新型无刷双馈电动机及调速系统的研究开题报告.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用A4纸，并装订单独成册，随毕业设计说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写3000字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述 -新型无刷双馈电动机及调速糸统的研究0、序言随着经济的发展， 电能作为当代主要能源，越发显得重要。70年代两次世界性的能源危机以及解决环境问题的迫切性，引起了世界各国节电技术的更大关注。而最近许多国家和我国电力的紧缺，更给全球的经济和人民日常生活带来了极大的不便，因此，节电技术再次引起人们的广泛关注。新型无刷双馈电机作为一种新型电机，以其自己的技术优势，很快就吸引了广大研究者的注意。1、变频调速 调速的主要意义有：1）、提高产品质量；2）、提高工作效率；3）、节约能源。随着工农业生产的不断发展和进步，人们对调速的要求也越来越高。但在20世纪的大部分时间里，直流调速以其控制简单、调速平滑、性能良好的特点，占据着调速的主导地位，但是，它的弱点是：直流电机有一个故障率较高的换向器和电刷。而交流调速却避免使用换向器和电刷。使得使用交流电动机更具有吸引力因为交流电机结构简单，维护方便；电枢电压和电流不受换向器限制，可在环境恶劣条件下工作等，因此人们一直在寻求一种既可靠又方便的交流调速方法。过去我们常用的交流调速方法有:1）、调压调速；2）、串电阻调速；3）、滑差电机凋速、液力偶合器调速；4）、可控硅串级调速；5）、变极对数调速等，但是这些调速方式都有各自明显的弱点，要么损耗大，效率低；要么调速范围小或平滑性差，动作复杂，直至电子技术飞速发展和变频技术日趋成熟的今日，交流调速才出现了新的面貌。随着变频技术的发展，用交流电机的调速传动系统取代直流传动系统是一种必然的趋势。和其他交流调速相比变频调速具有一系列的优点，是一种最理想，最有发展前途的调速方式。在它发展之初，由于变频器价格的昂贵和控制系统的复杂，在一定程度上阻碍了它的应用，变频调速方法在调速过程中，从高速到低速都可以保持有限的转差率，并巳有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以说变频调速是交流电动机的一种比较合理和理想的调速方法。但是，无刷双馈电机的出现和电力电子的发展，变频调速将得到更广泛的应用。这是因为无刷双馈变频调速系统与其他调速系统相比，具有以下突出优点：通过变频器的功率仅占电动机总功率的一小部分，可以大大降低变频器的容量，从而降低了调速系统的成本；功率因数可调，可以提高调速系统的力能指标；与有刷双馈和串调系统相比，取消了电刷和滑环提高了系统运行的可靠性；即使在变频器发生故障的情况下，电动机仍然可以运行于感应电动机状态下；电机的运行转速仅与功率绕组和控制绕组的频率及其相序有关，而与负载转矩无关，因此电机具有硬的机械特性。2、交流调速控制系统电机控制系统主要分为速度控制和位置控制两大类。传统的电气传动控制一般指速度控制系统。由于交流调速控制系统克服了直流调速系统维护困难及难以实现高速电气传动等弱点，其发展迅速。目前，交流调速控制主要有以下几种：同步电机控制系统；异步电机调速控制系统 。其中，前者又可分为：自控式同步电机控制系统；交-交变频供电；正弦波永磁同步电机控制系统 ；方波永磁同步电机控制系统。后者可分为：VVVF变频调速控制系统；矢量控制系统；转差频率矢量控制系统；直接转矩控制系统 。3、无刷双馈电机无刷双馈电机() 目前主要有2种类型,即无刷双馈异步电机()和无刷双馈磁阻电机()，我们这里说的是无刷双馈异步电机.。