เทคโนโลยีการขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงและแนวโน้มการพัฒนา

มอเตอร์ความเร็วสูงได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากข้อได้เปรียบที่ชัดเจน เช่น ความหนาแน่นของพลังงานสูง ขนาดและน้ำหนักที่เล็ก และประสิทธิภาพการทำงานที่สูง ระบบขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพและเสถียรเป็นกุญแจสำคัญในการใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของมอเตอร์ความเร็วสูงบทความนี้จะวิเคราะห์ถึงความยากลำบากของมอเตอร์ความเร็วสูงขับเคลื่อนเทคโนโลยีจากด้านกลยุทธ์การควบคุม การประมาณมุม และการออกแบบโทโพโลยีกำลัง และสรุปผลการวิจัยปัจจุบันในประเทศและต่างประเทศ จากนั้นสรุปและคาดการณ์แนวโน้มการพัฒนาของมอเตอร์ความเร็วสูงเทคโนโลยีการขับเคลื่อน

ส่วนที่ 02 เนื้อหาการวิจัย

มอเตอร์ความเร็วสูงมีข้อดีมากมาย เช่น ความหนาแน่นของพลังงานสูง ปริมาตรและน้ำหนักน้อย และประสิทธิภาพการทำงานสูง มอเตอร์เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ เช่น อวกาศ การป้องกันประเทศและความปลอดภัย การผลิต และชีวิตประจำวัน และเป็นเนื้อหาการวิจัยและแนวทางการพัฒนาที่จำเป็นในปัจจุบัน ในการใช้งานโหลดความเร็วสูง เช่น แกนหมุนไฟฟ้า เครื่องจักรเทอร์โบ กังหันก๊าซขนาดเล็ก และการจัดเก็บพลังงานด้วยล้อช่วยแรง การใช้มอเตอร์ความเร็วสูงสามารถสร้างโครงสร้างขับเคลื่อนโดยตรง กำจัดอุปกรณ์ความเร็วแปรผัน ลดปริมาตร น้ำหนัก และต้นทุนการบำรุงรักษาได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้อย่างมาก และมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางมากมอเตอร์ความเร็วสูงโดยทั่วไปหมายถึงความเร็วที่เกิน 10kr/นาที หรือค่าความยาก (ผลคูณของความเร็วและรากที่สองของกำลัง) ที่เกิน 1 × มอเตอร์ 105 แสดงอยู่ในรูปที่ 1 ซึ่งเปรียบเทียบข้อมูลที่เกี่ยวข้องของต้นแบบตัวแทนบางส่วนของมอเตอร์ความเร็วสูงทั้งในประเทศและต่างประเทศ เส้นประในรูปที่ 1 คือระดับความยาก 1 × 105 เป็นต้น

1、ความยากลำบากในเทคโนโลยีการขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง

1. ปัญหาเสถียรภาพของระบบที่ความถี่พื้นฐานสูง

เมื่อมอเตอร์อยู่ในสถานะความถี่พื้นฐานการทำงานสูง เนื่องมาจากข้อจำกัด เช่น เวลาในการแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล เวลาในการดำเนินการของอัลกอริทึมของตัวควบคุมดิจิทัล และความถี่การสลับอินเวอร์เตอร์ ความถี่พาหะของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงจะค่อนข้างต่ำ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

2. ปัญหาการประมาณตำแหน่งโรเตอร์ความแม่นยำสูงในความถี่พื้นฐาน

ในระหว่างการทำงานความเร็วสูง ความแม่นยำของตำแหน่งโรเตอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ เนื่องจากเซ็นเซอร์ตำแหน่งเชิงกลมีความน่าเชื่อถือต่ำ มีขนาดใหญ่ และมีราคาสูง จึงมักใช้อัลกอริทึมที่ไม่มีเซ็นเซอร์ในระบบควบคุมมอเตอร์ความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม ภายใต้เงื่อนไขความถี่พื้นฐานในการทำงานสูง การใช้อัลกอริทึมที่ไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่งอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยที่ไม่เหมาะสม เช่น ความไม่เชิงเส้นของอินเวอร์เตอร์ ฮาร์มอนิกเชิงพื้นที่ ตัวกรองแบบลูป และการเบี่ยงเบนของพารามิเตอร์เหนี่ยวนำ ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการประมาณตำแหน่งโรเตอร์อย่างมีนัยสำคัญ

