开题报告-基于ANSYS的励磁同步电机转子磁极短路故障分析.pdf

中北大学毕业论文开题报告学学生生姓姓名：名：姚琪学学号：号：1105044209学学院：院：计算机与控制工程学院专专业：业：电气工程及其自动化论文题论文题目目：基于ANSYS的励磁同步电机转子磁极短路故障分析指指导导教教师师:刘天野2015年3月31日毕毕业业论论文文开开题题报报告告1选题依据：1.11.1电动机的发展历电动机的发展历史史电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高1。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度2。1.21.2三相同步电机的简要介绍三相同步电机的简要介绍稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60fp其中f为电网频率，p为电机的极对数，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时的同步电机的恒转速为常数而与负载的大小无关3。电机按照能量转换的方法可以分为通过在电机绕组内通电流产生气隙磁场的励磁电机和利用永磁体产生磁场的永磁电机。而此次毕业设计主要研究三相同步电机的励磁电机。同步电机与其他旋转电机一样，由定子和转子两部分组成。旋转磁极式同步电机的定子主要由机座、铁心和定子绕组构成。转子主要由转轴、滑环、铁心和转子绕组构成4。为兼导磁性能和机械强度的要求，转子铁心常采用高强度合金钢制造而成。转子铁心上装有励磁绕组，其两个出线端与两个滑环分别相接。为便于启动，凸极式转子磁极的表面装有黄铜制成的导条，再磁极的两个端面分别用一个铜环将导条连接起来构成一个不完全的笼形启动绕组。下图为，电机电机模型：毕毕业业论论文文开开题题报报告告1.31.3三相同步电机的结构与工作原理三相同步电机的结构与工作原理定子铁心内圆均匀分布着定子槽，槽内且放着按一定规律排列的三相对称交流绕组。转子铁心装有制成一定形状的磁极，磁极上绕有励磁绕组，通以直流电流时，将会在电机的气隙中形成极性相同的分布磁场，称为励磁磁场5。且根据转子形状的不同，电机又可分为凸极式同步电机与隐极式同步电机。凸极式多用于要求低转速场合，其转子粗而短，气隙不均匀。隐极式多用于要求高转速的场合，其转子细而长，气隙均匀6。凸极同步电机隐极同步电机1.41.4同步电机的故障分析和必要性以及电磁学仿真软件同步电机的故障分析和必要性以及电磁学仿真软件随着现代科技的进步，电机已经被广泛地运用到航空航天以及国防事业中，而电机的正常运行也必然影响到整个机电系统的正常运行，当电机内部各部位发生故障或者运行在非正常状态时，如匝间短路，相间短路，转子磁级间短路等，必然会引起电磁参数的变化7。所以对这些故障进行分析并且诊断也是现阶段必不可少的一项任务。与此同时，随着计算机技术的高速发展以及电磁场优化设计和仿真技术的不断完善，经过一代学者们在电磁学的共同努力，形成了以电磁学为基础的对电机进行分析研究和仿真设计计算机辅助软件8。通过在ANSYS公司的Maxwell和Simplorer软件中搭建电机的模型并对各种可能发生的故障进行仿真实验，可以准确的获得电机在正常情况以及故障情况下的电磁场分布及相应性能曲线，从而为电机性能和故障的诊断提供科学的依据9。1.51.5三相同步电机转子磁极短路分析三相同步电机转子磁极短路分析同步电机由转子和定子组成，不过若要三相同步电机的运行时，需要在励磁绕组中通入直流电流，建立励磁磁场，将供应励磁电流的整个装置称为励磁系统10。励磁系统是同步电动机的重要组成部分，并可分为两大类。一是采用直流发电机供给励磁电流，二是通过整流装置将交流电流变为直流电流11。具体分为三种类型，第一重毕毕业业论论文文开开题题报报告告发电机励磁系统，第二种是静止式交流整流励磁系统，第三种是旋转式交流整流励磁系统12。凸极转子包含偶数个数个用导线缠绕的磁极。在这种结构上，每个独立的磁极间，其上缠绕的导线和铜板都是相互绝缘的13。随着使用年限的增加，电机的寿命，运行环境，电机内部污染物的堆积以及工人恩不规范的操作都可能会造成转子相互独立的磁极间的短路，这是就必须强制停机并对电机进行检查14。目前为止，国内外仍然没有一种简单有效的方法来监控这种短路故障15。通过此次设计可以更进一步学习电机的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。毕毕业业论论文文开开题题报报告告设计方案：2.12.1目标目标利用DAQ设备从工厂实地取得电机的完整数据，通过AnsysMaxwell和Simplorer模拟转子短路的效果。2.22.2拟采用的研究手段拟采用的研究手段通过学习与实验，了解和掌握软件AnsysMaxwell和Simplorer，在Maxwell的Rmxprt模型中选择“three-phasesynchronousmotor”并且并且输入取得的数据，建立初步模型，再将模型导入Maxwell2D软件中，选定其中一个凸极，修改上面的匝数，再引入电机外电路编辑器（circuiteditorinMaxwell）通过压控开关，来决定短路的时间。比较短路与非短路是模拟运行的情况。再将模型导入到AnsysSimplorer中，搭建完整的励磁系统，与供电电路，来模拟实际运行中短路中的各种情况。下图为，基本的电机模型与外电路模型：参考文献参考文献1汤藴璆.电机学J.北京：机械工业出版社.2008.52王兆安.电力电子技术M.北京：机械工业出版社.2008.73徐大中.电机控制M.杭州：浙江大学出版社.2002.54TongLiu.SensorlessAdaptiveNeutralNetworkControlofPermanentMagnetSynchronousMotor.ElectricMachinesandDrives1999.InternationalConferenceIEMD991999287289.5徐艳平.同步电机矢量控制和直接转矩控制的研究J.黑龙江：哈尔滨工业大学出版社.2010:256唐任远.现代永磁电机理论与设计M.北京：机械工业出版社.2006.77H.Toda.Rotoreddy-currentlossinpermanentmagnetbrushlessmachines.IEEETrans.Magn.Vol.40pp.20048谢龙汉.ANSYS电磁场分析M.北京：电子工业出版社.2012.019杨浩东.永磁同步电机电磁振动分析.浙江大学博士学位论文2000.510陈阳生.高速永磁电机铁耗的分析和计算J.电机与控制学报:2010（09）:263011于莉.高速永磁无刷电机铁耗的分析J.电机与控制学报:2007（07）:263012李鲲鹏.高速电机电路模型和铁耗的分析与计算M.南京：南京大学出版社.2006.1113亚平.当代电动机原理M.北京：中国科学文化出版社.2003.1114胡强敏.电机学M.北京：中国电力出版社.2005.815许晓峰.电机及拖动M.北京：高等教育出版社.2007.11毕毕业业论论文文开开题题报报告告指导教师意见指导教师意见：从姚琪同学的文献综述，可以看出该同学已经在阅读大量文献资料后对即将进行的工作有了较为深刻的认识。在文献综述中姚琪同学介绍了三相同步电机的发展现状，以及电机转子短路的相关基础知识，进而提出了如何在软件中模拟电机转子短路。姚琪同学的文献