1 Développement d'un moteur synchrone à aimant permanent

Le moteur synchrone à aimant permanent est un nouveau type de moteur synchrone. En raison de leurs avantages de faible perte d’énergie, de petite taille et de rendement élevé, les moteurs synchrones à aimants permanents sont utilisés dans divers domaines. Avec le développement de la science et de la technologie et les recherches approfondies sur les moteurs à aimants permanents, les moteurs synchrones à aimants permanents ont suscité l'intérêt de divers pays et ont été largement utilisés en raison de leurs bonnes propriétés magnétiques, de leur faible coût et de l'abondance de leurs matériaux. Depuis 1990, les matériaux à aimant permanent NdFeB représentaient la moitié de la part de marché mondiale des matériaux à aimant permanent et sont devenus le matériau à aimant permanent préféré pour les moteurs synchrones à aimant permanent. Cela a permis aux résultats de la recherche sur les systèmes de moteurs synchrones à aimants permanents de jouer un rôle important dans le développement social et l'innovation technologique.

2. Application du moteur synchrone à aimant permanent

Au cours des dernières décennies, en raison du développement de nouveaux matériaux, de nouvelles topologies de moteur, d'électronique de puissance, de microprocesseurs et de technologies de roulements, les systèmes d'entraînement de moteur à grande vitesse ont attiré l'attention du monde universitaire et de l'industrie en raison de leur densité de puissance élevée et de leur rendement élevé. . Applications telles que soufflantes, compresseurs centrifuges, systèmes à volant d'inertie, microturbines, pompes, broches, turbocompresseurs, etc. L'un des principaux avantages des moteurs à grande vitesse est de réduire la taille et la masse du système pour une puissance donnée car la puissance de sortie de le moteur est directement proportionnel à la vitesse et au volume. Une autre raison d'utiliser une machine à grande vitesse est la fiabilité accrue due à l'élimination des engrenages intermédiaires, des courroies et autres transmissions. Grâce aux progrès récents dans le domaine de l'électronique de puissance et des matériaux à aimants permanents, un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) plus léger, plus petit et plus efficace que les moteurs à induction conventionnels est devenu une réalité en tant que moteur de traction.

2.1 Aperçu du développement du moteur synchrone à aimant permanent à vitesse variable

Lorsque le moteur synchrone à aimant permanent est chargé, le champ magnétique de l'entrefer est établi conjointement par la force magnétomotrice de l'aimant permanent et la force magnétomotrice de l'induit. La force magnétomotrice de l'induit a une influence sur le champ magnétique de l'entrefer, l'influence de l'onde fondamentale de la force magnétomotrice de l'induit sur le champ magnétique de l'entrefer est appelée réaction d'induit.
Avec l'émergence des aimants permanents alnico et des aimants permanents en ferrite, les indicateurs de performance tels que la résistance thermique et l'énergie magnétique maximale des matériaux magnétiques ont été améliorés, et les moteurs à aimants permanents ont prospéré dans le domaine industriel, avec un paramétrage virtuel flexible et intuitif.

Avec le développement de la technologie des prototypes, la théorie de conception du moteur synchrone à aimant permanent devient de plus en plus parfaite, les méthodes de conception sont constamment enrichies, la structure est plus flexible, les types sont de plus en plus nombreux, le processus a été considérablement amélioré et les possibilités d'application sont de plus en plus étendues, impliquant les industries aérospatiales et de défense, la production industrielle et agricole et la vie familiale.

Avec la mise en œuvre de projets d'économie d'énergie en Chine et l'amélioration de la qualité de vie, la demande du marché en aimants permanents à vitesse variable augmentera considérablement.

Les moteurs synchrones à aimants permanents avec différentes structures de rotor ont des puissances de fonctionnement, des modes de contrôle et des possibilités d'utilisation différents.

2.2 L'état de développement de la stratégie de contrôle du système de contrôle de vitesse du moteur synchrone à aimant permanent

Le moteur synchrone à aimant permanent a été largement utilisé dans l'industrie car il présente les avantages d'une efficacité de travail élevée, d'une densité de puissance élevée et d'une large plage de puissance constante par rapport aux autres moteurs du marché. Tous les entraînements nécessitent un capteur de position pour le contrôle vectoriel de la machine.

Pour un contrôle orienté champ hautes performances, des informations précises sur la position du rotor sont essentielles, qui sont généralement mesurées par un codeur rotatif ou un résolveur. Cependant, l'utilisation de ces capteurs augmente le coût, la taille, la masse et la complexité du câblage, réduisant ainsi la robustesse mécanique et la fiabilité de l'ensemble du système de contrôle PMSM. Les concepteurs préfèrent utiliser les signaux générés par les capteurs de position (comme codeurs incrémentaux) pour estimer la vitesse. Cette approche est généralement limitée par la précision de calcul et l'erreur de quantification des méthodes d'approximation utilisées pour l'estimation de la vitesse.

