Động cơ tốc độ caođang ngày càng nhận được sự chú ý nhờ những ưu điểm rõ ràng như mật độ công suất cao, kích thước và trọng lượng nhỏ cũng như hiệu quả công 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 caothúc đẩy công nghệ từ các khía cạnh của chiến lược điều khiển, ước tính góc và thiết kế cấu trúc liên kết nguồn, đồng thời tóm tắt các kết quả nghiên cứu hiện tại trong và ngoài nước.Sau đó, tổng hợp 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, khối lượng và trọng lượng nhỏ, hiệu quả công 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 và là nội dung nghiên cứu, hướng phát triển cần thiết hiện nay.Trong các ứng dụng tải tốc độ cao như trục điện, máy tua bin, tua bin khí siêu nhỏ và bộ lưu trữ năng lượng bánh đà, 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 khối lượng, 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 hiển thị trong Hình 1, so sánh dữ liệu liên quan của một số nguyên mẫu đại diện của động cơ tốc độ cao cả trong nước và quốc tế.Đường đứt nét trong Hình 1 là độ khó 1 × 105, v.v.
1,Khó khăn trong công nghệ truyền động động cơ tốc độ cao
1. Vấn đề ổn định hệ thống ở tần số cơ bản cao
Khi động cơ ở trạng thái tần số cơ bản hoạt động cao, do các hạn chế như thời gian chuyển đổi tương tự sang số, thời gian thực hiện thuật toán bộ điều khiển số và tần số chuyển đổi biến tần, tần số sóng mang của hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao tương đối thấp , dẫn đến hiệu suất vận hành động cơ giảm đáng kể.
2. Bài toán ước lượng vị trí rôto có 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 vận hành của động cơ.Do độ tin cậy thấp, kích thước lớn và giá thành cao của cảm biến vị trí cơ học nên 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 hoạt động cao, việc sử dụng thuật toán không cảm biến vị trí dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố không lý tưởng như độ phi tuyến biến tần, sóng hài không gian, bộ lọc vòng lặp và độ lệch tham số điện cảm, dẫn đến sai số ước tính vị trí rôto đáng kể.
3. Ngăn chặn gợn sóng trong hệ thống truyền động 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 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, giảm hiệu suất động cơ và nhiễu điện từ do nhiễu rung cao có thể đẩy nhanh quá trình lão hóa của động cơ. tài xế.Các vấn đề trên ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao và việc 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, việc thiết kế hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao đòi hỏi phải xem xét toàn diện nhiều yếu tố, bao gồm khớp nối vòng lặp dòng điện, độ trễ hệ thống, lỗi 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 liên kết 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
Không thể bỏ qua các đặc tính 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 động cơ và độ trễ trên hệ thống.Do đó, xem xét hai yếu tố chính trên, mô hình hóa và phân tích việc tái cấu trúc 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 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 chiến lược điều khiển tách rời.Các chiến lược điều khiển tách rời hiện đang được nghiên cứu có thể được chia chủ yếu 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 kiểm soát tách rời 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 tiến và tách phản hồi, nhưng chiến lược này rất nhạy cảm với các thông số động cơ và thậm chí có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống trong trường hợp có lỗi tham số lớn và không thể tách rời hoàn toàn.Hiệu suất tách động kém làm hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.Hai chiến lược kiểm soát tách rời 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 độ trễ do độ trễ tạo ra vẫn tồn tại, do đó cần có sự bù chủ động hiệu quả cho độ trễ của hệ thống.Hiện tại, có hai chiến lược đền bù tích cực chính cho độ trễ của hệ thống: chiến lược đền bù dựa trên mô hình và chiến lược đền bù độc lập theo mô hình.
Phần 03 Kết luận nghiên cứu
Dựa trên những thành tựu nghiên cứu hiện tại ởđộng 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 động cơ tốc độ cao chủ yếu bao gồm: 1) nghiên cứu 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 thuật toán điều khiển hiệu suất động cao cho động cơ tốc độ cao;4) Nghiên cứu ước lượng chính xác vị trí góc và mô hình ước lượng vị trí rôto trong miền tốc độ đầy đủ cho động cơ tốc độ cực cao;5) Nghiên cứu công nghệ bù đầy đủ sai số trong mô hình ước lượng vị trí động cơ tốc độ cao;6) Nghiên cứu về cấu trúc liên kết công suất động cơ tốc độ cao và tần số cao.
Thời gian đăng: 24/10/2023