고속 모터고출력 밀도, 소형화 및 경량화, 높은 작업 효율과 같은 명백한 장점으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 효율적이고 안정적인 구동 시스템은 이러한 우수한 성능을 최대한 활용하는 데 핵심적인 요소입니다.고속 모터이 글은 주로 다음과 같은 어려움을 분석합니다.고속 모터본 논문은 제어 전략, 코너 예측, 전력 토폴로지 설계 측면에서 구동 기술을 살펴보고 국내외 연구 결과를 요약한다. 나아가 향후 발전 추세를 정리하고 전망한다.고속 모터구동 기술.
파트 02 연구 내용
고속 모터고속 모터는 높은 출력 밀도, 소형화 및 경량화, 높은 작업 효율 등 여러 장점을 가지고 있습니다. 항공우주, 국방 및 안전, 생산 및 일상생활 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 오늘날 필수적인 연구 내용 및 개발 방향입니다. 전동 스핀들, 터보 기계, 마이크로 가스 터빈, 플라이휠 에너지 저장 장치와 같은 고속 부하 응용 분야에서 고속 모터를 사용하면 직접 구동 구조를 구현하고 가변 속도 장치를 제거하여 부피, 무게 및 유지 보수 비용을 크게 줄이는 동시에 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있어 응용 전망이 매우 밝습니다.고속 모터일반적으로 10kr/min을 초과하는 속도 또는 난이도 값(속도와 출력의 제곱근의 곱)이 1 × 105를 초과하는 경우를 의미합니다. 그림 1은 국내외 대표적인 고속 모터 시제품의 관련 데이터를 비교한 것으로, 그림 1의 점선은 1 × 105 난이도를 나타냅니다.
1、고속 모터 구동 기술의 어려움
1. 높은 기본 주파수에서의 시스템 안정성 문제
모터가 높은 동작 기본 주파수 상태에 있을 때, 아날로그-디지털 변환 시간, 디지털 제어기 알고리즘 실행 시간, 인버터 스위칭 주파수 등의 제약으로 인해 고속 모터 구동 시스템의 반송파 주파수가 상대적으로 낮아져 모터 동작 성능이 크게 저하됩니다.
2. 기본 주파수에서의 고정밀 회전자 위치 추정 문제
고속 운전 시 회전자 위치의 정확도는 모터의 운전 성능에 매우 중요합니다. 기계식 위치 센서는 신뢰성이 낮고 크기가 크며 가격이 비싸기 때문에 고속 모터 제어 시스템에서는 센서리스 알고리즘이 흔히 사용됩니다. 그러나 높은 기본 주파수 조건에서 위치 센서리스 알고리즘은 인버터 비선형성, 공간 고조파, 루프 필터, 인덕턴스 파라미터 편차와 같은 비이상적인 요소에 취약하여 회전자 위치 추정 오차가 크게 발생할 수 있습니다.
3. 고속 모터 구동 시스템의 리플 억제
고속 모터의 작은 인덕턴스는 필연적으로 큰 전류 리플 문제를 야기합니다. 높은 전류 리플로 인한 추가적인 동손, 철손, 토크 리플, 진동 소음은 고속 모터 시스템의 손실을 크게 증가시키고 모터 성능을 저하시키며, 높은 진동 소음으로 인한 전자기 간섭은 드라이버의 노화를 가속화합니다. 이러한 문제들은 고속 모터 구동 시스템의 성능에 큰 영향을 미치므로, 저손실 하드웨어 회로의 최적화 설계는 고속 모터 구동 시스템에 매우 중요합니다. 요컨대, 고속 모터 구동 시스템 설계는 전류 루프 커플링, 시스템 지연, 파라미터 오차, 전류 리플 억제와 같은 기술적 난제 등 여러 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 이는 제어 전략, 회전자 위치 추정 정확도, 전력 토폴로지 설계에 높은 요구 조건을 부과하는 매우 복잡한 과정입니다.
2. 고속 모터 구동 시스템의 제어 전략
1. 고속 모터 제어 시스템 모델링
고속 모터 구동 시스템에서 높은 동작 기본 주파수와 낮은 반송파 주파수 비율의 특성, 그리고 모터 커플링 및 지연이 시스템에 미치는 영향은 무시할 수 없습니다. 따라서 위의 두 가지 주요 요소를 고려하여 고속 모터 구동 시스템의 모델링 및 분석을 통해 시스템을 재구성하는 것은 고속 모터의 구동 성능을 더욱 향상시키는 데 핵심적인 요소입니다.
2. 고속 모터용 디커플링 제어 기술
고성능 모터 구동 시스템에서 가장 널리 사용되는 기술은 FOC(Front-Order Control) 제어입니다. 높은 동작 기본 주파수로 인해 발생하는 심각한 커플링 문제에 대응하여 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(CVR) 기반 디커플링 제어 전략으로 나눌 수 있습니다. 모델 기반 디커플링 제어 전략은 주로 피드포워드 디커플링과 피드백 디커플링을 포함하지만, 모터 파라미터에 민감하고 파라미터 오차가 큰 경우 시스템 불안정을 초래할 수 있으며, 완전한 디커플링을 달성할 수 없습니다. 또한, 낮은 동적 디커플링 성능으로 인해 적용 범위가 제한적입니다. 후자의 두 가지 디커플링 제어 전략은 현재 연구의 핵심 분야입니다.
3. 고속 모터 시스템을 위한 지연 보상 기술
디커플링 제어 기술은 고속 모터 구동 시스템의 커플링 문제를 효과적으로 해결할 수 있지만, 지연으로 인해 발생하는 지연 링크는 여전히 존재하므로 시스템 지연에 대한 효과적인 능동 보상이 필요합니다. 현재 시스템 지연에 대한 능동 보상 전략에는 모델 기반 보상 전략과 모델 독립적 보상 전략의 두 가지 주요 전략이 있습니다.
제3부 연구 결론
현재까지의 연구 성과를 바탕으로고속 모터학계의 구동 기술 현황과 기존 문제점을 고려할 때, 고속 모터의 개발 및 연구 방향은 주로 다음과 같습니다. 1) 고주파 전류의 정밀 예측 및 능동 보상 지연 관련 문제 연구; 3) 고속 모터의 고성능 동적 제어 알고리즘 연구; 4) 초고속 모터의 코너 위치 정밀 추정 및 전속도 영역 회전자 위치 추정 모델 연구; 5) 고속 모터 위치 추정 모델의 오차에 대한 완전 보상 기술 연구; 6) 고속 모터의 고주파 및 고손실 전력 토폴로지 연구.
게시 시간: 2023년 10월 24일
