고속 모터 구동 기술 및 개발 동향

고속 모터높은 출력 밀도, 작은 크기와 무게, 높은 작업 효율성과 같은 확실한 장점으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 효율적이고 안정적인 구동 시스템은 탁월한 성능을 최대한 활용하는 데 핵심입니다.고속 모터. 이 글은 주로 다음의 어려움을 분석한다.고속 모터제어 전략, 코너 추정, 전력 토폴로지 설계 측면에서 구동 기술을 분석하고, 국내외 연구 성과를 정리한다. 이후, 구동 기술의 발전 동향을 정리하고 전망한다.고속 모터드라이브 기술.

Part 02 연구 내용

고속 모터높은 출력 밀도, 작은 부피와 무게, 높은 작업 효율 등 많은 장점을 가지고 있습니다. 항공우주, 국방 및 안전, 생산 및 일상생활 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 오늘날 필수적인 연구 내용 및 개발 방향입니다. 전기 스핀들, 터보 기계, 마이크로 가스터빈, 플라이휠 에너지 저장 장치와 같은 고속 부하 응용 분야에서 고속 모터를 적용하면 직접 구동 구조를 구현하고, 가변 속도 장치를 제거하며, 부피, 무게 및 유지 보수 비용을 크게 절감하고 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한, 매우 광범위한 적용 가능성을 가지고 있습니다.고속 모터일반적으로 10kJ/min을 초과하는 속도 또는 1 × 105를 초과하는 난이도 값을 나타냅니다. 105 모터는 그림 1에 나와 있으며, 국내외 대표적인 고속 모터 시제품의 관련 데이터를 비교합니다. 그림 1의 점선은 1 × 105의 난이도를 나타냅니다.

1、고속 모터 구동 기술의 어려움

1. 높은 기본 주파수에서의 시스템 안정성 문제

모터가 높은 작동 기본 주파수 상태에 있을 때 아날로그-디지털 변환 시간, 디지털 컨트롤러 알고리즘 실행 시간, 인버터 스위칭 주파수 등의 제한으로 인해 고속 모터 구동 시스템의 캐리어 주파수가 상대적으로 낮아져 모터 작동 성능이 크게 저하됩니다.

2. 기본 주파수에서의 고정밀 로터 위치 추정 문제

고속 운전 시, 회전자 위치의 정확도는 모터의 운전 성능에 매우 중요합니다. 기계식 위치 센서는 낮은 신뢰성, 큰 크기, 그리고 높은 비용 때문에 고속 모터 제어 시스템에는 센서리스 알고리즘이 자주 사용됩니다. 그러나 높은 기본 주파수 조건에서 위치 센서리스 알고리즘을 사용하면 인버터 비선형성, 공간 고조파, 루프 필터, 인덕턴스 파라미터 편차와 같은 비이상적인 요인에 취약하여 상당한 회전자 위치 추정 오차를 초래할 수 있습니다.

3. 고속 모터 구동 시스템의 리플 억제

고속 모터의 작은 인덕턴스는 필연적으로 큰 전류 리플 문제를 야기합니다. 높은 전류 리플로 인한 추가적인 구리 손실, 철 손실, 토크 리플, 진동 소음은 고속 모터 시스템의 손실을 크게 증가시키고 모터 성능을 저하시킬 수 있으며, 높은 진동 소음으로 인한 전자기 간섭은 드라이버의 노화를 가속화할 수 있습니다. 이러한 문제들은 고속 모터 구동 시스템의 성능에 큰 영향을 미치며, 고속 모터 구동 시스템에서 저손실 하드웨어 회로의 최적화 설계는 매우 중요합니다. 요약하자면, 고속 모터 구동 시스템 설계는 전류 루프 결합, 시스템 지연, 파라미터 오류, 그리고 전류 리플 억제와 같은 기술적 어려움을 포함한 여러 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 이는 제어 전략, 회전자 위치 추정 정확도, 그리고 전력 토폴로지 설계에 대한 높은 요구 사항을 요구하는 매우 복잡한 과정입니다.

2. 고속 모터 구동 시스템을 위한 제어 전략

1. 고속 모터 제어 시스템 모델링

고속 모터 구동 시스템에서 높은 기본 주파수와 낮은 캐리어 주파수 비의 특성, 그리고 모터 커플링 및 지연이 시스템에 미치는 영향은 무시할 수 없습니다. 따라서 위의 두 가지 주요 요인을 고려하여 고속 모터 구동 시스템의 재구성을 모델링하고 분석하는 것은 고속 모터의 구동 성능을 더욱 향상시키는 데 핵심적인 요소입니다.

2. 고속 모터를 위한 디커플링 제어 기술

고성능 모터 구동 시스템에서 가장 널리 사용되는 기술은 FOC 제어입니다. 높은 기본 주파수로 인한 심각한 커플링 문제에 대응하기 위해 현재 주요 연구 방향은 디커플링 제어 전략입니다. 현재 연구되고 있는 디커플링 제어 전략은 크게 모델 기반 디커플링 제어 전략, 외란 보상 기반 디커플링 제어 전략, 그리고 복소 벡터 레귤레이터 기반 디커플링 제어 전략으로 나눌 수 있습니다. 모델 기반 디커플링 제어 전략은 주로 피드포워드 디커플링과 피드백 디커플링을 포함하지만, 이 전략은 모터 파라미터에 민감하고 파라미터 오차가 큰 경우 시스템 불안정성을 초래할 수 있으며, 완전한 디커플링을 달성하지 못합니다. 동적 디커플링 성능이 좋지 않아 적용 범위가 제한적입니다. 후자의 두 가지 디커플링 제어 전략은 현재 연구의 주요 분야입니다.

3. 고속 모터 시스템을 위한 지연 보상 기술

디커플링 제어 기술은 고속 모터 구동 시스템의 커플링 문제를 효과적으로 해결할 수 있지만, 지연으로 인한 지연 링크가 여전히 존재하기 때문에 시스템 지연에 대한 효과적인 능동적 보상이 필요합니다. 현재 시스템 지연에 대한 두 가지 주요 능동적 보상 전략은 모델 기반 보상 전략과 모델 독립 보상 전략입니다.

Part 03 연구 결론

현재 연구 성과를 바탕으로고속 모터학계에서의 구동기술의 발전과 기존 문제점을 결합하여 고속전동기의 개발 및 연구방향은 주로 다음과 같다. 1) 고주파 전류의 정밀한 예측 및 능동보상 지연문제에 관한 연구; 3) 고속전동기를 위한 고동적성능 제어 알고리즘에 관한 연구; 4) 초고속전동기를 위한 코너위치 정밀추정 및 전속도영역 회전자 위치추정모델에 관한 연구; 5) 고속전동기 위치추정모델의 오차에 대한 완전보상기술에 관한 연구; 6) 고주파 및 고손실 고속전동기 전력토폴로지에 관한 연구.