Les performances dynamiques de la boucle de vitesse nécessitent des gains plus élevés par rapport à la boucle de position externe. Les méthodes d'estimation de la vitesse sont généralement basées sur des informations de position numériques (nombre d'impulsions provenant d'un capteur de position). Une autre méthode consiste à mesurer la durée de l'impulsion et à calculer la vitesse du moteur en superposant l'impulsion générée par le codeur avec le signal d'horloge haute fréquence.

La vitesse peut être estimée en comptant le signal d'horloge à partir des impulsions du codeur puisque la longueur de la position de comptage est une valeur fixe connue. À basse vitesse, certains schémas d’estimation fournissent des résultats médiocres et, par conséquent, le contrôle de la vitesse peut devenir instable.

En général, la recherche sur les systèmes de contrôle de vitesse à courant alternatif des moteurs synchrones à aimants permanents est principalement divisée en deux directions : recherche sur les composants du système et les systèmes de contrôle de vitesse : composants du système tels que les contrôleurs, les entraînements, les capteurs et les corps de moteur, etc. ; Le système de contrôle de vitesse des moteurs synchrones à aimant permanent haute performance signifie que le système présente les avantages d'une réponse dynamique rapide, d'un suivi statique sans défaut et d'une forte capacité anti-interférence.

Les deux méthodes de contrôle sont le contrôle vectoriel et le contrôle direct du couple, et les applications sont différentes dans des situations spécifiques. Les deux méthodes de contrôle contrôlent essentiellement le couple du moteur en contrôlant le courant de l'axe q. La supériorité de ce contrôle peut garantir l’amélioration des caractéristiques dynamiques et statiques du système. En regardant le développement des technologies connexes au cours des dernières années, le schéma de régulation de vitesse des moteurs synchrones à aimants permanents a été amélioré sous contrôle vectoriel et contrôle de couple direct.

La principale mise à niveau consiste à utiliser un nouveau contrôleur pour remplacer le contrôleur PI précédemment utilisé. Après la mise à niveau, les performances sont encore optimisées, telles que le contrôle du mode coulissant variable, le contrôle adaptatif, le contrôle de recul, la linéarisation du feedback, etc. Certains algorithmes ont directement modifié la structure traditionnelle en double boucle fermée et ont obtenu de meilleurs effets de contrôle après avoir trouvé autrement.

Ces méthodes de contrôle incluent le contrôle orienté modèle, le contrôle intelligent, etc. Étant donné que le système de contrôle de vitesse nécessite une grande précision des informations sur la position du rotor, les codeurs mécaniques hautes performances rencontrent des problèmes tels qu'une installation difficile, des performances peu coûteuses (telles que le positionnement absolu) et un fonctionnement instable du système.

Par conséquent, étant donné que le système doit être stable et complet et rentable, dans les années 1970, les gens ont commencé à étudier la technologie sans capteur et la recherche sur cette technologie a obtenu des premiers résultats, certains produits de système de contrôle de vitesse utilisant la technologie sans capteur sont apparus sur le marché. marché.

La technologie de contrôle vectoriel doit coopérer avec un équipement matériel de haute précision dans la mise en œuvre spécifique, et en même temps, elle doit utiliser l'algorithme pour effectuer une compensation raisonnable des paramètres du moteur.

Conclusion 3

Comparé à d'autres systèmes de commande de moteur, le système de commande de moteur synchrone à aimant permanent présente des avantages évidents en termes d'indicateurs d'efficacité tels que l'efficacité du travail et la puissance de couple, de performances de contrôle telles que la vitesse de réponse et la surveillance de haute précision, de flexibilité de conception et de facilité d'application.

Dans le même temps, il présente de larges perspectives d'application dans le domaine des servos hautes performances et dans d'autres occasions, ainsi que dans les occasions exigeant du bruit, telles que les automobiles, les appareils électroménagers et les ventilateurs.

Dans le cadre de la tendance de développement de la mondialisation économique, le marché international est plus ouvert, la demande du marché augmente rapidement et les exigences en matière de performance des produits augmentent de jour en jour.

Par conséquent, le système de commande de moteur synchrone à aimant permanent présente de nombreux avantages et une forte compétitivité sur le marché et est devenu un point chaud de la recherche dans le domaine de la régulation de la vitesse CA. Il est très important d'étudier le système de commande du moteur synchrone à aimant permanent.