新型無刷雙饋電動機及調速系統(tǒng)的研究開題報告.doc

開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標準格式（可從電氣系網頁或各教研室FTB上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見。3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊），其中至少應包括1篇外文資料；對于重要的參考文獻應附原件復印件，作為附件裝訂在開題報告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨成冊，隨畢業(yè)設計說明書等資料裝入文件袋中。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1文獻綜述：結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫3000字左右的文獻綜述，文后應列出所查閱的文獻資料。文 獻 綜 述 -新型無刷雙饋電動機及調速糸統(tǒng)的研究0、序言隨著經濟的發(fā)展， 電能作為當代主要能源，越發(fā)顯得重要。70年代兩次世界性的能源危機以及解決環(huán)境問題的迫切性，引起了世界各國節(jié)電技術的更大關注。而最近許多國家和我國電力的緊缺，更給全球的經濟和人民日常生活帶來了極大的不便，因此，節(jié)電技術再次引起人們的廣泛關注。新型無刷雙饋電機作為一種新型電機，以其自己的技術優(yōu)勢，很快就吸引了廣大研究者的注意。1、變頻調速 調速的主要意義有：1）、提高產品質量；2）、提高工作效率；3）、節(jié)約能源。隨著工農業(yè)生產的不斷發(fā)展和進步，人們對調速的要求也越來越高。但在20世紀的大部分時間里，直流調速以其控制簡單、調速平滑、性能良好的特點，占據著調速的主導地位，但是，它的弱點是：直流電機有一個故障率較高的換向器和電刷。而交流調速卻避免使用換向器和電刷。使得使用交流電動機更具有吸引力因為交流電機結構簡單，維護方便；電樞電壓和電流不受換向器限制，可在環(huán)境惡劣條件下工作等，因此人們一直在尋求一種既可靠又方便的交流調速方法。過去我們常用的交流調速方法有:1）、調壓調速；2）、串電阻調速；3）、滑差電機凋速、液力偶合器調速；4）、可控硅串級調速；5）、變極對數調速等，但是這些調速方式都有各自明顯的弱點，要么損耗大，效率低；要么調速范圍小或平滑性差，動作復雜，直至電子技術飛速發(fā)展和變頻技術日趨成熟的今日，交流調速才出現了新的面貌。隨著變頻技術的發(fā)展，用交流電機的調速傳動系統(tǒng)取代直流傳動系統(tǒng)是一種必然的趨勢。和其他交流調速相比變頻調速具有一系列的優(yōu)點，是一種最理想，最有發(fā)展前途的調速方式。在它發(fā)展之初，由于變頻器價格的昂貴和控制系統(tǒng)的復雜，在一定程度上阻礙了它的應用，變頻調速方法在調速過程中，從高速到低速都可以保持有限的轉差率，并巳有高效率、寬范圍和高精度的調速性能?？梢哉f變頻調速是交流電動機的一種比較合理和理想的調速方法。但是，無刷雙饋電機的出現和電力電子的發(fā)展，變頻調速將得到更廣泛的應用。這是因為無刷雙饋變頻調速系統(tǒng)與其他調速系統(tǒng)相比，具有以下突出優(yōu)點：通過變頻器的功率僅占電動機總功率的一小部分，可以大大降低變頻器的容量，從而降低了調速系統(tǒng)的成本；功率因數可調，可以提高調速系統(tǒng)的力能指標；與有刷雙饋和串調系統(tǒng)相比，取消了電刷和滑環(huán)提高了系統(tǒng)運行的可靠性；即使在變頻器發(fā)生故障的情況下，電動機仍然可以運行于感應電動機狀態(tài)下；電機的運行轉速僅與功率繞組和控制繞組的頻率及其相序有關，而與負載轉矩無關，因此電機具有硬的機械特性。2、交流調速控制系統(tǒng)電機控制系統(tǒng)主要分為速度控制和位置控制兩大類。傳統(tǒng)的電氣傳動控制一般指速度控制系統(tǒng)。由于交流調速控制系統(tǒng)克服了直流調速系統(tǒng)維護困難及難以實現高速電氣傳動等弱點，其發(fā)展迅速。目前，交流調速控制主要有以下幾種：同步電機控制系統(tǒng)；異步電機調速控制系統(tǒng) 。其中，前者又可分為：自控式同步電機控制系統(tǒng)；交-交變頻供電；正弦波永磁同步電機控制系統(tǒng) ；方波永磁同步電機控制系統(tǒng)。