它作为串级电机的沿伸和发展,继承了串级电机的运行特点,其运行性能类似于同步机,具有可调的功率因数和优良的四象限运行能力,变速运行时所需变频器容量较标准变频调速系统大为减少,降低了系统成本.此外电机采用简单牢固的类鼠笼转子结构,使无刷双馈电机的应用越来越受到重视.。 无刷双馈电机的原理简图如图1所示。基本结构是一个定子，一个转子，一套公共磁路，定于绕组有两套对应不同极数的出线端，一套出线接往工频三相电源作为主功率绕组，另外一套接变频电源作为控制绕组；转子采用自行闭合的环路结构。无刷双馈电机特殊的磁场交叉耦合的运行原理使电机达到稳定同步运行状态时在两种极数确定的情况下，通过改变控制绕组变频器输出的频率来调节转速，实现无级调速，调速的范围与极数和两套电源的输出频率有关，具体的转速表达式如下。 与传统的交流电机相比(包括异步电机和同步电机),它具有如下特点:(1) 电机身实现了交流电机的无刷化。由于电机转子采用了不需引向外部电路的笼型转子或磁阻式结构3,4,所以电机无滑环和电刷,结构上更加安全可靠,降低了维护和运行费用。(2) 可方便地实现多种运行方式。通过改变主、副绕组的供电方式,可以象绕线式感应电机一样,实现电机的软起动、异步运行、同步运行、串级调速和双馈调速等多种运行方式。(3) 当作为变频调速电机应用于电气传动系统时,只需由变流器为电机的副绕组提供“转差功率”,因此可降低所需变流器的容量,降低系统成本。 根据无刷双馈电机的上诉特点，可以看出与普通交流电机的设计相比，无刷双馈电机的设计带有其特殊性。在无刷双馈电机的设计中，我们主要考虑了以下几个方面的问题：极数选择、定子绕组结构形式、转子型式和槽数的选择以及它的电磁设计。4、仿真 精确的仿真对于大量减少设计和模拟的试验费用，从而减少总体成本和缩短从构思到产品的滞后时间是十分必要的。对于新型无刷双馈电机的研究，仿真更是一种必不可少研究手段。我们在这里将采用MATLAB/SIMULIK仿真工具对整个系统进行仿真，其中，包括控制系统的仿真、无刷双馈电机数学模型的仿真、变频器的仿真。然后通过对整个系统的仿真，对所作的系统性能进行评价。结束语无刷双馈电机是在串极电机基础上，对转子结构进行改进并采用电力电子和新的控制策略的一种新型电机。由于它可以在无刷的情况下实现双馈，速度及功率因数均节，既可同步运行又可异步运行，且变流装置只需处理滑差功率，装置容量比电机容量小得多，减小了电网的污染，因此在变频调速和变速恒频发电领域具有重大研究价值和实际应用意义，得到国内外研究者的日益重视。它必将在不久的将来，在大容量调速系统和变速恒频恒压发电系统中获得广泛的应用，取得较大的经济和社会效益。参考文献1.黄立培 电动机控制 清华大学出版社 2003 2.汤蕴缪 史乃 电机学 机械工业出版社 19993.邱阿瑞 电机与电力拖动 电子工业出版社 20024.肖强晖 现代交流调速系统 光明日报出版社 20025.黄操军 陈润恩 王桂英 交流技术基础及应用 中国水利水电出版社 20016.陈国呈 PWM变频调速及软开关电力变换技术 机械工业出版社 20017.张燕宾 SPWM变频调速应用技术 机械工业出版社 20028.薛傅 变频调速装置的特性及应用 轻金属 2000年第12期9.李松辽 郭贵云 谈妙琪 无刷双馈变频调速电机的原理分析 重庆铜铁设计研究院 电气传动1997年第6期10.无刷双馈电机的控制策略 章玮 中小型电机2000，27（6）11.杨向宇，励庆孚 无刷双馈调速电机稳态运行特性分析 西安交通大学学报 第34卷第4期12.王兆安 黄俊 电力电子技术 机械工业出版社 200213.张晓华 控制系统数字仿真与CAD 机械工业出版社 200314.