מנועים במהירות גבוההזוכים לתשומת לב הולכת וגוברת בשל היתרונות הברורים שלהם כגון צפיפות הספק גבוהה, גודל ומשקל קטן ויעילות עבודה גבוהה. מערכת הנעה יעילה ויציבה היא המפתח לניצול מלא של הביצועים המצוינים שלמנועים מהירים. מאמר זה מנתח בעיקר את הקשיים שלמנוע מהירמניע טכנולוגיה מהיבטים של אסטרטגיית בקרה, הערכת פינות ועיצוב טופולוגיית הספק, ומסכם את תוצאות המחקר הנוכחיות בבית ומחוצה לה. לאחר מכן, הוא מסכם ומצפה את מגמת ההתפתחות שלמנוע מהירטכנולוגיית הנעה.
חלק 02 תוכן מחקר
מנועים במהירות גבוההיש יתרונות רבים כגון צפיפות הספק גבוהה, נפח ומשקל קטנים ויעילות עבודה גבוהה. הם נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כגון תעופה וחלל, הגנה לאומית ובטיחות, ייצור וחיי היומיום, והם מהווים תוכן מחקר וכיוון פיתוח הכרחיים כיום. ביישומי עומס מהירים כגון צירים חשמליים, מכונות טורבו, מיקרו טורבינות גז ואחסון אנרגיה של גלגלי תנופה, היישום של מנועים מהירים יכול להשיג מבנה הנעה ישירה, לבטל התקני מהירות משתנה, להפחית באופן משמעותי את הנפח, המשקל ועלויות התחזוקה. , תוך שיפור משמעותי באמינות, ובעל סיכויי יישום רחבים ביותר.מנועים במהירות גבוההמתייחסים בדרך כלל למהירויות העולות על 10kr/דקה או ערכי קושי (תוצר של מהירות ושורש ריבועי של הספק) העולה על 1× המנוע של 105 מוצג באיור 1, המשווה את הנתונים הרלוונטיים של כמה אבות טיפוס מייצגים של מנועים מהירים הן מקומיות ובאופן בינלאומי. הקו המקווקו באיור 1 הוא 1 × 105 דרגת קושי וכו'
1、קשיים בטכנולוגיית הנעה מוטורית במהירות גבוהה
1. בעיות יציבות מערכת בתדרים יסודיים גבוהים
כאשר המנוע נמצא במצב תדר בסיסי הפעלה גבוה, עקב מגבלות כגון זמן המרה אנלוגי לדיגיטלי, זמן ביצוע אלגוריתם של בקר דיגיטלי ותדר מיתוג מהפך, תדר הנשא של מערכת ההנעה המנוע המהיר נמוך יחסית , וכתוצאה מכך ירידה משמעותית בביצועי פעולת המנוע.
2. הבעיה של הערכת מיקום רוטור ברמת דיוק גבוהה בתדר יסוד
במהלך פעולה במהירות גבוהה, הדיוק של מיקום הרוטור הוא קריטי לביצועים התפעוליים של המנוע. בשל האמינות הנמוכה, הגודל הגדול והעלות הגבוהה של חיישני מיקום מכניים, לרוב נעשה שימוש באלגוריתמים ללא חיישנים במערכות בקרת מנוע מהירות. עם זאת, בתנאי תדר בסיסי הפעלה גבוהים, השימוש באלגוריתמים חסרי חיישני מיקום רגיש לגורמים לא אידיאליים כגון אי-לינאריות מהפך, הרמוניות מרחביות, מסנני לולאה וסטיות פרמטרים של השראות, וכתוצאה מכך לשגיאות משמעותיות באומדן מיקום הרוטור.
3. דיכוי אדוות במערכות הנעה מנוע במהירות גבוהה
השראות הקטנה של מנועים מהירים מובילה בהכרח לבעיה של אדוות זרם גדול. אובדן הנחושת הנוסף, אובדן הברזל, אדוות המומנט ורעש הרטט הנגרמים על ידי אדוות זרם גבוה יכולים להגביר במידה ניכרת את ההפסדים של מערכות מנוע מהירות, להפחית את ביצועי המנוע, וההפרעה האלקטרומגנטית הנגרמת על ידי רעש רטט גבוה יכולה להאיץ את ההזדקנות של נֶהָג. הבעיות הנ"ל משפיעות מאוד על הביצועים של מערכות הנעה מנוע במהירות גבוהה, ותכנון האופטימיזציה של מעגלי חומרה עם אובדן נמוך הוא חיוני עבור מערכות הנעה מנוע במהירות גבוהה. לסיכום, התכנון של מערכת הנעה מנוע במהירות גבוהה דורש התייחסות מקיפה של מספר גורמים, כולל צימוד לולאה זרם, השהיית מערכת, שגיאות פרמטרים וקשיים טכניים כגון דיכוי אדוות זרם. זהו תהליך מורכב ביותר המציב דרישות גבוהות לאסטרטגיות בקרה, דיוק הערכת מיקום הרוטור ותכנון טופולוגיית הספק.