后者可分為：VVVF變頻調速控制系統(tǒng)；矢量控制系統(tǒng)；轉差頻率矢量控制系統(tǒng)；直接轉矩控制系統(tǒng) 。3、無刷雙饋電機無刷雙饋電機() 目前主要有2種類型,即無刷雙饋異步電機()和無刷雙饋磁阻電機()，我們這里說的是無刷雙饋異步電機.。它作為串級電機的沿伸和發(fā)展,繼承了串級電機的運行特點,其運行性能類似于同步機,具有可調的功率因數和優(yōu)良的四象限運行能力,變速運行時所需變頻器容量較標準變頻調速系統(tǒng)大為減少,降低了系統(tǒng)成本.此外電機采用簡單牢固的類鼠籠轉子結構,使無刷雙饋電機的應用越來越受到重視.。 無刷雙饋電機的原理簡圖如圖1所示?；窘Y構是一個定子，一個轉子，一套公共磁路，定于繞組有兩套對應不同極數的出線端，一套出線接往工頻三相電源作為主功率繞組，另外一套接變頻電源作為控制繞組；轉子采用自行閉合的環(huán)路結構。無刷雙饋電機特殊的磁場交叉耦合的運行原理使電機達到穩(wěn)定同步運行狀態(tài)時在兩種極數確定的情況下，通過改變控制繞組變頻器輸出的頻率來調節(jié)轉速，實現無級調速，調速的范圍與極數和兩套電源的輸出頻率有關，具體的轉速表達式如下。 與傳統(tǒng)的交流電機相比(包括異步電機和同步電機),它具有如下特點:(1) 電機身實現了交流電機的無刷化。由于電機轉子采用了不需引向外部電路的籠型轉子或磁阻式結構3,4,所以電機無滑環(huán)和電刷,結構上更加安全可靠,降低了維護和運行費用。(2) 可方便地實現多種運行方式。通過改變主、副繞組的供電方式,可以象繞線式感應電機一樣,實現電機的軟起動、異步運行、同步運行、串級調速和雙饋調速等多種運行方式。(3) 當作為變頻調速電機應用于電氣傳動系統(tǒng)時,只需由變流器為電機的副繞組提供“轉差功率”,因此可降低所需變流器的容量,降低系統(tǒng)成本。 根據無刷雙饋電機的上訴特點，可以看出與普通交流電機的設計相比，無刷雙饋電機的設計帶有其特殊性。在無刷雙饋電機的設計中，我們主要考慮了以下幾個方面的問題：極數選擇、定子繞組結構形式、轉子型式和槽數的選擇以及它的電磁設計。4、仿真 精確的仿真對于大量減少設計和模擬的試驗費用，從而減少總體成本和縮短從構思到產品的滯后時間是十分必要的。對于新型無刷雙饋電機的研究，仿真更是一種必不可少研究手段。我們在這里將采用MATLAB/SIMULIK仿真工具對整個系統(tǒng)進行仿真，其中，包括控制系統(tǒng)的仿真、無刷雙饋電機數學模型的仿真、變頻器的仿真。然后通過對整個系統(tǒng)的仿真，對所作的系統(tǒng)性能進行評價。結束語無刷雙饋電機是在串極電機基礎上，對轉子結構進行改進并采用電力電子和新的控制策略的一種新型電機。由于它可以在無刷的情況下實現雙饋，速度及功率因數均節(jié)，既可同步運行又可異步運行，且變流裝置只需處理滑差功率，裝置容量比電機容量小得多，減小了電網的污染，因此在變頻調速和變速恒頻發(fā)電領域具有重大研究價值和實際應用意義，得到國內外研究者的日益重視。它必將在不久的將來，在大容量調速系統(tǒng)和變速恒頻恒壓發(fā)電系統(tǒng)中獲得廣泛的應用，取得較大的經濟和社會效益。參考文獻1.黃立培 電動機控制 清華大學出版社 2003 2.湯蘊繆 史乃 電機學 機械工業(yè)出版社 19993.邱阿瑞 電機與電力拖動 電子工業(yè)出版社 20024.肖強暉 現代交流調速系統(tǒng) 光明日報出版社 20025.黃操軍 陳潤恩 王桂英 交流技術基礎及應用 中國水利水電出版社 20016.陳國呈 PWM變頻調速及軟開關電力變換技術 機械工業(yè)出版社 20017.張燕賓 SPWM變頻調速應用技術 機械工業(yè)出版社 20028.薛傅 變頻調速裝置的特性及應用 輕金屬 2000年第12期9.李松遼 郭貴云 談妙琪 無刷雙饋變頻調速電機的原理分析 重慶銅鐵設計研究院 電氣傳動1997年第6期10.無刷雙饋電機的控制策略 章瑋 中小型電機2000，27（6）11.楊向宇，勵慶孚 無刷雙饋調速電機穩(wěn)態(tài)運行特性分析 西安交通大學學報 第34卷第4期12.王兆安 黃俊 電力電子技術 機械工業(yè)出版社 200213.張曉華 控制系統(tǒng)數字仿真與CAD 機械工業(yè)出版社 200314.