3. การปราบปรามระลอกคลื่นในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง

ความเหนี่ยวนำขนาดเล็กของมอเตอร์ความเร็วสูงนำไปสู่ปัญหาริปเปิลกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่โดยหลีกเลี่ยงไม่ได้ การสูญเสียทองแดงเพิ่มเติม การสูญเสียเหล็ก ริปเปิลแรงบิด และเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากริปเปิลกระแสไฟฟ้าสูงสามารถเพิ่มการสูญเสียของระบบมอเตอร์ความเร็วสูงได้อย่างมาก ลดประสิทธิภาพของมอเตอร์ และสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือนสูงสามารถเร่งอายุของไดรเวอร์ได้ ปัญหาดังกล่าวข้างต้นส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง และการออกแบบการปรับให้เหมาะสมของวงจรฮาร์ดแวร์ที่มีการสูญเสียต่ำนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง โดยสรุป การออกแบบระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการอย่างครอบคลุม รวมทั้งการเชื่อมต่อวงจรกระแสไฟฟ้า ความล่าช้าของระบบ ข้อผิดพลาดของพารามิเตอร์ และปัญหาทางเทคนิค เช่น การระงับริปเปิลกระแสไฟฟ้า เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนอย่างมากซึ่งต้องการกลยุทธ์การควบคุม ความแม่นยำในการประมาณตำแหน่งโรเตอร์ และการออกแบบโทโพโลยีกำลังสูง

2、กลยุทธ์การควบคุมระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง

1. การสร้างแบบจำลองระบบควบคุมมอเตอร์ความเร็วสูง

ลักษณะของความถี่พื้นฐานในการทำงานสูงและอัตราส่วนความถี่พาหะต่ำในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง รวมถึงอิทธิพลของการเชื่อมต่อมอเตอร์และความล่าช้าในระบบนั้นไม่สามารถละเลยได้ ดังนั้น เมื่อพิจารณาปัจจัยหลักสองประการข้างต้น การสร้างแบบจำลองและวิเคราะห์การสร้างระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงใหม่จึงเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการขับเคลื่อนของมอเตอร์ความเร็วสูงให้ดียิ่งขึ้น

2. เทคโนโลยีการควบคุมการแยกส่วนสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง

เทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงคือการควบคุม FOC ในการตอบสนองต่อปัญหาการเชื่อมต่อที่ร้ายแรงที่เกิดจากความถี่พื้นฐานในการทำงานสูง ทิศทางการวิจัยหลักในปัจจุบันคือกลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วน กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนที่กำลังศึกษาอยู่ในปัจจุบันสามารถแบ่งได้เป็นกลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามแบบจำลอง กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามการชดเชยการรบกวน และกลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามตัวควบคุมเวกเตอร์ที่ซับซ้อน กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามแบบจำลองส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแยกส่วนฟีดฟอร์เวิร์ดและการแยกส่วนป้อนกลับ แต่กลยุทธ์นี้ไวต่อพารามิเตอร์ของมอเตอร์และอาจนำไปสู่ความไม่เสถียรของระบบในกรณีที่มีข้อผิดพลาดของพารามิเตอร์ขนาดใหญ่ และไม่สามารถแยกส่วนได้อย่างสมบูรณ์ ประสิทธิภาพการแยกส่วนแบบไดนามิกที่ไม่ดีจำกัดขอบเขตการใช้งาน กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนสองอย่างหลังเป็นจุดสำคัญในการวิจัยในปัจจุบัน

3. เทคโนโลยีการชดเชยความล่าช้าสำหรับระบบมอเตอร์ความเร็วสูง

เทคโนโลยีการควบคุมการแยกส่วนสามารถแก้ปัญหาการเชื่อมต่อของระบบไดรฟ์มอเตอร์ความเร็วสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่การเชื่อมโยงการหน่วงเวลาที่เกิดขึ้นจากการหน่วงเวลายังคงมีอยู่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการชดเชยการหน่วงเวลาของระบบแบบแอ็คทีฟที่มีประสิทธิภาพ ในปัจจุบันมีกลยุทธ์การชดเชยการหน่วงเวลาของระบบแบบแอ็คทีฟหลักสองกลยุทธ์ ได้แก่ กลยุทธ์การชดเชยตามแบบจำลองและกลยุทธ์การชดเชยที่ไม่ขึ้นอยู่กับแบบจำลอง

ส่วนที่ 03 บทสรุปการวิจัย

จากผลงานวิจัยปัจจุบันในมอเตอร์ความเร็วสูงเทคโนโลยีการขับเคลื่อนในชุมชนวิชาการ รวมกับปัญหาที่มีอยู่ การพัฒนาและทิศทางการวิจัยของมอเตอร์ความเร็วสูงส่วนใหญ่ประกอบด้วย: 1) การวิจัยการทำนายที่แม่นยำของกระแสความถี่พื้นฐานสูงและปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความล่าช้าในการชดเชยที่ใช้งานอยู่ 3) การวิจัยเกี่ยวกับอัลกอริทึมการควบคุมประสิทธิภาพแบบไดนามิกสูงสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง 4) การวิจัยการประมาณที่แม่นยำของตำแหน่งมุมและแบบจำลองการประมาณตำแหน่งโรเตอร์โดเมนความเร็วเต็มรูปแบบสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูงพิเศษ 5) การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการชดเชยเต็มรูปแบบสำหรับข้อผิดพลาดในแบบจำลองการประมาณตำแหน่งมอเตอร์ความเร็วสูง 6) การวิจัยเกี่ยวกับโทโพโลยีกำลังมอเตอร์ความเร็วสูงที่มีความถี่สูงและการสูญเสียสูง