa trên mô hình và chiến lược bù độc lập với mô hình.
Phần 03 Kết luận nghiên cứu
Dựa trên những thành tựu nghiên cứu hiện tại trongđộng cơ tốc độ caoTrong cộng đồng học thuật, kết hợp với các vấn đề hiện có, hướng phát triển và nghiên cứu về động cơ tốc độ cao chủ yếu bao gồm: 1) Nghiên cứu về dự đoán chính xác dòng điện tần số cơ bản cao và các vấn đề liên quan đến độ trễ bù chủ động; 3) Nghiên cứu về thuật toán điều khiển hiệu suất động cao cho động cơ tốc độ cao; 4) Nghiên cứu về ước lượng chính xác vị trí góc và mô hình ước lượng vị trí rôto trong miền tốc độ đầy đủ cho động cơ siêu tốc độ cao; 5) Nghiên cứu về công nghệ bù toàn phần cho các lỗi trong mô hình ước lượng vị trí động cơ tốc độ cao; 6) Nghiên cứu về cấu trúc mạch điện tần số cao và tổn hao cao của động cơ tốc độ cao.
Thời gian đăng bài: 24 tháng 10 năm 2023
