深水无刷直流电机系统损耗和温度场的研究

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深水电机一般应用在深海潜水器的主要动力设备中,如电动推进装置,电动水泵装置等,因此对深水电机的相关研究具有重要的意义。由于无刷直流电机具有高可靠性、高功率密度和高效率的特点,深水无刷直流电机在深海勘探电动装置中有着较为广泛的应用。  电机的损耗和温升是限制电机性能提高、影响电机寿命和可靠性的主要因素。由于深水电机的特殊工作环境,本文研究的深水无刷直流电机采用了充油式压力补偿结构,这种结构及其特殊的工作环境使得深水电机的损耗和温升与普通的无刷直流电机相比存在很大的差异,因此本文对深水无刷直流电机及其驱动系统的损耗和温升进行了详细的研究。  对深水无刷直流电机的空载损耗进行了研究。采用基于有限元和分离铁耗模型两种方法对电机的空载铁芯损耗进行了对比研究,给出了电机空载的铁耗密度分布;研究了电机的空载涡流损耗;从原理上研究了深水电机油摩损耗的产生机理,并结合解析公式分析了影响油摩损耗的相关因素。  研究了正弦波驱动与方波驱动对电机损耗的影响。在id=0控制策略下,对比了不同负载对电机损耗的影响,同时分析了电流超前滞后控制对电机损耗的影响。研究了在方波驱动策略下电压导通超前角对电机损耗的影响,并对最优超前角和id=0控制两种控制策略下的电机的损耗进行了对比。  在研究了深水无刷直流电机的损耗的基础上,建立了深水无刷直流电机的三维瞬态温度场求解域模型。研究了海水温度和海水和电机相对速度对电机温度场的影响;建立了控制器的三维稳态温度场计算模型,计算了控制器在方波控制策略下的温升,为控制器的设计提供了一定的依据。  为了验证电机损耗及温升计算的准确性,对深水电机样机进行了一系列的实验研究。对深水无刷直流电机的空载铁芯损耗、油摩损耗和超前角对损耗的影响进行了实验研究,与计算结果进行对比分析;对电机及其控制器的温升进行了测试,验证了温升计算方法的正确性。
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