无刷双馈电机转子磁动势谐波分析研究开题报告.docx

1、无刷双馈电机转子磁动势谐波分析研究开题报告开题报告填写要求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

2、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-无刷双馈电机转子磁动势谐波分析研究 (一) 摘要无刷双馈调速电机转子结构简单，运行可靠，可以实现自启动、异步、同步、双馈等多种运行方式，即具有异步电机和同步电机的双重优点，在用作变频调速系统时还可以大大降低变频器的容量。在风机和泵类负载的节能调速系统及变速恒频的水力和风力发电系统中具有广阔的应用前景

3、。本文是对无刷双馈电机笼型转子磁动势谐波分析为研究对象，对谐波计算进行了比较具体的分析。在综述了无刷双馈电机的研究现状的基础上，并对其目的和意义进行了阐述，本文将设计一绕线型方案，建立笼型转子绕组磁势分析程序，针对所设计的绕组方案进行计算分析，并对结构进行分析，得出对比研究和结论。（二）正文近10年来，随着电力电子技术、计算机技术和现代电机控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史性的变革，以变频调速为代表的交流电气传动以其优异的性能、如调速范围宽、稳速精度高、动态响应快与四象限运行等，在石油、化工、机械、冶金等工业领域得到了广泛的应用，尤其对于大功率的风机或泵类负载，采用交流电机变频调速

4、可节电2030%，具有显著的节能效果。交流调速全面取代直流调速已成为发展趋势。近年来还出现了不少电机本体与控制装置紧密结合的调速电机，如开关磁组电机、永磁无刷直流电机，它们的共同特点是实现了半导体变流装置与电机本体一体化，是一类新型调速电机。在所有这些交流电机的调速传动方式中，交流电机的结构不同，个具特色，同时也与外部控制电路的连接，可与定子绕组一起实现双重馈电，能满足大容量、高电压、高转速的性能要求，并具有转速稳定（同步速）、功率因数可调、效率高等方面的优点。然而由于滑环与电刷须经常维护，降低了电机的可靠性，同时滑动接触易产生火花，限制了其使用场合。鼠笼式异步电机（包括开关磁组电机）转子结构

5、简单、无接触，运行可靠、无需维护，但由于异步电机转子需从定子侧获取励磁，功率因数较低，由于变频调速系统时，由于转差的存在使转速与负载直接相关，为了得到精确的调速，还需要加上复杂的闭环控制系统。此外，鼠笼式异步电机变频调速时变频器设置在定子侧，通过全部功率时所需的变频器容量大于电机的额定功率，是整个系统的成本较高。绕线式异步电机可以实现双馈运行，速度、功率因数同时可调：变流装置只需处理滑差功率，因此，变频器容量比电机小，降低了系统成本，但也存在电刷和滑环带来的弊病。所以，虽然目前交流调速技术在不断改进，但是电机本身所固有的缺陷并未得到克服。如何使交流电机无刷化并具备双馈运行功能，使交流传动系统具

6、有高效率、高功率因数、高可靠性、低成本已成为电机制造工业和交流传动系统亟待解决的一项技术难题。近年来，为了解决这个问题，国内外许多学者都将目光投向无刷双馈，不仅具有简单的转子结构，而且具有具有绕线式转子异步电机和同步电机的优良特性，既可作为交流调速电机，又可作为变频调速发电机。因此作为一种性能优良的新型电机，越来越受到研究者的关注。 从串极电机的运行过程来看，如果改变第二台电机外接电阻的阻值，消耗在其上的滑差功率就会发生变化。在PN一定的前提下，机组的转差率将发生变化，电机转速随之发生改变。由于电机采用这种串极方法时可以取消滑环和电刷，并在一定范围内调速，人们曾经将两台电机的定转子安装在同一机