2、 אסטרטגיית בקרה עבור מערכת הנעה מנוע במהירות גבוהה
1. מידול של מערכת בקרת מנוע במהירות גבוהה
לא ניתן להתעלם מהמאפיינים של תדר בסיסי הפעלה גבוה ויחס תדר נושא נמוך במערכות הנעה מנוע במהירות גבוהה, כמו גם מהשפעת צימוד המנוע וההשהיה על המערכת. לכן, בהתחשב בשני הגורמים העיקריים לעיל, מודלים וניתוח של שחזור של מערכות הנעה מהירות גבוהה הם המפתח לשיפור נוסף של ביצועי הנהיגה של מנועים מהירים.
2. טכנולוגיית בקרת ניתוק עבור מנועים מהירים
הטכנולוגיה הנפוצה ביותר במערכות הנעה מנוע בעלות ביצועים גבוהים היא בקרת FOC. בתגובה לבעיית הצימוד החמורה הנגרמת על ידי תדירות יסוד הפעלה גבוהה, כיוון המחקר העיקרי כיום הוא ניתוק אסטרטגיות בקרה. ניתן לחלק את אסטרטגיות בקרת הניתוק הנלמדות כיום בעיקר לאסטרטגיות בקרה ניתוק צימוד מבוססות מודל, אסטרטגיות ניתוק ניתוק המבוססות על פיצוי הפרעות ואסטרטגיות ניתוק מבוססות ניתוק וקטור מורכבות. אסטרטגיות בקרת ניתוק ניתוק מבוססות מודל כוללות בעיקר ניתוק הזנה קדימה וניתוק משוב, אך אסטרטגיה זו רגישה לפרמטרים מוטוריים ואף יכולה להוביל לאי יציבות מערכת במקרים של שגיאות פרמטרים גדולות, ואינה יכולה להשיג ניתוק מלא. ביצועי הניתוק הדינמי העלובים מגבילים את טווח היישום שלו. שתי אסטרטגיות הבקרה של ניתוק ההצמדה האחרונות הן כיום מוקדי מחקר.
3. טכנולוגיית פיצוי עיכוב עבור מערכות מוטוריות במהירות גבוהה
טכנולוגיית בקרת ניתוק יכולה לפתור ביעילות את בעיית הצימוד של מערכות הנעה מנוע במהירות גבוהה, אך קישור ההשהיה שהוכנס על ידי עיכוב עדיין קיים, ולכן יש צורך בפיצוי אקטיבי יעיל עבור עיכוב מערכת. נכון לעכשיו, קיימות שתי אסטרטגיות פיצוי אקטיביות עיקריות לעיכוב מערכת: אסטרטגיות פיצוי מבוססות מודל ואסטרטגיות פיצוי עצמאיות.
חלק 03 מסקנת המחקר
בהתבסס על הישגי המחקר הנוכחיים במנוע מהירטכנולוגיית הנעה בקהילה האקדמית, בשילוב עם בעיות קיימות, כיווני הפיתוח והמחקר של מנועים מהירים כוללים בעיקר: 1) מחקר על חיזוי מדויק של נושאים הקשורים לעיכוב פיצוי בתדירות בסיסית גבוהה ופעילים; 3) מחקר על אלגוריתמי בקרת ביצועים דינמיים גבוהים עבור מנועים מהירים; 4) מחקר על אומדן מדויק של מיקום פינה ומודל הערכת מיקום רוטור תחום במהירות מלאה עבור מנועים במהירות גבוהה במיוחד; 5) מחקר על טכנולוגיית פיצוי מלא לשגיאות במודלים של הערכת מיקום מנוע במהירות גבוהה; 6) מחקר על תדר גבוה ואובדן גבוה של טופולוגיה של כוח מוטורי במהירות גבוהה.
זמן פרסום: 24 באוקטובר 2023
