項目工程碩士-開題報告書

1、-. z. 理 工 大 學研究生學位論文開題報告學 號： 學生：孔祥偉學位級別：工程碩士專業(yè)名稱： 電氣控制工程 研究方向：永磁電機導師：上官璇峰填 表 日 期：2009年10月8日理工大學研究生處制說 明抓好研究生學位論文的開題報告是保證論文質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。為了加強對研究生培養(yǎng)的過程管理，規(guī)研究生學位論文的開題報告，特印發(fā)此表。研究生一般應在結(jié)束課程學習之后的第一個學期通過文獻調(diào)研，主動跟導師討論，完成學位論文的開題報告。研究生的學位論文開題報告，應該在學位授予點（或相應的研究室，教研室）組織的學術報告會上報告，聽取意見，論證后再填寫此表。此表經(jīng)過導師和有關人員簽字后，一式三份，交研究生

2、工作秘書處，研究生工作秘書匯總后，交研究生處培養(yǎng)辦公室一份（備查）。研究生在申請學位論文答辯時， 必須提交研究生工作秘書處的那份開題報告。本報告存入研究生技術檔案，是學位評定材料之一，填寫要認真，要求用5號宋體字體，A4紙雙面打印，如欄填寫不下，可另加附頁。研究題目：永磁電機課題來源：自擬題目一、文獻綜述與選題依據(jù)（選題的理論依據(jù)和實用價值、前人在本研究領域的成果、國外目前的研究動向及進展），并列出主要參考文獻目錄（以文獻綜述”中出現(xiàn)先后為序進行編號，且編號與文獻綜述”中標注一致，書寫格式按國標GB7714-87執(zhí)行，要求參考文獻：博士研究生不少于50篇，碩士研究生不少于30篇；其中外文文獻：

3、博士研究生不少于30篇，碩士研究生不少于15篇）：（可加附頁）1、理論依據(jù) 在科技經(jīng)濟高速發(fā)展的時代里，大多數(shù)先進控制的動力源來自各種各樣的電機，而電機是以磁場為媒介進行機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的電磁裝置。為了使電機結(jié)構簡單，運行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；形狀尺寸靈活等。為此，人們對在電機建立機電能量轉(zhuǎn)換所必需的氣隙磁場進行研究，即永磁電機的設計，關鍵在于永磁材料。對永磁材料的要求如下：（1）足夠大的氣隙磁場；（2）磁性能穩(wěn)定；（3）良好的機械性能；（4）經(jīng)濟性能好。2、實用價值 隨著現(xiàn)代電力電子技術的迅猛發(fā)展和器件價格的不斷降低，人們越來越多的用變頻電源和交流電動機組成的交流調(diào)速系統(tǒng)

4、來代替直流調(diào)速系統(tǒng)。永磁電機具有工藝簡單、維護簡便、耗材少、體積小、質(zhì)量輕、噪聲小、振動小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點，所以永磁電機廣泛的應用于航空航天領域、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電機、汽車業(yè)和家用電器等，因此研究本課題具有現(xiàn)實意義。3、前人在本研究領域的成果永磁電機的發(fā)展和永磁材料的發(fā)展密切相關，19世紀20年代出現(xiàn)的世界上第一臺電機就是由永磁體產(chǎn)生的勵磁磁場的永磁電機。當時所用的永磁材料是天然的磁鐵礦石（Fe3O4）,磁能密度很低，電機體積龐大，被電勵磁電機取代。由于各種電機迅速發(fā)展的需要和電流充磁器的發(fā)明，人們對永磁材料的進行深入的研究，相繼發(fā)現(xiàn)了碳鋼、鎢鋼（最大磁能積約2.7KJm= 2

5、* Arabic2）、鈷鋼（最大磁能積約7.2KJm= 2 * Arabic2）等多種永磁材料，特別是20世紀30年代、50年代分別出現(xiàn)的鋁鎳鈷永磁和鐵氧體永磁，磁性能有了很大的提高。永磁電機的功率從數(shù)毫瓦到幾十千瓦，在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛的應用。但是，鋁鎳鈷永磁的嬌頑力偏低（36160KAm），鐵氧體永磁的剩磁密度不高(0.20.44T)，限制了它們在電機中的應用圍。一直到20世紀60年代和80年代，稀土鈷永磁和釹鐵硼相繼問世，永磁電機的發(fā)展進入一個新的歷史時期。稀土材料發(fā)展大致分為三個階段，1967年美國K.J.Strnat教授發(fā)現(xiàn)的釤鈷永磁為第一代稀土永磁，其化學式可表

