1 Entwicklung des Permanentmagnet-Synchronmotors

Die Permanentmagnet-Synchronmotor ist ein neuer Typ von Synchronmotor. Aufgrund ihrer Vorteile wie geringer Energieverlust, geringe Größe und hohe Effizienz werden Permanentmagnet-Synchronmotoren in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie und der eingehenden Forschung der Menschen zu Permanentmagnetmotoren haben Permanentmagnet-Synchronmotoren das Interesse verschiedener Länder geweckt und werden aufgrund ihrer guten magnetischen Eigenschaften, geringen Kosten und reichlich vorhandenen Materialien weit verbreitet eingesetzt. Ab 1990 machten NdFeB-Permanentmagnetmaterialien die Hälfte des weltweiten Marktanteils an Permanentmagnetmaterialien aus und wurden zum bevorzugten Permanentmagnetmaterial für Permanentmagnet-Synchronmotoren. Dies führte dazu, dass die Forschungsergebnisse zu Permanentmagnet-Synchronmotorsystemen eine große Rolle bei der gesellschaftlichen Entwicklung und technologischen Innovation spielten.

2. Anwendung eines Permanentmagnet-Synchronmotors

In den letzten Jahrzehnten haben Hochgeschwindigkeitsmotorantriebssysteme aufgrund der Entwicklung neuer Materialien, neuartiger Motortopologien, Leistungselektronik, Mikroprozessoren und Lagertechnologien aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte und hohen Effizienz in Wissenschaft und Industrie große Aufmerksamkeit erlangt. Anwendungen wie Gebläse, Kreiselkompressoren, Schwungradsysteme, Mikroturbinen, Pumpen, Spindeln, Turbolader usw. Einer der Hauptvorteile von Hochgeschwindigkeitsmotoren besteht darin, dass sie bei gegebener Leistung die Größe und Masse des Systems verringern, da die Ausgangsleistung des Motors direkt proportional zu Drehzahl und Volumen ist. Ein weiterer Grund für den Einsatz einer Hochgeschwindigkeitsmaschine ist die erhöhte Zuverlässigkeit durch den Wegfall von Zwischengetrieben, Riemen und anderen Getrieben. Aufgrund der jüngsten Fortschritte in der Leistungselektronik und bei Permanentmagnetmaterialien ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), der leichter, kleiner und effizienter als herkömmliche Induktionsmotoren ist, als Traktionsmotor Realität geworden.

2.1 Entwicklungsübersicht des Permanentmagnet-Synchronmotors mit variabler Drehzahl

Wenn der Permanentmagnet-Synchronmotor belastet wird, wird das Luftspaltmagnetfeld gemeinsam durch die Permanentmagnet-Durchflutungskraft und die Ankerdurchflutungskraft aufgebaut. Die Ankerdurchflutungskraft hat Einfluss auf das Luftspaltmagnetfeld. Der Einfluss der Grundwelle der Ankerdurchflutungskraft auf das Luftspaltmagnetfeld wird als Ankerreaktion bezeichnet.
Mit dem Aufkommen von Alnico-Permanentmagneten und Ferrit-Permanentmagneten wurden Leistungsindikatoren wie Hitzebeständigkeit und maximale magnetische Energie von magnetischen Materialien verbessert, und Permanentmagnetmotoren mit flexibler und intuitiver virtueller Parametrierung erfreuten sich im industriellen Bereich großer Beliebtheit.

Mit der Entwicklung der Prototyptechnologie wird die Konstruktionstheorie des Permanentmagnet-Synchronmotors immer perfekter, die Konstruktionsmethoden werden ständig weiterentwickelt, die Struktur wird flexibler, es gibt immer mehr Typen, der Prozess wird erheblich verbessert und die Anwendungsmöglichkeiten werden immer umfangreicher und umfassen die Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie, die industrielle und landwirtschaftliche Produktion sowie das Familienleben.

Mit der Umsetzung von Energiesparprojekten in China und der Verbesserung der Lebensqualität wird die Marktnachfrage nach Permanentmagneten mit variabler Geschwindigkeit erheblich steigen.

Permanentmagnet-Synchronmotoren mit unterschiedlichem Rotoraufbau verfügen über unterschiedliche Betriebsleistungen, Ansteuerungsarten und Einsatzmöglichkeiten.

2.2 Der Entwicklungsstand der Steuerungsstrategie des Drehzahlregelungssystems für Permanentmagnet-Synchronmotoren

Permanentmagnet-Synchronmotoren werden in der Industrie häufig eingesetzt, da sie im Vergleich zu anderen Motoren auf dem Markt die Vorteile einer hohen Arbeitseffizienz, einer hohen Leistungsdichte und eines breiten Konstantleistungsbereichs bieten. Alle Antriebe benötigen einen Positionssensor zur Vektorsteuerung der Maschine.

Für eine leistungsstarke feldorientierte Steuerung sind genaue Rotorpositionsinformationen unerlässlich, die normalerweise von einem Drehgeber oder Resolver gemessen werden. Der Einsatz dieser Sensoren erhöht jedoch die Kosten, Größe, Masse und Verdrahtungskomplexität und verringert die mechanische Robustheit und Zuverlässigkeit des gesamten PMSM-Steuerungssystems. Entwickler verwenden zur Geschwindigkeitsschätzung lieber Signale, die von Positionssensoren (wie Inkrementalgebern) erzeugt werden. Dieser Ansatz wird normalerweise durch die Rechengenauigkeit und den Quantisierungsfehler der zur Geschwindigkeitsschätzung verwendeten Näherungsmethoden begrenzt.

