任務(wù)計(jì)劃書與開(kāi)題報(bào)告

湖南人文科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文檔案材料題目：同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程優(yōu)化研究學(xué)生姓名：李瑜學(xué)號(hào)08421252系部：通信與控制工程專業(yè)年級(jí)：自動(dòng)化二班2008級(jí)指導(dǎo)教師：肖永濤湖南人文科技學(xué)院教務(wù)處制一、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)書畢業(yè)設(shè)計(jì)題目同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程優(yōu)化研究題目類型理論研究題目來(lái)源教師科研課題畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間2011年12月至2012年6月一、選題的目的及意義現(xiàn)在同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)已十分容易,不同的起動(dòng)方式較好地解決了不同容量同步電機(jī)的正常起動(dòng)和與其相連電網(wǎng)的抗擾能力。尤其是大功率、高電壓同步電動(dòng)機(jī)充分利用變頻起動(dòng)裝置,使電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)到并網(wǎng)平穩(wěn)地過(guò)渡僅在幾分鐘內(nèi)完成。然而高壓、大功率變頻系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜且涉及面廣,一旦系統(tǒng)某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障,受諸多條件限制,很難迅速排除。因電機(jī)無(wú)法起動(dòng),其拖動(dòng)的負(fù)載不能運(yùn)行,企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)鏈由此中斷。停運(yùn)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響企業(yè)的效益。于是在特別的狀態(tài)下要采用同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)法。但同步電動(dòng)機(jī)的投勵(lì)一直是個(gè)困擾其起動(dòng)的難題。目前同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)后的投勵(lì)方式普遍采用“順極性投勵(lì)”方式,“順極性投勵(lì)”定義為:當(dāng)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到95%同步轉(zhuǎn)速以后,選擇合理的投勵(lì)時(shí)刻對(duì)轉(zhuǎn)子繞組施加勵(lì)磁從而牽入同步,順極性區(qū)是指轉(zhuǎn)子施加勵(lì)磁后的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與氣隙合成磁場(chǎng)的作用有利于轉(zhuǎn)子加速牽入同步,理論分析是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)北極和定子磁場(chǎng)南極夾角0-180°范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的順極性投勵(lì)仍然存在對(duì)投勵(lì)時(shí)刻難于控制,電機(jī)投勵(lì)后劇烈振蕩,牽入同步時(shí)間長(zhǎng),特別是在重載情況下投勵(lì)失敗現(xiàn)象很普遍,這時(shí)對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)本身危害最大,電機(jī)在遭受脈振轉(zhuǎn)矩的反復(fù)作用造成不同程度的傷害。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的“最佳順極性”投勵(lì),即在順極性范圍選擇一小的區(qū)間投勵(lì),對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)造成影響最小,更容易牽入同步且牽入時(shí)間更短,定子電流波動(dòng)也最小。無(wú)疑在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)應(yīng)用中,“最佳順極性”投勵(lì)是同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的研究方向。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）介紹同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）掌握同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)與“順極性投勵(lì)”的方法；（3）建立同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的數(shù)學(xué)模型；（5）MATLAB建模仿真以及結(jié)果分析。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求（包括技術(shù)要求、工作要求）題目類型：理論研究、工程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究、軟件開(kāi)發(fā)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等題目來(lái)源：教師科研課題、生產(chǎn)實(shí)際題、社會(huì)現(xiàn)實(shí)題、假想題等四、主要參考資料[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1992[2]毛承雄.同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005[3]楊順昌．電機(jī)矩陣分析[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，1988[4]陳珩．同步電機(jī)運(yùn)行基本理論與計(jì)算機(jī)算法[M]．北京：水利電力出版社，1992[5]許實(shí)章．電機(jī)學(xué)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[6]胡崇岳．現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998[7]鐸良.李善奎.基于MATLAB的同步電動(dòng)機(jī)最佳順極性投勵(lì)的仿真研究[J].大電機(jī)技術(shù),2003,7(2):23-27[8]鐸良.一種新型同步電動(dòng)機(jī)最佳順極性方式的研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2004,8(2):155-159[9]黃席樾.同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),1994,11(6):94-97[10]王兆安.黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2009.6五、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度安排階段工作內(nèi)容起止時(shí)間備注1查資料熟悉題目確定研究方向2011.12.01—2011.12.202掌握同步電動(dòng)機(jī)工作原理以及“順極性投勵(lì)”原理2011.12.21—2012.1.203建立模型與MATLAB仿真2012.1.21—2012.4.014仿真結(jié)果分析和誤差原因2012.4.02—2012.5.055整理文檔與設(shè)計(jì)答辯2012.5.06—2012.6.02指導(dǎo)教師：年月日一、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書

