Động cơ tốc độ caođang ngày càng nhận được sự chú ý do những ưu điểm rõ ràng của chúng như mật độ công suất cao, kích thước và trọng lượng nhỏ, hiệu suất làm việc cao. Một hệ thống truyền động hiệu quả và ổn định là chìa khóa để tận dụng tối đa hiệu suất tuyệt vời củađộng cơ tốc độ cao. Bài viết này chủ yếu phân tích những khó khăn củađộng cơ tốc độ caocông nghệ lái xe từ các khía cạnh của chiến lược kiểm soát, ước tính góc và thiết kế cấu trúc điện, và tóm tắt các kết quả nghiên cứu hiện tại trong và ngoài nước. Sau đó, tóm tắt và triển vọng xu hướng phát triển củađộng cơ tốc độ caocông nghệ truyền động.
Phần 02 Nội dung nghiên cứu
Động cơ tốc độ caocó nhiều ưu điểm như mật độ công suất cao, thể tích 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 toàn, 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 móc tua bin, tua bin 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 tốc độ thay đổi, giảm đáng kể thể tích, 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 rãi.Động cơ tốc độ caothường đề cập đến tốc độ vượt quá 10kr/phút hoặc giá trị độ khó (tích của tốc độ và căn bậc hai của công suất) vượt quá 1 × Động cơ 105 được thể hiện trong Hình 1, so sánh dữ liệu có liên quan của một số nguyên mẫu đại diện của động cơ tốc độ cao trong nước và quốc tế. Đường đứt nét trong Hình 1 là 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 tính ổn định của hệ thống ở tần số cơ bản cao
Khi động cơ ở trạng thái tần số cơ bản hoạt động cao, do những hạn chế như thời gian chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, thời gian thực hiện thuật toán bộ điều khiển số và tần số chuyển mạch biến tần nên 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 tính vị trí rotor có độ chính xác cao ở tần số cơ bản
Trong quá trình vận hành tốc độ cao, độ chính xác của vị trí rotor là rất quan trọng đối với hiệu suất vận hành của động cơ. Do độ tin cậy thấp, kích thước lớn và chi phí cao của cảm biến vị trí cơ học, các thuật toán không 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 vận hành cao, việc sử dụng các thuật toán không cảm biến vị trí dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố không lý tưởng như phi tuyến tính của biến tần, sóng hài không gian, bộ lọc vòng lặp và độ lệch tham số điện cảm, dẫn đến lỗi ước tính vị trí rotor đáng kể.
3. Giảm gợn sóng trong hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao
Độ tự cảm nhỏ của động cơ tốc độ cao tất yếu dẫn đến vấn đề gợn dòng điện lớn. Tổn thất đồng, tổn thất sắt, gợn mô men xoắn và tiếng ồn rung do gợn dòng điện cao gây ra có thể làm tăng đáng kể tổn thất của hệ thống động cơ tốc độ cao, làm giảm hiệu suất của động cơ và nhiễu điện từ do tiếng ồn rung cao gây ra có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa của trình điều khiển. Các vấn đề trên ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao và thiết kế tối ưu hóa các mạch phần cứng tổn thất thấp là rất quan trọng đối với hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao. Tóm lại, thiết kế hệ thống truyền động 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, lỗi tham số và các khó khăn kỹ thuật như triệt tiêu gợn dòng điện. Đây là một quá trình cực kỳ phức tạp, đặt ra yêu cầu cao về các chiến lược điều khiển, độ chính xác ước tính vị trí rôto và thiết kế cấu trúc công suất.
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
Các đặc điểm của 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 khớp nối và độ trễ động cơ đối với hệ thống, không thể bỏ qua. Do đó, khi xem xét hai yếu tố chính trên, mô hình hóa và phân tích việc tái tạo hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao là chìa khóa để cải thiện 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 ứng phó với 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 ghép. Các chiến lược điều khiển tách ghép hiện đang được nghiên cứu chủ yếu có thể được chia thành các chiến lược điều khiển tách ghép dựa trên mô hình, các chiến lược điều khiển tách ghép dựa trên bù nhiễu và các chiến lược điều khiển tách ghép dựa trên bộ điều chỉnh vectơ phức tạp. Các chiến lược điều khiển tách ghép dựa trên mô hình chủ yếu bao gồm tách ghép truyền tiếp và tách ghép phản hồi, nhưng chiến lược này nhạy cảm với các tham số động cơ và thậm chí có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống trong trường hợp lỗi tham số lớn và không thể tách ghép hoàn toàn. Hiệu suất tách ghép động kém hạn chế phạm vi ứng dụng của nó. Hai chiến lược điều khiển tách ghép sau hiện đang là 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 trễ gây ra vẫn tồn tại, do đó cần có biện pháp bù chủ động hiệu quả cho độ trễ của hệ thống. Hiện tại, có hai chiến lược bù chủ động chính cho độ trễ của 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 caoCông nghệ truyền động trong cộng đồng học thuật, kết hợp với các vấn đề hiện có, hướng phát triển và nghiên cứu của 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 các thuật toán điều khiển hiệu suất động cao cho động cơ tốc độ cao; 4) Nghiên cứu về ước tính chính xác vị trí góc và mô hình ước tính vị trí rôto miền tốc độ đầy đủ cho động cơ tốc độ cực cao; 5) Nghiên cứu về công nghệ bù đầy đủ cho các lỗi trong các mô hình ước tính vị trí động cơ tốc độ cao; 6) Nghiên cứu về tần số cao và tổn thất lớn của cấu trúc công suất động cơ tốc độ cao.
Thời gian đăng: 24-10-2023
