高速モーター駆動技術とその開発動向

高速モーター高出力密度、小型軽量、高い作業効率などの明らかな利点により、ますます注目が高まっています。優れた性能を最大限に発揮するには、効率的で安定した駆動システムが鍵となります。高速モーター。この記事では主に次のような問題点を分析します。高速モーター制御戦略、コーナー推定、電源トポロジー設計の側面から駆動技術を研究し、国内外の現在の研究成果をまとめました。その後、開発動向を要約し、展望します。高速モーター駆動技術。

Part 02 研究内容

高速モーター出力密度が高く、体積・重量が小さく、作業効率が高いなど多くの利点があります。それらは航空宇宙、国防・安全、生産・生活などの分野で広く使われており、今日必要な研究内容と開発の方向性となっています。電動スピンドル、ターボ機械、マイクロガスタービン、フライホイールエネルギー貯蔵などの高速負荷アプリケーションでは、高速モーターを適用することでダイレクトドライブ構造を実現し、可変速装置を排除し、体積、重量、メンテナンスコストを大幅に削減できます。 、信頼性を大幅に向上させながら、非常に幅広いアプリケーションの見通しを持っています。高速モーター通常、10kr/minを超える速度、または1×を超える難易度値（速度と電力の平方根の積）を指します。105のモーターを図1に示します。これは、国内の高速モーターのいくつかの代表的なプロトタイプの関連データを比較しています。そして国際的にも。図 1 の破線は 1 × 105 の難易度などを示します。

1、高速モーター駆動技術の難しさ

1. 高い基本周波数でのシステムの安定性の問題

モーターが高い動作基本周波数状態にある場合、アナログからデジタルへの変換時間、デジタルコントローラーアルゴリズムの実行時間、インバーターのスイッチング周波数などの制限により、高速モーター駆動システムのキャリア周波数は比較的低くなります。となり、モーターの動作性能が大幅に低下します。

2. 基本周波数における高精度ロータ位置推定の問題点

高速動作中、ローター位置の精度はモーターの動作性能にとって非常に重要です。機械式位置センサーは信頼性が低く、サイズが大きく、コストが高いため、高速モーター制御システムではセンサーレス アルゴリズムがよく使用されます。ただし、高い動作基本周波数条件下では、位置センサーレス アルゴリズムの使用は、インバーターの非直線性、空間高調波、ループ フィルター、インダクタンス パラメーターの偏差などの非理想的な要因の影響を受けやすく、その結果、重大なローター位置推定誤差が発生します。

3. 高速モータドライブシステムのリップル抑制

高速モーターではインダクタンスが小さいため、必然的に電流リップルが大きくなるという問題が発生します。高電流リップルによって生じる追加の銅損、鉄損、トルクリップル、振動ノイズは、高速モーターシステムの損失を大幅に増加させ、モーターの性能を低下させる可能性があり、また、高い振動ノイズによって引き起こされる電磁干渉により、モーターの劣化を促進する可能性があります。ドライバ。上記の課題は高速モータ駆動システムの性能に大きく影響しており、高速モータ駆動システムでは低損失のハードウェア回路の最適化設計が重要となります。要約すると、高速モーター駆動システムの設計には、電流ループ結合、システム遅延、パラメーター誤差、電流リップル抑制などの技術的問題など、複数の要因を包括的に考慮する必要があります。これは非常に複雑なプロセスであり、制御戦略、ローター位置推定精度、電源トポロジー設計に高い要求が課せられます。

2、 高速モータ駆動システムの制御戦略

1. 高速モータ制御システムのモデル化

高速モーター駆動システムにおける高い動作基本周波数と低いキャリア周波数比の特性、およびシステムに対するモーター結合と遅延の影響は無視できません。したがって、上記の 2 つの主要な要因を考慮して、高速モータ駆動システムの再構築をモデル化および解析することが、高速モータの駆動性能をさらに向上させるための鍵となります。

2. 高速モーターのデカップリング制御技術

高性能モーター駆動システムで最も広く使用されている技術は FOC 制御です。高い動作基本周波数によって引き起こされる深刻な結合問題に対応して、現在の主な研究方向はデカップリング制御戦略です。現在研究されているデカップリング制御戦略は、主にモデルベースのデカップリング制御戦略、外乱補償ベースのデカップリング制御戦略、および複雑なベクトル調整器ベースのデカップリング制御戦略に分類できます。モデルベースのデカップリング制御戦略には主にフィードフォワード デカップリングとフィードバック デカップリングが含まれますが、この戦略はモーター パラメーターの影響を受けやすく、パラメーター エラーが大きい場合にはシステムの不安定性を引き起こす可能性があり、完全なデカップリングを達成することはできません。動的デカップリング性能が低いため、その適用範囲が制限されます。後者の 2 つのデカップリング制御戦略は、現在研究のホットスポットです。

3. 高速モータシステムの遅延補償技術

デカップリング制御技術は高速モーター駆動システムのカップリング問題を効果的に解決できますが、遅延によって生じる遅延リンクは依然として存在するため、システム遅延に対する効果的なアクティブ補償が必要です。現在、システム遅延に対する主なアクティブな補償戦略には、モデルベースの補償戦略とモデルに依存しない補償戦略の 2 つがあります。

パート 03 研究の結論

現在の研究成果に基づいて、高速モーター学術界における駆動技術と既存の問題を組み合わせた高速モーターの開発と研究の方向性には、主に以下が含まれます。 1) 高基本周波数電流の正確な予測とアクティブ補償遅延関連の問題の研究。 3) 高速モーターの高動的性能制御アルゴリズムの研究。 4) 超高速モータのコーナー位置の高精度推定と全速度領域のロータ位置推定モデルの研究。 ５）高速モータ位置推定モデルの誤差完全補償技術の研究。 6) 高速モーター電源トポロジーの高周波・高損失に関する研究。