Die dynamische Leistung des Geschwindigkeitsreglers erfordert im Vergleich zum externen Positionsregler höhere Verstärkungen. Geschwindigkeitsschätzmethoden basieren normalerweise auf digitalen Positionsinformationen (Anzahl der Impulse von einem Positionssensor). Eine andere Methode besteht darin, die Impulsdauer zu messen und die Drehzahl des Motors zu berechnen, indem der vom Encoder erzeugte Impuls mit dem hochfrequenten Taktsignal überlagert wird.

Die Geschwindigkeit kann durch Zählen des Taktsignals der Encoderimpulse geschätzt werden, da die Länge der Zählposition ein bekannter fester Wert ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten liefern einige Schätzverfahren schlechte Ergebnisse, wodurch die Geschwindigkeitsregelung instabil werden kann.

Im Allgemeinen ist die Forschung zu AC-Drehzahlregelungssystemen von Permanentmagnet-Synchronmotoren hauptsächlich in zwei Richtungen unterteilt: Forschung zu Systemkomponenten und Drehzahlregelungssystemen: Systemkomponenten wie Steuerungen, Antriebe, Sensoren und Motorkörper usw.; Hochleistungs-Drehzahlregelungssystem für Permanentmagnet-Synchronmotoren bedeutet, dass das System die Vorteile einer schnellen dynamischen Reaktion, einer fehlerfreien statischen Nachführung und einer starken Entstörungsfähigkeit aufweist.

Die beiden Steuerungsmethoden sind Vektorsteuerung und direkte Drehmomentsteuerung, und die Anwendungen sind in bestimmten Situationen unterschiedlich. Die beiden Steuerungsmethoden steuern das Motordrehmoment im Wesentlichen durch Steuerung des q-Achsenstroms. Die Überlegenheit dieser Steuerung kann sicherstellen, dass die dynamischen und statischen Eigenschaften des Systems verbessert werden. Rückblickend auf die Entwicklung verwandter Technologien in den letzten Jahren wurde das Drehzahlregelungsschema von Permanentmagnet-Synchronmotoren unter Vektorsteuerung und direkter Drehmomentsteuerung verbessert.

Das wichtigste Upgrade besteht darin, den zuvor verwendeten PI-Regler durch einen neuen Regler zu ersetzen. Nach dem Upgrade wird die Leistung weiter optimiert, beispielsweise durch variable Gleitmodussteuerung, adaptive Steuerung, Back-off-Steuerung, Feedback-Linearisierung usw. Einige Algorithmen haben die traditionelle Doppel-Closed-Loop-Struktur direkt geändert und nach der Suche nach einem anderen Weg bessere Steuereffekte erzielt.

Zu diesen Steuerungsmethoden gehören modellorientierte Steuerung, intelligente Steuerung usw. Da das Drehzahlsteuerungssystem hochpräzise Rotorpositionsinformationen erfordert, weisen Hochleistungs-Drehgeber Probleme auf, wie etwa eine schwierige Installation, geringe Leistung (wie absolute Positionierung) und instabilen Systembetrieb.

Angesichts der Anforderungen an die Stabilität und die umfassende Kosteneffizienz des Systems begann man in den 1970er Jahren, sich mit der sensorlosen Technologie zu befassen. Die Forschungen zu dieser Technologie führten zu ersten Ergebnissen: Einige Geschwindigkeitsregelsysteme mit sensorloser Technologie kamen auf den Markt.

Bei der spezifischen Implementierung muss die Vektorsteuerungstechnologie mit hochpräziser Hardwareausrüstung zusammenarbeiten und gleichzeitig den Algorithmus verwenden, um eine angemessene Kompensation der Motorparameter zu gewährleisten.

3 Fazit

Im Vergleich zu anderen Motorsteuerungssystemen bietet das Steuerungssystem für Permanentmagnet-Synchronmotoren klare Vorteile hinsichtlich Effizienzindikatoren wie Arbeitseffizienz und Drehmomentleistung, Steuerungsleistung wie Reaktionsgeschwindigkeit und hochpräzise Überwachung, Designflexibilität und Benutzerfreundlichkeit.

Gleichzeitig bietet es breite Anwendungsmöglichkeiten im Bereich von Hochleistungsservos und anderen Anwendungen sowie in Anwendungen mit Geräuschanforderungen wie Autos, Haushaltsgeräten und Ventilatoren.

Im Zuge der wirtschaftlichen Globalisierung werden die internationalen Märkte offener, die Marktnachfrage wächst rasant und die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Produkte steigen von Tag zu Tag.

Daher bietet das Permanentmagnet-Synchronmotor-Steuerungssystem viele Vorteile und ist auf dem Markt stark wettbewerbsfähig. Es ist zu einem Forschungsschwerpunkt im Bereich der AC-Drehzahlregelung geworden. Es ist von großer Bedeutung, das Permanentmagnet-Synchronmotor-Steuerungssystem zu untersuchen.