开关磁阻电机系统设计开题报告.docx

1、开关磁阻电机系统设计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；对于重要的参考文献应附原件复

2、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 述开关磁阻电机驱动系统由开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测器四部分组成，是20世纪80年代迅猛发展起来的一种新型调速电机驱动系统。它的结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高，是各国研究和开发的热点之一。产品已广泛或开始应用于电动车驱动、家用电器、通用工业、航

3、空工业和伺服系统等各个领域，覆盖功率范围10W5MW的各种高低速驱动系统，呈现强大的市场潜力开关磁阻电机的最早文献记载可追溯到1838年，英格兰学者Davidson制造了一台用以推动蓄电池机车的驱动系统。据SRD LTD.的FULTON 博士在英国磁学一次研讨会上指出，Davidson的蓄电池机车重数吨，而最高速度却达不到一个人推动时所能获得的速度。由于当时采用的是机械开关，其运行特性、可靠性和机电能量转换效率都是很低的，从而难以引起人们的关注。本世纪20年代，英国学者C.L.Walker发明并取得步进电机的专利，初具了现代VR步进电机和开关磁阻电机的许多特征。随着电力电子器件和电磁场计算技术

4、的发展，开关磁阻电机又逐步吸引了人们的注意力。60年代后，国外开始对SR电机进行深入的研究和论证。70年代左右，英国Leeds大学步进电机和磁阻电机研究小组首创了一台现代开关磁阻电机的雏形，并进行了实验研究，发表了许多论文。福特电机公司Unnewehr和Korch以及Bausch等学者对轴向气隙、晶闸管控制的开关磁阻电机的研究，使研究工作进入了一个新的发展阶段。但使这一新型可变速驱动系统最终能引起人们的极大关注，则得力于英国学者P.J.Lawrenson及其同事们杰出贡献。1980年，Lawrenson及其同事在ICEM会议上，系统地介绍了他们的工作成果，阐述了SR电机的原理及设计特点，在国际

5、上奠定了现代SR电机的地位。同年，英国成立了世界上第一家开关磁阻电机驱动装置有限公司（SRD .LTD）（SRD LTD现已并入美国电气公司）。在SRD LTD早期的注册中，最著名的是TASC DRIVES（现为GRASEBY controls）推出的取名OULTON系列的SRD产品。1984年TASC DRIVES在第五次国际销售会议上，全面地宣传了422KW四个规格的系列产品。此外，SRD LTD试制了30KW SRD，用于GEC市内有轨电车牵引，两年内在各种十分恶劣的运行环境下 ，2410KM（15000MILE）的试车体现了良好的操纵性和可靠性，噪声也很低。目前，SR电机得到了很大的发

6、展，产品已经广泛地或开始应用于电动车驱动系统、家用电器（洗衣机、食品加工机械等）、通用工业（风机、泵、压缩机等）、伺服与调速系统、牵引电机、高转速电机（用于纺织机，航空电动机，电动工具、离心机传动等）。功率范围从10W（转速为10000r/min）到5MW（转速为50r/min），转速上限高达100000r/min，几乎难以找到SR电机不适合的领域。除英国外，美国、加拿大、前南斯拉夫、埃及、土耳其等许多国家也都在积极开展SR电机的研究工作。美国空军和GE公司联合开发了航空发动机用SRD起动/发电机系统，有30KW、270V、最大转速为52000r/min和250KW、270V最大转速为2300

7、0r/min两种规格，取得了良好的应用效果。加拿大、前南斯拉夫在SR电机的运行理论、电磁场分析等方面做了大量的研究工作。埃及则对小功率的单相、两相开关磁阻电机的结构、起动性能等方面进行了许多研究。一些学者还研究了新型结构的SR电机，如盘式SR电机、外转子式SR电机、直线式SR电机和无位置传感器的SR电机等。传统观念中的磁阻式同步电机的效率和单位体积出力均低于异步电动机，现代SR电机会怎样呢？这是人们十分关注的问题。理论研究和实际应用表现，由于SR电机采用了独特的结构和相应的控制策略，其单位体积出力完全可以与异步电动机相媲美，甚至还略占优势，更可贵的是在整个调速范围内系统效率都可维持在较高的水平

8、。1989年，Harris教授将SR电机与异步电动机做了详细的比较，结论表明，SR电机在效率、单位体积出力方面均是优胜者。我国对开关磁阻电机调速系统的开发研究开始于1984 年 ，并被列为中小型电机“七五科研规划项目”。现在有大批的高等院校、科研部门、生产企业从事开关磁阻电机调速系统的开发研制，如北京纺织机械研究所、南京航天航空大学、东南大学、福州大学、华中理工大学、华南理工大学、合肥工业大学、哈尔滨电工大学、南京调速电机厂等。在借鉴国外技术的基础上，国内研制的目标都集中在三相获四相上，目前已有厂家研制出了应用于纺织、冶金、机械、运输等多种行业、场所的数十种生产器械和运输车辆中。1992年，在