（一）、選題的根據(jù)：1）本選題的理論、實(shí)際意義2）綜述國(guó)內(nèi)外有關(guān)本選題的研究動(dòng)態(tài)和自己的見(jiàn)解眾所周知，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中，對(duì)于那些不需要調(diào)速的機(jī)械負(fù)載，廣泛采用異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。這是由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，而且堅(jiān)固耐用，維修方便；另外，異步電動(dòng)機(jī)的效率較高，機(jī)械特性較軟。但是異步電動(dòng)機(jī)本身沒(méi)有勵(lì)磁，它要從系統(tǒng)吸取感性無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng)。在工業(yè)企業(yè)中，異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁無(wú)功占企業(yè)總無(wú)功需求量的很大比重，異步電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用使系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，如果系統(tǒng)無(wú)功不足，便要造成系統(tǒng)電壓下降。在這點(diǎn)上，同步電動(dòng)機(jī)具有絕對(duì)的優(yōu)越性。同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和工業(yè)使用，有著異步電動(dòng)機(jī)難以比擬的優(yōu)越性。同步電動(dòng)機(jī)較常用的啟動(dòng)方法有拖動(dòng)起動(dòng)、異步起動(dòng)、變頻起動(dòng)。而同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)方法，更是中小型企業(yè)、甚至大型企業(yè)使用同步電動(dòng)機(jī)較為普遍的起動(dòng)方式但是，同步電動(dòng)機(jī)在異步起動(dòng)時(shí)，由于單軸力矩的存在，顯得較為困難，特別是同步電動(dòng)機(jī)的投勵(lì)及牽入同步，一般來(lái)說(shuō)同步電動(dòng)機(jī)的容量較大，如果同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)失敗，不但會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成波動(dòng)，產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)電能、影響同步電動(dòng)機(jī)周圍其他用電設(shè)備的正常工作，甚至無(wú)法工作；如果同步電動(dòng)機(jī)投勵(lì)失敗，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，造成電機(jī)在機(jī)械上和電磁上的波動(dòng)，兩者對(duì)電機(jī)反復(fù)進(jìn)行沖擊，傷害電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組，使得電機(jī)無(wú)法進(jìn)入正常工作狀態(tài)。所以，研究同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程優(yōu)化，提高同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的性能，是非常必要的。同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)過(guò)程可以分為兩個(gè)過(guò)程，即未加勵(lì)磁電流前的異步運(yùn)行過(guò)程和加入勵(lì)磁電流后的牽入同步過(guò)程。在當(dāng)前的工礦企業(yè)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的使用過(guò)程中，大多數(shù)都采用異步起動(dòng)法。所以，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)過(guò)程的研究，就顯得非常的重要。前人對(duì)同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)方法的研究已經(jīng)進(jìn)行得很多了。當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)到0.95倍同步速以后，就可以進(jìn)行投勵(lì)了。而投勵(lì)裝置的研究往往轉(zhuǎn)化到對(duì)順極性投勵(lì)區(qū)域的研究和電機(jī)牽入同步的可靠性方面研究。文獻(xiàn)《淺談同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程順極性投勵(lì)的問(wèn)題》中提到兩種投勵(lì)線路，都是利用模擬電子線路實(shí)現(xiàn)，其中受到環(huán)境、器件自身等因素的影響較多，經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，造成同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行的故障，其投勵(lì)信號(hào)的獲取，是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行采樣，比較而得；文獻(xiàn)《同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》雖然提出利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)順極性投勵(lì)，但是，投勵(lì)信號(hào)也是通過(guò)采集轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組感應(yīng)電勢(shì)得到。由于同步電動(dòng)機(jī)達(dá)到0.95倍同步速時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)的頻率f22.5Hz，感應(yīng)電勢(shì)的值也很低，且干擾信號(hào)較大，這就在一定程度上影響了投勵(lì)信號(hào)的獲得，以至于對(duì)順極性區(qū)域的捕獲不準(zhǔn)確，而失掉順極性。所以，如何得到較為準(zhǔn)確的投勵(lì)信號(hào)，還需要進(jìn)行探索。本文在分析研究同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)過(guò)程的基礎(chǔ)上對(duì)“順極性投勵(lì)”作進(jìn)一步研究以獲取“最佳順極性投勵(lì)”，從而優(yōu)化同步電動(dòng)機(jī)的異步起動(dòng)性能。（二）、研究?jī)?nèi)容：(1)介紹同步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作原理；(2)分析同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)法原理以及“順極性投勵(lì)”的原理；(3)在前人研究的基礎(chǔ)上，分析和研究同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，為建立系統(tǒng)仿真模型奠定理論基礎(chǔ)；(4)利用MATLAB仿真軟件，根據(jù)分析和研究的實(shí)際問(wèn)題，建立同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組外串附加電阻異步起動(dòng)模型、合理利用單軸力矩的同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)仿真模型等，構(gòu)成同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的仿真模型；(5)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較，得出同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)過(guò)程中最佳順極性投勵(lì)的理論依據(jù)。