7、座内，使串极电机从外观上看是一台电机从而减小机组的体积和提高运行性能，以Hunt和Creedy为代表的研究者将两个转子合二为一构成一个公用转子，并采用了较以往电机更为先进可行的理论对定子绕组进行重新设计，使之具有一套转子绕组、一套能产生不同极数的定子绕组，且具有一个共同的磁路的单一机组，这就是无刷双馈电机的原型。但由于受当时技术调节限制，该电机未能投入实用研究。 进入70年代后，交流电机的变频调速技术得到了较快的发展，在各行业发挥了越来越大的作用。但随之而来的变频器的高成本、谐波污染等问题也受到了关注。研究者发现在串极电机运行时，当机组的转差率发生变化，第二台电机的定子电流频率也会随之改变。反

8、之，如果改变第二台电机定子绕组的电流频率，电机的转速也将发生变化，且由于通过第二台电机定子绕组的是转差功率，功率大小与调速范围直接相关。在电机调速范围不大的情况下，该功率远小于由第一台电机的定子绕组输入的功率。这样，将变频器代替第二台电机定子所接的电阻，就可采用较小容量的变频器来控制电机的转速。因此，在70年代后期，单一机组串极电机的研究又吸引了很多研究者的注意。对于电机本体，以Braodway为代表的研究者们在Hunt发明的电机结构基础上进行了较大改进。他们在满足无刷双馈电机对转子磁场要求的前提下，将相调制理论应用到极变换绕组，使定转子绕组极数配合的范围进一步扩大，并通过对普通双层绕组的适当

9、连接获得了两种极对数磁场，简化了定子绕组。转子采用了类鼠笼式结构，这些成果将自串极无刷异步电机理论向前推进了一步，得到了目前被称为无刷双馈电机的典型结构形式（如图1.2所示）。其中在气隙中产生Pp极对数磁场的绕组连接称为功率绕组，在气隙中产生PC极对数磁场的绕组连接称为控制绕组。八十年代后，双励磁磁组式电机成为无刷双馈电机研究的又一个新分支。随着新型电力电子器件和微处理器的飞速发展，各种交流电机的控制策略如标量控制、转子磁场定向控制、直接转矩控制、模型参数自适应控制等也都开始应用于无刷双馈电机，这一切使无刷双馈电机及其系统的研究呈现出了新的热潮，促使无刷双馈电机从实验室研究阶段迈向实用化应用阶

10、段。 参考文献1. 交流电机的绕组理论 许实章著 机械工业出版社 1985年12月2. 新型交流绕组理论 许实章著 机械工业出版社 20002年1月3. 磁场调制式无刷双馈电机研究 张凤阁 博士论文 1999年12月4. 一种转子绕组采用变极法设计的新型无刷双馈电机NO6 王雪帆 2003年6月5. 风力发电王承煦 中国电力出版社 20036. 磁场定向控制交流励磁发电机研究 肖强晖 博士学位论文 1996.127. 电动机修理手册赵家礼主编 机械工业出版社 1992年11月8. 电机设计 陈世坤主遍 机械工业出版社 2000年6月9. 中小型电机设计手册 上海电器科学研究所和中小型设计手册编

11、写组编 机械工业出版社 1994年7月10.无刷双馈电机的理论分析 白云，张泉宏，李志民著 包头钢铁学院学报11.单套定子绕组无刷双馈电机的绕组设计 杨向宇，励庆孚著 中国电机工程学报12.无刷双馈电机的电磁设计研究 章玮，贺益康著 浙江大学学报13.无刷双馈电机的研究及应用前景J 张彦锋，潘再平，章玮等 电机工程，1998，（6）：55-60。14.无刷双馈电机的转子结构及其谐波分析 王晓远，何早新著 天津大学 30007215.Tylavsky DJ,bose A.Parallel processing in power systems computation.IEEE Ttans on