9、中国电工技术学会中小型电机专业委员会领导下成立了开关磁阻电机学组，至此，开始了降低成本，普及、到更复杂系统的研制时期。在借鉴国外经验的基础上，我国SR电机的研究进展很快，对SR电机的控制、仿真、设计理论和电磁场数值分析等都做了许多工作，在国际、国内刊物和会议上发表了许多篇论文。1988年11月首届研讨会在南京航空航天大学召开。1991年9月，第二届SRD研讨会在华南理工大学召开。参加人员来自全国高校、研究所和工厂等25家单位，大会上成果交流表明，我国 SRD的理论研究和应用已经取得了较大的进展，参加研制的单位有了显著的增加。1993年12月北京开关磁阻电机调速系统工业应用研讨会上，在中国电工技

10、术学会中小型电机专业委员会领导下，正式成立了开关磁阻电机学组。10多年来，我国已研制了50W30KW、20多个规格的工业成品样机，在纺织机械、毛巾印花机、泽尔浆纱机、多功能蒸煮联合机以及轻型龙门刨床和食品加工机械等方面的应用中取得了良好的效果。但应该看到，目前我国SR电机的理论研究和实际应用都存在较大的不足和差距。近20年来，SR电机的研究在国内外取得了很大的发展，但作为一种新型调速驱动系统，研究的历史还较短，其技术涉及到电机学、微电子、电力电子、控制理论等众多学科领域，加之其复杂的非线形特性，导致研究的困难性，在电机理论、性能分析和设计等方面都还不够成熟、完善，存在大量的工作要做，如铁心损耗

11、、转矩波动和噪声的理论研究，SR电机磁场的三维有限元分析，电机设计优化及控制参数的优化，SR电机的测试，无位置传感器的SR电机，新结构SR电机的开发等。在应用方面，SR电机作为一种新型调速系统，兼有直流调速和交流调速的优点，无疑有广阔的市场前景。但是PWM异步电动机和无刷直流电动机等经过了多年的开发推广，目前已领先一步，有了极广泛的应用，SR电机要进入调速市场并占据较大的份额，尚需花大力气宣传和开发它的工业应用。目前SRD LTD已研制了几十瓦到几十千瓦的SR电机 ，并成功地用于车辆牵引、风机、泵及卷扬机等工业生产领域。美国还将SR电机用作飞机发动机的起动发电装置。就我国国情来说，要使SR电机

12、被人们普遍采用还需要广大的科研人员和研制单位做大量的推广工作。一方面要加强通用功率等级的应用，同时可从0.75KW以下的小功率应用和各种特殊用途领域进入市场。在100700W范围，SR电机单位体积输出功率高出异步电动机或直流换向器电动机的24倍，应充分利用国产功率半导体器件价格低、电机结构简单、成本低和在宽广的速度范围内实现高效率运行的优势。开发具有广泛用户的家用电器市场。SR电机是全面进入市场是必然的，只是时间上的问题。参 考 文 献1.杨渝钦主编. 控制电机. 机械工业出版社. 2002年.2.陈世坤编著. 电机设计. 机械工业出版社. 2000年.3.Rose B K et al. Mi

13、crocomputer Control of Switched Reluctance Motor.IEEE Tran .on IA-22 1986,(4)4.Ehsani M.Elimination of Discrete Position sensor and Current Sensor in Switched Reluctance Motor Drives.IEEE .Tran.on IA-28 1992,(2).5.王季秩、曲家骥编著. 执行电动机. 机械工业出版社. 1996年6.戴文进等著. 特种交流电机及其计算机控制与仿真. 机械工业出版社.2002年.7.王小明编著. 电动机的

14、单片机控制. 北京航空航天大学出版社. 2002年.8.Arthur v,Radun. Design Consideration for the Switched Reluctance Motor,IEEE Tran.on IA-31,1995,(5).9.詹琼华主编. 开关磁阻电动机. 华中理工大学出版社. 1992年.10.王宏华主编. 开关型磁阻电动机调速控制技术. 机械工业出版社. 1995年.11.吴建华主编. 开关磁阻电机设计与应用. 机械工业出版社. 2000年.12.Miller T J E et al. Nonlinear Theory of the Switched Rel

15、uctance Motor for Rapid computer-aided Design .IEE Proc. B1991,137(6)13.陈伯时主编. 电力拖动自动控制系统. 机械工业出版社. 1996年14.Miles A R Design of a 5MW,9000V Switched Relucuance Motor .IEEE Tran .on Ec-6 1991,(3).15.开关磁阻电机译文选. 机械电子工业部微特电机专业情报网. 1991年16.胡崇岳主编. 现代交流调速技术 .机械工业出版社. 1998年毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告开题报告：一、课题的目的与意义

