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工学硕士学位论文

耐压型深水永磁同步电机控制系统研究

硕士研究生:李庆辉
导师:尚静教授
申请学位:工学硕士
学科:电气工程
所在单位:电气工程及自动化学院
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TM351
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

RESEARCH ON THE CONTROL SYSTEM OF
DEEPWATER PMSM UNDER THE HIGH
PRESSURE

Candidate: Li Qinghui
Supervisor: Prof. Shang Jing
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Electrical Engineering
Affiliation: School of Electrical Engineering and
Automation
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
永磁同步电动机控制系统在深水中工作时,为了防止海水对电路中器件的
侵蚀和海水压力对器件的破坏,需要将控制器安放在筒壁很厚的密封耐压筒中。
为了减小筒壁厚度,改善控制器的散热环境,可在将控制器安放在充油平衡的
薄壁容器中。油液一方面能平衡筒壁内外的压力,降低筒的耐压强度要求,另
一方面为控制器提供了一个低热阻的散热途径,提高了散热速度。但压力也会
经油液传至控制器的各元器件,所以必须应用耐压电子技术(PTE)对控制器
进行设计。本文利用耐压电子技术设计出耐压型深水永磁同步电动机控制系统,
使控制器工作在充油环境中,能够直接承受 7000m 水深的压力(70MPa)。
对电子器件进行耐压性能研究。利用耐压电子技术,对电子器件的耐压性
能进行了分析,同时建立了电子器件测试电路,使电路工作在 70MPa 压强下,
通过监测电路的输出参数来判断电子器件的耐压性能。测试结果表明大多数电
子器件是耐压的,只有个别内部有气隙的器件不耐压。并对不耐压的器件进行
耐压改造或替代。
对耐压型控制系统进行硬件和软件设计。根据耐压测试结论,选取耐压电
子器件设计永磁同步电动机的控制电路。利用 C 语言编写控制系统的软件,完
成电流、转速和位置的闭环控制,实现对永磁同步电动机的矢量控制。
对设计的耐压型控制系统进行实验研究。首先在常压下对控制系统的性能
进行测试和分析,测试和分析结果表明控制系统符合额定设计要求;再将整个
控制系统放入 70MPa 的高压筒中,进行强压力环境下的性能测试,控制系统在
70MPa 的压力下能够稳定的工作。通过与常压下的测试结果对比,证明设计的
耐压型控制系统符合耐压设计要求。
对耐压型控制系统的散热性能进行研究。首先建立控制系统温度场计算模
型,然后计算控制系统的热损耗和在不同安放形式下的表面散热系数,利用有
限元软件对控制系统在不同安装形式下的温度场模型进行仿真求解,结果表明
系统在充油环境下的散热性能最好。最后研究筒壁材料对系统散热性能的影响,
为选择筒壁材料提供了一定的参考依据。

关键词:永磁同步电动机;控制系统;耐压电子技术;温度场
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
When the permanent synchronous motor control system works in the
deep water, the controller is needed to be placed into a thick, sealed and
withstanding pressure cylinder to prevent water erosion and the destruction of the
water pressure for the device. In order to reduce the c