12、Power Systems,1992,7(2):629-637.16.Betancourt R,Alvarado FL.Parallel inversion of sparse matrices.IEEE Trans on Power Systems,1986,1(1):74-81毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 开 题 报 告（一） 课题的目的和意义无刷双馈电机不但和笼型转子或磁组型转子感应电机一样，取消了电刷和滑环，提高了电机运行的可靠性，减小了维护的成本，而且具有良好的启动和运行性能，并可方便的实现异步、同步、双馈和变速恒频发电等多种运行方式。对该种电机的研究和开发可望有效解决制约

13、传统交流电机及其调速系统发展的某些关键技术问题，以及水力，风力发电系统的恒频变速问题，因此，对无刷双馈电机进行深入的研究具有十分重要的意义。1.无刷双馈电机作为变频调速电机，当应用于大容量的电气传动系统时，由于变频器的容量大大减小，从而可以大大降低调速系统的成本。在许许多多的生产应用领域，如发电厂和钢铁企业中，水泵和通风机等负载面广量大，如果采用交流变频调速装置替代阀门，挡板来调节流量，可获得很好的节能效果。然而，不幸的是在风机泵类负载中采用普通的变频调速系统，尽管可以起到良好的节能效果，但是存在的最大问题是变频器（特别是大中容量的变频器）的价格太高，往往使大中型电机的变频调速变得可望不可及，

14、有些观点认为，大中型电机采用变频调速后，一次性投资成本的利息比由节能所省下的钱还多。因此，如何降低所需变频器容量从而降低整个调速系统的成本成为在更大范围内推广变频调节节能技术的关键所在。在变频调速系统中一般采用笼型感应电机，由于所需变频器的容量大于电机的额定功率，而变频器的价格一般要高出同容量电机的34倍，因此整个调速系统的成本很高，从而限制了该类变频调速系统在更大范围内的推广应用。近些年来，一些学者对绕线式感应电机转差频率控制系统有刷双馈调速系统进行了分析和研究，由于该类调速系统可以通过控制转差功率的转子电流来实现电机的调速，因此所需变频器的容量只是有定子绕组提供给系统的功率的一小部分。在风

15、机和泵类负载中，一般调速范围在70100%额定转速之间，所需变频器的功率很小，因此绕线式感应电机双馈调速驱动系统与笼型电机的变频调速系统相比只需一个较小的变频器，因而大大降低了变频器的容量和造价，减小了调速系统的成本。但是，绕线式感应电机具有电刷和滑环，其运行的可靠性差，需要经常维护，特别在某些易燃易爆和多灰的场合难以推广应用。2.用无刷双馈电机取代常规的高压感应电机，可以有效解决高压电机变频调速系统中存在的技术难题。 实现高压电机的变频调速一般有两种方法：一种是采用高压变频器；另一种是采用高低高变频方案。当采用高压直接变频时，由于需要采用多器件的串并联，线路复杂，技术难度大，系统的可靠性差，

16、而且高压变频器的价格比同容量的普通低压变频器要高得多；当采用高低高变频方案时，需要先用降压变压器把高压变为低压，经低压变频后，再用生压变压器生压，该方案的优点是可采用普通的低压变频器，缺点是多了两台同容量的变压器，增加了调速系统的成本。如果采用无刷双馈电机的调速系统，功率绕组可以由高压电源供电，控制绕组由普通的低压变频器供电，则高压电机变频调速系统存在的上述问题可以得到有效的解决。3.作为异步和同步通用的电机，无刷双馈电机可以实现无刷化和通用化，既具有感应电机良好的自启动性能，又具有同步电机优良的运行性能。目前应用于工农业生产中面大量广的交流电机主要是同步电机和感应电机，由于电机结构上的差异，

17、同步电机和感应电机一般是不能兼用的，而它们各有自己的优缺点。同步电机和绕线式感应电机都采用电刷和滑环来实现转子绕组与外部电路的连接，由于滑动触头和电刷磨损，不仅降低了电机运行的可靠性，而且电刷需要定期维护和更换，增加了运行费用。此外滑动接触容易产生火花，从而限制了有刷电机在含有易燃和易爆气体的饿环境中的应用。普通笼型感应电机虽然结构简单，但是它又不如绕线式转子感应电机的控制那么方便，也不如同步电机的运行性能指标高。无刷双馈调速电机从根本上解决了无刷化问题，除了无刷可靠外，该类电机的另一个特点是兼有笼型、绕线式感应电机和电励磁同步电机的共同优点。通过简单的改变控制绕组的联接与馈电方式，可以方便的

