เทคโนโลยีการขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงและแนวโน้มการพัฒนา

มอเตอร์ความเร็วสูงมอเตอร์กำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากมีข้อดีที่เห็นได้ชัด เช่น ความหนาแน่นของกำลังสูง ขนาดและน้ำหนักเล็ก และประสิทธิภาพการทำงานสูง ระบบขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพและเสถียรเป็นกุญแจสำคัญในการใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของมอเตอร์อย่างเต็มที่มอเตอร์ความเร็วสูงบทความนี้วิเคราะห์ถึงความยากลำบากเป็นหลักในเรื่องต่างๆ ดังนี้มอเตอร์ความเร็วสูงบทความนี้กล่าวถึงเทคโนโลยีการขับเคลื่อนจากแง่มุมต่างๆ เช่น กลยุทธ์การควบคุม การประมาณมุม และการออกแบบโครงสร้างพลังงาน พร้อมทั้งสรุปผลการวิจัยในปัจจุบันทั้งในและต่างประเทศ จากนั้นจึงสรุปและคาดการณ์แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตมอเตอร์ความเร็วสูงเทคโนโลยีการขับเคลื่อน

ส่วนที่ 2 เนื้อหาการวิจัย

มอเตอร์ความเร็วสูงมอเตอร์ความเร็วสูงมีข้อดีหลายประการ เช่น ความหนาแน่นของกำลังสูง ปริมาตรและน้ำหนักน้อย และประสิทธิภาพการทำงานสูง มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น อวกาศ การป้องกันประเทศและความปลอดภัย การผลิต และชีวิตประจำวัน และเป็นเนื้อหาการวิจัยและทิศทางการพัฒนาที่จำเป็นในปัจจุบัน ในการใช้งานที่ต้องการโหลดความเร็วสูง เช่น แกนหมุนไฟฟ้า เครื่องจักรเทอร์โบ กังหันก๊าซขนาดเล็ก และระบบกักเก็บพลังงานแบบล้อหมุน การใช้มอเตอร์ความเร็วสูงสามารถทำให้ได้โครงสร้างแบบขับเคลื่อนโดยตรง กำจัดอุปกรณ์ปรับความเร็ว ลดปริมาตร น้ำหนัก และต้นทุนการบำรุงรักษาได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความน่าเชื่อถืออย่างมีนัยสำคัญ และมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางอย่างยิ่งมอเตอร์ความเร็วสูงโดยทั่วไปหมายถึงความเร็วที่เกิน 10 รอบต่อนาที หรือค่าความยาก (ผลคูณของความเร็วและรากที่สองของกำลัง) ที่เกิน 1 × 10⁵ มอเตอร์ความเร็วสูงแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งเปรียบเทียบข้อมูลที่เกี่ยวข้องของต้นแบบมอเตอร์ความเร็วสูงที่เป็นตัวแทนบางรุ่นทั้งในประเทศและต่างประเทศ เส้นประในรูปที่ 1 คือระดับความยาก 1 × 10⁵ เป็นต้น

1.ความยากลำบากในเทคโนโลยีการขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง

1. ปัญหาเสถียรภาพของระบบที่ความถี่พื้นฐานสูง

เมื่อมอเตอร์อยู่ในสภาวะความถี่พื้นฐานการทำงานสูง เนื่องจากข้อจำกัดต่างๆ เช่น เวลาในการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล เวลาในการประมวลผลอัลกอริธึมของตัวควบคุมดิจิทัล และความถี่ในการสลับของอินเวอร์เตอร์ ความถี่พาหะของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงจึงค่อนข้างต่ำ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ลดลงอย่างมาก

2. ปัญหาการประมาณตำแหน่งโรเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงในความถี่พื้นฐาน

ในระหว่างการทำงานด้วยความเร็วสูง ความแม่นยำของตำแหน่งโรเตอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ เนื่องจากเซ็นเซอร์ตำแหน่งเชิงกลมีความน่าเชื่อถือต่ำ ขนาดใหญ่ และมีราคาสูง จึงมักใช้อัลกอริธึมแบบไร้เซ็นเซอร์ในระบบควบคุมมอเตอร์ความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาวะความถี่พื้นฐานในการทำงานสูง การใช้อัลกอริธึมแบบไร้เซ็นเซอร์ตำแหน่งนั้นมีความอ่อนไหวต่อปัจจัยที่ไม่เหมาะสม เช่น ความไม่เป็นเชิงเส้นของอินเวอร์เตอร์ ฮาร์มอนิกเชิงพื้นที่ ตัวกรองลูป และความเบี่ยงเบนของพารามิเตอร์ความเหนี่ยวนำ ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการประมาณตำแหน่งโรเตอร์อย่างมาก

3. การลดการเกิดระลอกคลื่นในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง

ค่าความเหนี่ยวนำต่ำของมอเตอร์ความเร็วสูงย่อมนำไปสู่ปัญหาการกระเพื่อมของกระแสไฟฟ้าสูง การสูญเสียทองแดง การสูญเสียเหล็ก การกระเพื่อมของแรงบิด และเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าสูง สามารถเพิ่มการสูญเสียของระบบมอเตอร์ความเร็วสูง ลดประสิทธิภาพของมอเตอร์ และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากเสียงรบกวนจากการสั่นสะเทือนสูงสามารถเร่งการเสื่อมสภาพของตัวขับมอเตอร์ได้ ปัญหาข้างต้นส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง และการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ที่มีการสูญเสียต่ำอย่างเหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง โดยสรุปแล้ว การออกแบบระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการอย่างครอบคลุม รวมถึงการเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้า ความล่าช้าของระบบ ข้อผิดพลาดของพารามิเตอร์ และความยากลำบากทางเทคนิค เช่น การลดการกระเพื่อมของกระแสไฟฟ้า เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมากซึ่งต้องการกลยุทธ์การควบคุม ความแม่นยำในการประมาณตำแหน่งโรเตอร์ และการออกแบบโครงสร้างพลังงานที่สูง

2. กลยุทธ์การควบคุมสำหรับระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง

1. การสร้างแบบจำลองระบบควบคุมมอเตอร์ความเร็วสูง

ลักษณะเฉพาะของความถี่พื้นฐานในการทำงานสูงและอัตราส่วนความถี่พาหะต่ำในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูง รวมถึงอิทธิพลของการเชื่อมต่อมอเตอร์และการหน่วงเวลาที่มีต่อระบบนั้น ไม่อาจมองข้ามได้ ดังนั้น การพิจารณาปัจจัยหลักสองประการข้างต้น การสร้างแบบจำลองและการวิเคราะห์การปรับปรุงระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงจึงเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการขับเคลื่อนของมอเตอร์ความเร็วสูงให้ดียิ่งขึ้น

2. เทคโนโลยีควบคุมการแยกส่วนสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง

เทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงคือการควบคุม FOC (Follow-on-Control) เพื่อแก้ปัญหาการเชื่อมโยงที่รุนแรงซึ่งเกิดจากความถี่พื้นฐานในการทำงานสูง ทิศทางการวิจัยหลักในปัจจุบันคือกลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วน กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนที่ศึกษาในปัจจุบันสามารถแบ่งออกได้เป็น กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามแบบจำลอง กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามการชดเชยการรบกวน และกลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามตัวควบคุมเวกเตอร์เชิงซ้อน กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนตามแบบจำลองส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแยกส่วนแบบฟีดฟอร์เวิร์ดและการแยกส่วนแบบฟีดแบ็ก แต่กลยุทธ์นี้มีความไวต่อพารามิเตอร์ของมอเตอร์และอาจนำไปสู่ความไม่เสถียรของระบบในกรณีที่พารามิเตอร์ผิดพลาดมาก และไม่สามารถแยกส่วนได้อย่างสมบูรณ์ ประสิทธิภาพการแยกส่วนแบบไดนามิกที่ต่ำจำกัดขอบเขตการใช้งาน กลยุทธ์การควบคุมการแยกส่วนสองแบบหลังเป็นหัวข้อวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน

3. เทคโนโลยีชดเชยความล่าช้าสำหรับระบบมอเตอร์ความเร็วสูง

เทคโนโลยีการควบคุมแบบแยกส่วนสามารถแก้ปัญหาการเชื่อมโยงกันของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ความเร็วสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังคงมีจุดเชื่อมต่อที่ทำให้เกิดความล่าช้าอยู่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการชดเชยความล่าช้าของระบบอย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันมีกลยุทธ์การชดเชยความล่าช้าของระบบหลักๆ สองวิธี ได้แก่ กลยุทธ์การชดเชยแบบอิงตามแบบจำลอง และกลยุทธ์การชดเชยแบบไม่ขึ้นกับแบบจำลอง

ส่วนที่ 3 สรุปผลการวิจัย

โดยพิจารณาจากผลงานวิจัยในปัจจุบันในมอเตอร์ความเร็วสูงเทคโนโลยีการขับเคลื่อนในแวดวงวิชาการ เมื่อรวมกับปัญหาที่มีอยู่ ทิศทางการพัฒนาและการวิจัยของมอเตอร์ความเร็วสูงส่วนใหญ่ประกอบด้วย: 1) การวิจัยเกี่ยวกับการทำนายกระแสความถี่พื้นฐานสูงอย่างแม่นยำและปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการชดเชยความล่าช้าแบบแอคทีฟ 3) การวิจัยเกี่ยวกับอัลกอริธึมควบคุมประสิทธิภาพไดนามิกสูงสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูง 4) การวิจัยเกี่ยวกับการประมาณตำแหน่งมุมอย่างแม่นยำและแบบจำลองการประมาณตำแหน่งโรเตอร์ในโดเมนความเร็วเต็มรูปแบบสำหรับมอเตอร์ความเร็วสูงพิเศษ 5) การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการชดเชยแบบเต็มรูปแบบสำหรับข้อผิดพลาดในแบบจำลองการประมาณตำแหน่งมอเตอร์ความเร็วสูง 6) การวิจัยเกี่ยวกับโทโพโลยีพลังงานของมอเตอร์ความเร็วสูงที่มีความถี่สูงและการสูญเสียสูง