6、示為RCO5（其中R代表釤、鐠等稀土元素），簡稱1：5稀土型稀土永磁，產(chǎn)品的最大磁能積現(xiàn)已超過199KJm3(25MG.Oe)。1973年又出現(xiàn)了磁性能更好的的第二代稀土永磁，其化學式為R2CO17，簡稱2：17型稀土永磁，產(chǎn)品的最大磁能積達到258.6KJm3(32.5MG.Oe)。1983年日本住友特殊金屬公司和美國的通用汽車公司各自研制成功釹鐵硼(NdFeB)永磁，在實驗室的最大磁能積達到431.3KJm3(54.2MG.Oe)，商品生產(chǎn)已達到397.9KJm3(50MG.Oe)，稱為第三代稀土永磁。稀土材料磁性能高，價格低，不含戰(zhàn)略物資-鈷，因此引起國外磁學界和電機界的大量研究。與此對

7、應的稀土電機的研究和開發(fā)大致可分為三個階段：第一階段，60年代后期和70年代，由于稀土鈷永磁價格昂貴，研究開發(fā)重點是航空、航天用電機和要求高性能而價格不是主要因素的高科技領域。第二階段，80年代，特別是1983年出現(xiàn)價格相對較低的釹鐵硼(NdFeB)永磁后，研究開發(fā)重點轉(zhuǎn)到工業(yè)和民用電機上，而且可實現(xiàn)傳統(tǒng)的電勵磁電機難以達到的高性能。第三階段，進入90年代以來，隨著永磁材料性能的不斷提高和完善，特別是釹鐵硼(NdFeB)永磁的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善和價格的不斷降低及電力電子器件的進一步發(fā)展，加上永磁電機研究開發(fā)經(jīng)驗的逐步成熟，稀土電機研究開發(fā)進入了一個新階段，正向大功率化（高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩）、

8、高功能化和微型化方向發(fā)展。目前，稀土永磁電機的單臺容量已超過1000KW,最高轉(zhuǎn)速已超過300000rmin,最低轉(zhuǎn)速低于0.01rmin,最小電機外徑只有0.08mm，長1.2mm。因此稀土永磁電機廣泛的應用于航空航天領域、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電機、汽車業(yè)和家用電器等行業(yè)。我國是世界上最早發(fā)現(xiàn)永磁材料的磁特性并把它應用于生產(chǎn)實踐的國家，早在兩千多年前，我國就利用永磁材料的磁特性制成指南針，在航海、軍事等領域發(fā)揮著巨大的作用。我國是稀土大國，我國的稀土永磁研制始于70年代初，最先只有幾個單位研制，研制水平屬于仿制。進入80年代，差距進一步縮小，在個別領域，甚至出現(xiàn)暫時的領先，如輻射取向環(huán)，加重

9、稀土的2：17型低溫系數(shù)磁體等。由于開放政策，加強科技信息的交流，我國主要開發(fā)各種高效永磁同步電機，1990年西北工業(yè)大學開發(fā)了0.8KW紡織專用永磁同步電機，具有效率高、節(jié)能等特點。工業(yè)大學唐任遠院士主持研制的1120KW的稀土永磁同步電機是目前國單機容量最大的永磁電機。3、國外目前的研究動向及進展（1）加強對振動及噪聲的理論研究。開關磁阻電機的振動和噪聲問題嚴重影響了應用，因此減小振動和噪聲至關重要，減少SR電動機振動和噪聲的關鍵在于減小作用的徑向力的大小。從控制角度來看，主要是優(yōu)選導通角、關斷角及尋求新的控制方案，盡可能調(diào)節(jié)好各相工作參數(shù)的對稱性；（2）無位置傳感器的SRD系統(tǒng)的研制，位