16、；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 告一、选题背景及其意义；开关磁阻电机驱动系统（SRD）由开关磁阻电机（SRM或SR电机）、功率变换器、控制器和检测器四个部分组成，是20世纪80年代迅速发展起来的一种新型调速电机驱动系统。它的结构极其简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，而且在整个调速范围内都具有较高的效率，系统可靠性高，是各国研究和开发的热点之一。SRD产品已广泛或开始应用于电动车驱动、家用电器、通用工业、航空工业、和伺服系统等各个领域，覆盖功率范围10W5MW的各种高低速驱动系统，呈现强大的市场潜力。本次毕业设计的课题是设计一套开关磁

17、阻电机调速系统（SRD），掌握开关磁阻电机调速系统的原理，系统结构及设计方法，了解电机控制的发展方向。二、 课题的发展现状和前景展望；磁阻式电动机诞生于160年前，但它一直被认为是一种性能（功率、功率因数、利用系数等）不高的电动机，故仅应用于少数功率场所。通过近20年的研究和改进，磁阻式电动机的性能不断提高，目前已能在较大的功率范围内使其性能不低于其他形式的电动机。70年代初，美国福特电动机（FORT MOTOR）公司研制出最早的开关磁阻电动机调速系统。其结构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，具有电动机和发电机运行状态和较宽范围调速的能力，特别适用于蓄电池供电的电动车辆的传动。70年代中期，英

18、国里兹（LEEDS）大学和诺丁汉（NOTTINGHAM）大学，共同研制以电动车辆为目标的开关磁阻电动机调速系统。他们研制的样机容量从10W到50KW，转速从750R/MIN至10000R/MIN，其系统效率和电动机利用系数等主要指标达到或超过了传统传动系统。随后成立了开关磁阻电动机调速系统公司，以经营其研究成果。1981年英国TASC公司获准制造该系统，并于1983年推出商品名为OULTON的通用调速系列产品 ，其容量范围为422KW。该产品的出现，在电气界引起了不小的反响。在许多性能指标上达到出人意料的高水平，整个系统的综合性能价格指标达到或超过了工业中长期广泛应用的一些变速传动系统。美国、

19、加拿大、南斯拉夫等相继开展研究工作，并在系统的一体化设计、电动机的电磁分析、微机的应用、新型电力电子器件的应用、新型结构形式（如单相电机、无传感器电机等）的开发等方面取得进展。近年来，国内已有一大批高校、研究所和工厂投入开关磁阻电动机调速系统的研究、开发和制造工作。至今已有十余家单位推出不同性能、不同用途的几十个系列规格产品，应用于纺织、冶金、机械、运输等行业的数十种生产机械和交通工具中。开关磁阻电动机调速系统在一些机械中发挥出独有的优势，已难以为其他类变速传动系统所代替，它必将在变速传动领域中占用重要的一席之地。三、课题的主要内容和要求；1、设计研制一套开关磁阻电机调速系统（SRD）。（1）

20、、掌握开关磁阻电机调速系统的原理、系统结构及设计方法，了解电机控制的发展方向。（2）、确定总体方案，完成总体设计与论证。（3）、电机电磁方案设计分析研究。（4）、结构设计，系统调试。（6）、编制技术文件。2、主要技术要求（1）、额定功率：30KW；（2）、额定转速：1500r/min（额定转矩140N.m为）；（3）、转速范围：502000r/min（额定转速以下为恒转矩）；（4）、转速精度：0.2%（最高速）；（5）、电源：三相交流380V/50HZ；（6）、双向运行，停车制动；（7）、较完善的保护及显示功能；（8）、起动转矩：1.5*140N.M；（9）、过载能力：120%；（10）、电动

21、机型式：封闭自冷。四、研究方法、步骤和措施；（一）、实施方法 从电路角度分析上述控制电路实现的所有功能，无非是信号转递、数学运算和逻辑运算等。而这些均可通过数字模拟硬件电路和控制计算机实现。由此可知，开关磁阻电机调速系统的控制电路基本可有硬件电路和单片机两种实施方法，当然还有将两者有机结合的方案。为了综合发挥硬件电路和单片机两种方案的优势，简化控制电路成本，可采用硬件电路和单片机相结合的方案，让硬件电路承担快速调节工作，单片机实现复杂的逻辑、参数设置等功能。本SRD控制系统以8098准 16位单片机为核心，配以8279等外围接口芯片构成检测、给定、显示、保护等外围电路，再加以驱动电路、主电路及磁阻电动机，便构成完整的SRD系统。（二）、工作进度2月16日3月6日：查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告3月6日：抽查文献综述、开题报告撰写情况3月7日3月21日：毕业实习、撰写实习报告3月22日5月29日：毕业设计4月底：毕业设计中期抽查5月30日6月15日：撰写毕业设计说明书（论文）6月16日6月20日：修改、装订毕业设计说明书（论文）6月20日6月26日：毕业设计答辩毕 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