18、实现自启动、异步、同步和双馈等多种运行方式，使其竟既具有良好的启动特性，又具有优良的运行性能。4.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，可以大大提高发电系统的可靠性。无刷双馈电机作为交流励磁发电机，可以实现变速恒频恒压运行，特别适合于多极低速水力或风力发电系统。无刷双馈电机的功率绕组用于发电，控制绕组用作交流励磁，根据原动机的转速变化调节励磁电流的频率便可实现变速恒频发电，通过改变励磁电流的幅值和相位可以实现无功调节。因此在水力和风力变速恒频发电系统中，无刷双馈电机具有广阔的应用前景。在我国，已经将“交流励磁变速发电机的研究”列为三峡工程水力发电机组技术急需进一步研究

19、的几项关键技术的首位。有理由相信，在对无刷双馈的研究取得重大进展和突破以后，将其用于抽水蓄能电站机组以取代绕线式感应电机，从而提高电机的运行可靠性，也是无刷双馈电机一个很有发展前景的应用领域。上述应用展示了无刷双馈电机广阔的应用前景。但是，任何事物都具有两面性，无刷双馈电机也有其固有的缺点。由于该种电机的定子内同时嵌有两套对称的三相绕组，因此，与常规的交流电机相比，其功率密度较低，体积较大。但与串级联接的两台感应电机相比，体积要小得多。在无刷双馈调速系统中，虽然电机的成本稍高一些，但所需变频器容量和价格的下降，仍能使这个系统的成本大大降低。 由此可知，对无刷双馈电机进行研究具有重要的意义，本课

20、题是对无刷双馈电机转子磁势进行分析研究。定子主、副绕组极数以及不同转子结构的复杂结合，决定了无刷双馈电机中气隙磁场与常规交流电机相比是非常不规则的；电机的转子结构基本上解决了定子两套绕组之间的磁耦合，相应地确定了电机的功率密度和性能。因此研究转子结构无刷双馈电机的磁场分布，进而对该磁场进行分析得到它们的实际耦合特性，对于提高电机出力和性能指标是非常必要的。（二）课题的主要内容和要求 无刷双馈电机转子磁动势谐波分析研究的主要内容和要求：1、掌握双馈电机研究的背景、意义。特别：研究转子绕组磁势的意义。2、掌握转子的几种绕组构成的原理。（包括笼型、绕线型等，并设计一绕线型方案）3、建立转子绕组磁势分

21、析程序（笼型）。4、计算分析。5、结果分析。6、对比研究、结论。7、标准论文与毕业设计说明书各一套。（三）研究方法、步骤和措施1. 研究方法分别设计一个笼型无刷双馈电机和绕线型无刷双馈电机的转子绕组，并且对两个绕组的谐波磁场进行计算（两套绕组分别产生磁场，并产生耦合作用）和比较，得出最优方案。2. 步骤和措施a) 查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告。b) 掌握BDFM的原理，并且设计一绕线型方案。c) 建立转子绕组磁势分析程序（笼型）。d) 对结果进行对比研究，并得出结论。e) 撰写毕业设计说明书（毕业论文）。f) 修改、装订毕业论文。g) 毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩）。（四） 设计计划序号时间工作项目12月16日布置任务、下达设计任务书、具体安排22月16日-3月6日查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告33月7日-3月21日毕业实习、撰写实习报告43月22日-5月29日毕业设计55月30日-6月15日撰写毕业设计说明书（论文）66月16日-6月20日修改、装订毕业设计说明书76月20日-6月26日毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩）86月27日-7月3日毕业设计资料归档毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日