10、置閉環(huán)控制是開關磁阻電動機的基本特征，但它的存在會使電機結(jié)構簡單的優(yōu)點變得遜色，降低了可靠性。為此探索實用的無位置檢測器方案是十分引人注目的課題；（3）如何有效地回收繞組釋放的磁場能量，性能的精確估算，包括整個系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的數(shù)字仿真；（4）優(yōu)化設計和CAD應用；（5）提高系統(tǒng)效率、減小力矩脈動。目前國的SRM系統(tǒng)效率大約為80%多，但日本已經(jīng)做到了90%，美國Krisnan教授近年做到了超過90%。目前直線開關磁阻電機的研究主要是以上幾個方面。旋轉(zhuǎn)式開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)應用許多領域，但是直線開關磁阻電機還處于研究階段，尚沒有大規(guī)模的應用到生產(chǎn)實踐中。參考文獻：1鐘明、衛(wèi)國著.稀土永磁

11、電機M,：國防工業(yè)，19992羅陽著.21世紀永磁材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構變化趨勢 J, 電工材料，200413葉云岳.國外直線電機技術的發(fā)展與應用綜述J,中國科技論文在線，20054葉云岳編著.直線電機原理與應用M，：機械工業(yè)，20015吳建華，詹瓊?cè)A,林金銘.開關磁阻電機的優(yōu)化設計J，微特電機，19956何曉東.直線開關磁阻電機的控制和性能研究D，大學碩士論文，20057千帆.電動車輛用混合式開關磁阻電機（HBSRM）系統(tǒng)的基礎研究D，工業(yè)大學工學博士學位論文,20048R.Krishna，R.Arumugna，and J.Fli.Lindsay Design Procedure for switch

12、ed reluctance motors”IEEETrans.lnd.APPlicat，vol.24，PP.456-461，May/June，19989Byeong-Seok Lee, Student Member, IEEE, Han-Kyung Bae，Student Member, IEEE,Praveen Vijayraghavan，Student Member, IEEE, and R. Krishnan，Senior Member, IEEE,Designof aLinear Switched Reluctance Machine，VOL.36,NO.6, NOVEMBER/DEC

13、EMBER 200010何曉東.直線開關磁阻電機的力速特性J，微特電機，200011H.C. LovattAnalytical model of a classical switched-reluctancemotorVol. 152, No. 2, March 200512紀良文.開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)及其新型控制策略研究D，博士論文，大學，200213建忠.白鳳仙.特種電機及其控制M，：中國水利水電，200514Z. Q. Zhu, S. Long，D. Howe，M. C. Tsai and M. F. Hsieh, T. C. ChenSignificance of Vibration

14、Modes in Noise and Vibration Generationof Switched Reluctance Motors15StePenRM，ed.RotorPositionEstimationforSwitehedReluetanceMotors.US.Patent，477283916Iqbal Husain，M. Ehsani.Torque Ripple Minimization in Switched Reluctance Motor Drives by PWM Current Control.IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,

15、 VOL. 11,NO. 1, JANUARY 1996. 83-88.17Lawrenson PJ,ed.Variable一speed Switehed Reluetance Motors，IEEE Pro，Vol.127(B)，No.4，1980，718Hoe S. Ooi ,Tiin C. Green.Sensorless Switched Reluctance Motor Drive With Torque Ripple Minimization. IEEE 2000. 1538-154319Cheng，M.，Chau，K.T.，and Chan，C.C.，1998，A New Dou

16、bly Salient Permanen Magnet Motor”，Proeeedings of International Conference on Power Eleetronics Drivers and Energy Systems for Industrial Growth，pp.2一7.21W.C.Gan and N.C.Cheung，Design of a linear switehed reluctnace motor for Precision applications”，in Proe.3rd IEEE Int.Eleetric Machines Conf，PP.701

17、一704.June2001.22胡崇岳. 現(xiàn)代交流調(diào)速技術M，：機械工業(yè)199823葉云岳. 直線電機技術手冊M，：機械工業(yè)200324Han-Kyung Bae, Byeong-Seok Lee, Praveen Vijayraghavan and R. Krishnan,A Linear Switched Reluctance Motor:Converter and Control, VOL. 36, NO. 5, SEPTEMBER/OCTOBER 200025Wai Chuen Gan，Norbert C.Cheung and Li Qiu，Position Control of Li

18、near Switched Reluctance Motors of High一Precision Applications”，00093一999IEEE200326王宏華.開關型磁阻電動機調(diào)速控制技術M，：機械工業(yè)，199927龔晟.基于DSP的開關磁阻電機控制系統(tǒng)的研究D，華南理工碩士論文，200428昊.開關磁阻調(diào)速電機系統(tǒng)研究J,儀器儀表學報，200129Kazuaki NakataNoise Reduction for Switched Reluctance Mortor with a Hole0-7803-7156-9/02200230J.Y.Hung，W.Gao and J.C.