陳世昆 電機設計 機械工業(yè)出版社 200015. S.Williamson and A.C.Ferreira,Generalized Theory of the Brushless Doubly-fed Machine;Part2;Model Verification and Performance,IEE proc,Electrical Power Application,1997,144(2):123-12916.鄧華 MATLAB通信仿真及應用實例詳解 人民郵電出版社 200317歐陽紅林 周臘吾 黃守道 無刷雙饋電機的調速原理及應用探討 防爆電機 2000年第1期 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現狀和前景展望；三、課題主要內容和要求；四、研究方法、步驟和措施 開 題 報 告1、課題的目的與意義交流變頻調速傳動的發(fā)展趨勢已表明，其性能完全可和直流調速傳動相媲美、相抗衡，并在逐步取代直流調速傳動系統(tǒng)，它在電氣傳動的應用，可簡化設備結構、節(jié)省電能、提高技術性能。目前我國變頻調速傳動系統(tǒng)應用推廣緩慢，而對無刷雙饋電機的研究，只是原理、性能以及電機的建模方面進行一些理論研究，很少進入實驗研究階段。 另外，無刷雙饋電機作為變速恒頻交流發(fā)電機，應用于水力或風力發(fā)電系統(tǒng)時，不但可以節(jié)能降耗、提高經濟效益，而且還可以大大提高發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。假如無刷雙饋電機的開發(fā)以耗電量占全國總發(fā)是電量的 31% 的風機、泵類機械為重點市場，在全國保有量的3700 萬臺中的30進行調速節(jié)能改造，年節(jié)電約120億kw/h，約合80億元，那么設備改造費用可在11.5年內回收。2、課題發(fā)展現狀及展望 目前，國外對無刷雙饋電機的研究己從對電機結構的改進階段，發(fā)展到通過建立比較準確實用的數學模型，開始尋找適于無刷雙饋電機的控制方法，從而促進它進入實用化的階段。美國oregon州立大學在建模及控制策略方面做了較多的研究，先后提出了網路模型、dq軸數學模型、同步數學模型及基于這三種模型的多種控制方法.近來，無刷雙饋電機應用方面的研究也比較熱門，如風力發(fā)電、水力發(fā)電、中高壓調速系統(tǒng)等?？偟目磥?，無刷雙饋電機尚處于應用基礎研究階段，還未普遍推廣應用。 國內對同步電機的無刷勵磁、異步化同步電機、繞線式異步電機雙饋調速都有不同程度的研究，然而對無刷雙饋電機的研究卻極少見。從九十年代開始，才有一些大專院校（如沈陽工業(yè)大學、浙江大學、西安交通大學等）和一些研究機構對無刷雙饋電機進行了一定的研究，但是國內研究文獻大部分只是對這種電機的原理及性能做過簡單介紹，并沒有對其進行深入探討。國內尚未見到公開發(fā)表的無刷雙饋電機樣機實驗數據的有關報道和文獻。無刷雙饋電機是一種結構相對簡單，加工比較方便，堅固可靠的電機。它具有異同步通用的特點，可以在沒有電刷的情況下實現雙饋電，從而具有轉速穩(wěn)定（同步速）、功率因數可調、效率高的優(yōu)點。對于那些中高壓的場合，傳統(tǒng)調速系統(tǒng)必須采用耐高壓的GTO或GTR，開關頻率不能過高，因此性能不夠理想。如果采用無刷雙饋電機，那么就可以使用具有較低耐壓的IGBT，開關頻率可以大大提高，系統(tǒng)性能得到優(yōu)化。而且，在變頻器出現故障的情況下，無刷雙饋電機可以作為普通異步電機運行，這對于那些絕對不允許停機的場合十分重要。同時無刷雙饋電機作為一種新型電機，由于它可以在無刷的情況下實現雙饋，速度及功率因數均可調節(jié)，既可同步運行又可異步運行，且變流裝置功率容量小，減小了對電網的污染，因此它必將在不久的將來，在中大容量調速系統(tǒng)和變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中獲得廣泛的應用，取得較大的經濟和社會效益。3、課題主要內容和要求1、比較、分析各類調速方法及特點;2、掌握無刷雙饋電動機的基本原理及特性;3、建立無刷雙饋電動機及系統(tǒng)的數學模型;4、分析無刷雙饋電動機結構及應用;5、無刷雙饋電動機電磁設計的研究;4、研究方法、步驟和措施 我們是以無刷雙饋異步電機為研究對象，由于它是一種新型電機，目前還沒有很成熟的理論，因此，我們的研究方法主要有以下幾種：利用現有的參考文獻；建立數學模型的方法；利用MATLAB/