陈世昆 电机设计 机械工业出版社 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.邓华 MATLAB通信仿真及应用实例详解 人民邮电出版社 200317欧阳红林 周腊吾 黄守道 无刷双馈电机的调速原理及应用探讨 防爆电机 2000年第1期 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施 开 题 报 告1、课题的目的与意义交流变频调速传动的发展趋势已表明，其性能完全可和直流调速传动相媲美、相抗衡，并在逐步取代直流调速传动系统，它在电气传动的应用，可简化设备结构、节省电能、提高技术性能。目前我国变频调速传动系统应用推广缓慢，而对无刷双馈电机的研究，只是原理、性能以及电机的建模方面进行一些理论研究，很少进入实验研究阶段。 另外，无刷双馈电机作为变速恒频交流发电机，应用于水力或风力发电系统时，不但可以节能降耗、提高经济效益，而且还可以大大提高发电系统的可靠性。假如无刷双馈电机的开发以耗电量占全国总发是电量的 31% 的风机、泵类机械为重点市场，在全国保有量的3700 万台中的30进行调速节能改造，年节电约120亿kw/h，约合80亿元，那么设备改造费用可在11.5年内回收。2、课题发展现状及展望 目前，国外对无刷双馈电机的研究己从对电机结构的改进阶段，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，开始寻找适于无刷双馈电机的控制方法，从而促进它进入实用化的阶段。美国oregon州立大学在建模及控制策略方面做了较多的研究，先后提出了网路模型、dq轴数学模型、同步数学模型及基于这三种模型的多种控制方法.近来，无刷双馈电机应用方面的研究也比较热门，如风力发电、水力发电、中高压调速系统等。总的看来，无刷双馈电机尚处于应用基础研究阶段，还未普遍推广应用。 国内对同步电机的无刷励磁、异步化同步电机、绕线式异步电机双馈调速都有不同程度的研究，然而对无刷双馈电机的研究却极少见。从九十年代开始，才有一些大专院校（如沈阳工业大学、浙江大学、西安交通大学等）和一些研究机构对无刷双馈电机进行了一定的研究，但是国内研究文献大部分只是对这种电机的原理及性能做过简单介绍，并没有对其进行深入探讨。国内尚未见到公开发表的无刷双馈电机样机实验数据的有关报道和文献。无刷双馈电机是一种结构相对简单，加工比较方便，坚固可靠的电机。它具有异同步通用的特点，可以在没有电刷的情况下实现双馈电，从而具有转速稳定（同步速）、功率因数可调、效率高的优点。对于那些中高压的场合，传统调速系统必须采用耐高压的GTO或GTR，开关频率不能过高，因此性能不够理想。如果采用无刷双馈电机，那么就可以使用具有较低耐压的IGBT，开关频率可以大大提高，系统性能得到优化。而且，在变频器出现故障的情况下，无刷双馈电机可以作为普通异步电机运行，这对于那些绝对不允许停机的场合十分重要。同时无刷双馈电机作为一种新型电机，由于它可以在无刷的情况下实现双馈，速度及功率因数均可调节，既可同步运行又可异步运行，且变流装置功率容量小，减小了对电网的污染，因此它必将在不久的将来，在中大容量调速系统和变速恒频发电系统中获得广泛的应用，取得较大的经济和社会效益。3、课题主要内容和要求1、比较、分析各类调速方法及特点;2、掌握无刷双馈电动机的基本原理及特性;3、建立无刷双馈电动机及系统的数学模型;4、分析无刷双馈电动机结构及应用;5、无刷双馈电动机电磁设计的研究;4、研究方法、步骤和措施 我们是以无刷双馈异步电机为研究对象，由于它是一种新型电机，目前还没有很成熟的理论，因此，我们的研究方法主要有以下几种：利用现有的参考文献；建立数学模型的方法；利用MATLAB/SIMINLIC软件仿真。 利