19、Hung，Variable structure control:a survey，”IEEETrans，on Industrial Electronics，vol.40，no.l，F(xiàn)eb.pp.2一21.1993.31K.Adamiak，D.Barlow,C.P.Choudhury,P.M.Cusaek，G.E.Dawson，A.R.Eashtam，B.Grady，E.Ho，.YHongPing，L，Pattison，and J.Welch，The switehed reluetance motor as a low一speed linear drive”in Proc.Int.Conf.Ma

20、glevand Linear Drives，LasVegas，NV,pp.39一43.May,1997.32毛良明.開關磁阻電機間接位置檢測技術的理論研究與實踐,南航博士論文D，200033菁.小功率開關磁阻電機的設計和控制，航空航天大學碩士論文D，200034Debiprasad Panda，V.Ramanarayanan，An accurate Position Estimation Method for Switched Reluctance Motor Drive”，PEDES98，Australia，December 1998，PP523一528.35J.Corda and E.sk

21、opljakLinear switched reluctance actuator”,in proc.6th int.conf Electrical Machines and Dribes,Saint Nazaire,France,PP.535-539 Sept.199936Ferhat Daldaban and Nurettin UstkoyuncuA new double sided linear switched reluctancemotor with low cost”, 21, March, 2006二、課題研究容、特色及創(chuàng)新之處：1、課題研究容（1）介紹直線開關磁阻電機的基本理論

22、；（2）建立直線開關磁阻電機的線性和非線性數(shù)學模型，通過Simulink仿真系統(tǒng)對整個直線開關磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)進行建模和仿真，分析其靜態(tài)和動態(tài)特性；（3）根據(jù)開關磁阻電機輸出方程確定電機的主要尺寸，通過Magnet仿真軟件建立直線開關磁阻電機物理模型，研究其結(jié)構參數(shù)對電機性能的影響，把得出的結(jié)果和理論分析計算的結(jié)果相比較，驗證其設計方法的可行性；（4）設計簡單的控制器，擬采用DSP2407作為控制芯片，制作樣機及其簡單的驅(qū)動系統(tǒng)進行實驗。2、課題研究特色及創(chuàng)新之處（1）設計的三相SR電機通常是6/4結(jié)構，但是為了減少噪聲和損耗，設計時讓次級由四極增加到六極結(jié)構。（2）利用了Magnet對直線開

23、關磁阻電機的特性進行了分析，分析結(jié)果和理論值相吻合。三、擬采取的理論分析、計算、試驗方法和步驟及其可行性：1、擬采取的理論分析、計算、實驗方法 （1）根據(jù)旋轉(zhuǎn)開關磁阻電機的理論分析方法初步計算直線開關磁阻電機的相關參數(shù)，針對電機本體設計，分析出對電機性能影響較大的參數(shù)； （2）有限元法采用Magnet分析；并利用此軟件計算參數(shù)； （3）通過有限元計算，比較有限元和理論分析結(jié)果，驗證理論設計的正確性。2、步驟（1）通過旋轉(zhuǎn)式開關磁阻電機的基本理論，建立直線開關磁阻電機的數(shù)學模型；（2）采用磁通管法對直線開關磁阻電機進行電磁設計；（3）利用直線開關磁阻電機的輸出方程確定電機的主要尺寸，通過Magnet仿真軟件建立電機模型，并對設計的電機進行動態(tài)仿真；（4）設計樣機及其驅(qū)動系統(tǒng)，并對樣機進行實驗得出待分析的數(shù)據(jù)；（5）將(2)、（3)、（4）三步的結(jié)果作比較，驗證設計的合理性。3、可行性 （1）盡管直線開關磁阻電機的原理和結(jié)構不同于傳統(tǒng)的電機，并且繞組電壓和電流都是非線性的脈沖波形，但是我們可以根據(jù)已有的旋轉(zhuǎn)開關磁阻電機線性模型和非準線性模型進行電磁設計；