（三）、研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析研究方法：本文在研究同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)的過(guò)程中，提出利用單片機(jī)和晶閘管控制勵(lì)磁繞組的開(kāi)斷，合理利用同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)過(guò)程中的單軸力矩；通過(guò)研究傳統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)投勵(lì)線路的缺陷，提出了利用“定子電量法”，實(shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)的最佳順極性投勵(lì)。技術(shù)路線：本文運(yùn)用了新型最佳順極性投勵(lì)方法—定子電量法。根據(jù)電機(jī)學(xué)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)基本理論，當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子某相相電流達(dá)最大正幅值時(shí)，定子三相繞組合成磁勢(shì)基波的正幅值正好旋轉(zhuǎn)到該相相軸位置，即定子合成磁場(chǎng)的N極軸線與該相相軸重合?？尚行苑治觯憾ㄗ与娏糠梢詫?shí)現(xiàn)同步電動(dòng)機(jī)的最佳順極性投勵(lì)，是因?yàn)槔脵C(jī)械方法和物理方法，確定轉(zhuǎn)子位置信號(hào)發(fā)生點(diǎn)，從而可以確定同步電動(dòng)機(jī)的最佳投勵(lì)區(qū)間，檢測(cè)定子方電流最大正幅值的時(shí)刻，如果同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，就可以實(shí)現(xiàn)最佳順極性投勵(lì)。（四）、進(jìn)度安排和采取的主要措施階段工作內(nèi)容起止時(shí)間備注1查資料了解選題意義和同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本原理2011.12.01—2011.12.202掌握同步電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)法以及“順極性投勵(lì)”理論2011.12.21—2012.1.203分析異步起動(dòng)過(guò)程中個(gè)變量的計(jì)算建立同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型2012.1.21—2012.4.014MATLAB仿真模型的建立和仿真2012.4.02—2012.5.055整理文檔與設(shè)計(jì)答辯2012.5.06—2012.6.02（五）、主要參考文獻(xiàn)[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1992.[2]毛承雄.同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.[3]楊順昌．電機(jī)矩陣分析[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，1988.[4]陳珩．同步電機(jī)運(yùn)行基本理論與計(jì)算機(jī)算法[M]．北京：水利電力出版社，1992.[5]許實(shí)章．電機(jī)學(xué)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.[6]胡崇岳．現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[7]鐸良,李善奎.基于MATLAB的同步電動(dòng)機(jī)最佳順極性投勵(lì)的仿真研究[J].大電機(jī)技術(shù),2003,7(2):23-27.[8]鐸良.一種新型同步電動(dòng)機(jī)最佳順極性方式的研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2004,8(2):155-159.[9]黃席樾.同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),1994,11(6):94-97.[10]王文友.淺談同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程順極性投勵(lì)問(wèn)題[J].河北電力技術(shù),1989,6(5):38-42.[11]王福忠等．同步電動(dòng)機(jī)電磁力角與最大推力控制策略的研究[J]．煤炭學(xué)報(bào)，2001(3)，307-312.[12]蔣學(xué)權(quán)．試論電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電壓降估算公式[J]．煤礦設(shè)計(jì)，1999，(1)：11-13.（六）、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題指導(dǎo)意見(jiàn)：課題同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程優(yōu)化研究作者姓名李瑜所屬系、專業(yè)、年級(jí)通信與控制工程系自動(dòng)化2008級(jí)開(kāi)題時(shí)間2012.12.28預(yù)計(jì)字?jǐn)?shù)13000左右指導(dǎo)教師意見(jiàn)：指導(dǎo)教師（簽名）：年月日指導(dǎo)小組意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人簽名：年月日二、畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)審表（一）指導(dǎo)教師評(píng)審用表評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)內(nèi)容滿分指導(dǎo)教師評(píng)分選題質(zhì)量20%01選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求502題目的難易度503題目工作量504題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度5能力水平80%05綜合運(yùn)用知識(shí)的能力（涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問(wèn)題難易度）1006應(yīng)用文獻(xiàn)資料的能力507實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）能力1008計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力等）509外文應(yīng)用能力510計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力511對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）1012插圖（或圖紙）質(zhì)量513撰寫水平1014實(shí)用性與科學(xué)性515規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目合理、SI制的使用等）516創(chuàng)見(jiàn)性（只分“有”或“無(wú)”）5總評(píng)分：______________成績(jī)等級(jí)：__________指導(dǎo)教師評(píng)定意見(jiàn)：指導(dǎo)教師簽名：年月日注：1.評(píng)定成績(jī)分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個(gè)等級(jí)，實(shí)評(píng)總分90～100為優(yōu)秀，80～89為良好，70～79為中等，60～69為及格，60分以下為不及格；2.此表用于指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)定。

（二）評(píng)閱教師評(píng)審用表評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)內(nèi)容滿分評(píng)閱教師評(píng)分選題質(zhì)量20%01選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求502題目的難易度503題目工作量504題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度5能力水平80%05綜合運(yùn)用知識(shí)的能力（涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問(wèn)題難易度）1006應(yīng)用文獻(xiàn)資料的能力507實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）能力1008計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力等）509外文應(yīng)用能力510計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力511對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）1012插圖（或圖紙）質(zhì)量513撰寫水平1014實(shí)用性與科學(xué)性515規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目合理、SI制的使用等）516創(chuàng)見(jiàn)性（只分“有”或“無(wú)”）5總評(píng)分：______________成績(jī)等級(jí)：__________評(píng)閱教