工程硕士开题报告.doc

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1、河南 理 工 大 学研究生学位论文开题报告学 号： 学生姓名：孔祥伟 学位级别：工程硕士 专业名称： 电气控制工程 研究方向： 永磁电机 导师姓名： 上官璇峰 填 表 日 期： 2009年10月8日 河南理工大学研究生处制说 明1. 抓好研究生学位论文的开题报告是保证论文质量的一个重要环节。为了加强对研究生培养的过程管理，规范研究生学位论文的开题报告，特印发此表。2. 研究生一般应在结束课程学习之后的第一个学期内通过文献调研，主动跟导师讨论，完成学位论文的开题报告。3. 研究生的学位论文开题报告，应该在学位授予点（或相应的研究室，教研室）组织的学术报告会上报告，听取意见，论证后再填写此表。4.

2、 此表经过导师和有关人员签字后，一式三份，交研究生工作秘书处，研究生工作秘书汇总后，交研究生处培养办公室一份（备查）。5. 研究生在申请学位论文答辩时， 必须提交研究生工作秘书处的那份开题报告。6. 本报告存入研究生技术档案，是学位评定材料之一，填写要认真，要求用5号宋体字体，A4纸双面打印，如栏内填写不下，可另加附页。研究题目：永磁电机课题来源：自拟题目一、文献综述与选题依据（选题的理论依据和实用价值、前人在本研究领域的成果、国内外目前的研究动向及进展），并列出主要参考文献目录（以“文献综述”中出现先后为序进行编号，且编号与“文献综述”中标注一致，书写格式按国标GB7714-87执行，要求参

3、考文献：博士研究生不少于50篇，硕士研究生不少于30篇；其中外文文献：博士研究生不少于30篇，硕士研究生不少于15篇）：（可加附页）1、理论依据 在科技经济高速发展的时代里，大多数先进控制的动力源来自各种各样的电机，而电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为了使电机结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；形状尺寸灵活等。为此，人们对在电机内建立机电能量转换所必需的气隙磁场进行研究，即永磁电机的设计，关键在于永磁材料。对永磁材料的要求如下：（1）足够大的气隙磁场；（2）磁性能稳定；（3）良好的机械性能；（4）经济性能好。2、实用价值 随着现代电力电子技术的迅猛发展和器

4、件价格的不断降低，人们越来越多的用变频电源和交流电动机组成的交流调速系统来代替直流调速系统。永磁电机具有工艺简单、维护简便、耗材少、体积小、质量轻、噪声小、振动小、效率高、功率因数高等优点，所以永磁电机广泛的应用于航空航天领域、国防、工农业生产、发电机、汽车业和家用电器等，因此研究本课题具有现实意义。3、前人在本研究领域的成果永磁电机的发展和永磁材料的发展密切相关，19世纪20年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生的励磁磁场的永磁电机。当时所用的永磁材料是天然的磁铁矿石（Fe3O4）,磁能密度很低，电机体积庞大，被电励磁电机取代。由于各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明，人们对永磁材料

5、的进行深入的研究，相继发现了碳钢、钨钢（最大磁能积约2.7KJm2）、钴钢（最大磁能积约7.2KJm2）等多种永磁材料，特别是20世纪30年代、50年代分别出现的铝镍钴永磁和铁氧体永磁，磁性能有了很大的提高。永磁电机的功率从数毫瓦到几十千瓦，在军事、工农业生产和日常生活中得到了广泛的应用。但是，铝镍钴永磁的娇顽力偏低（36160KAm），铁氧体永磁的剩磁密度不高(0.20.44T)，限制了它们在电机中的应用范围。一直到20世纪60年代和80年代，稀土钴永磁和钕铁硼相继问世，永磁电机的发展进入一个新的历史时期。稀土材料发展大致分为三个阶段，1967年美国K.J.Strnat教授发现的钐钴永磁为第

6、一代稀土永磁，其化学式可表示为RCO5（其中R代表钐、镨等稀土元素），简称1：5稀土型稀土永磁，产品的最大磁能积现已超过199KJm3(25MG.Oe)。1973年又出现了磁性能更好的的第二代稀土永磁，其化学式为R2CO17，简称2：17型稀土永磁，产品的最大磁能积达到258.6KJm3(32.5MG.Oe)。1983年日本住友特殊金属公司和美国的通用汽车公司各自研制成功钕铁硼(NdFeB)永磁，在实验室的最大磁能积达到431.3KJm3(54.2MG.Oe)，商品生产已达到397.9KJm3(50MG.Oe)，称为第三代稀土永磁。稀土材料磁性能高，价格低，不含战略物资-钴，因此引起国内外磁学

7、界和电机界的大量研究。与此对应的稀土电机的研究和开发大致可分为三个阶段：第一阶段，60年代后期和70年代，由于稀土钴永磁价格昂贵，研究开发重点是航空、航天用电机和要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。第二阶段，80年代，特别是1983年出现价格相对较低的钕铁硼(NdFeB)永磁后，研究开发重点转到工业和民用电机上，而且可实现传统的电励磁电机难以达到的高性能。第三阶段，进入90年代以来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼(NdFeB)永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的不断降低及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，稀土电机研究开发进入了一个新阶段，正向

8、大功率化（高转速、高转矩）、高功能化和微型化方向发展。目前，稀土永磁电机的单台容量已超过1000KW,最高转速已超过rmin,最低转速低于0.01rmin,最小电机外径只有0.08mm，长1.2mm。因此稀土永磁电机广泛的应用于航空航天领域、国防、工农业生产、发电机、汽车业和家用电器等行业。我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性并把它应用于生产实践的国家，早在两千多年前，我国就利用永磁材料的磁特性制成指南针，在航海、军事等领域发挥着巨大的作用。我国是稀土大国，我国的稀土永磁研制始于70年代初，最先只有几个单位研制，研制水平属于仿制。进入80年代，差距进一步缩小，在个别领域，甚至出现暂时的领先，如

9、辐射取向环，加重稀土的2：17型低温系数磁体等。由于开放政策，加强科技信息的交流，我国主要开发各种高效永磁同步电机，1990年西北工业大学开发了0.8KW纺织专用永磁同步电机，具有效率高、节能等特点。沈阳工业大学唐任远院士主持研制的1120KW的稀土永磁同步电机是目前国内单机容量最大的永磁电机。3、国内外目前的研究动向及进展（1）加强对振动及噪声的理论研究。开关磁阻电机的振动和噪声问题严重影响了应用，因此减小振动和噪声至关重要，减少SR电动机振动和噪声的关键在于减小作用的径向力的大小。从控制角度来看，主要是优选导通角、关断角及寻求新的控制方案，尽可能调节好各相工作参数的对称性；（2）无位置传感

10、器的SRD系统的研制，位置闭环控制是开关磁阻电动机的基本特征，但它的存在会使电机结构简单的优点变得逊色，降低了可靠性。为此探索实用的无位置检测器方案是十分引人注目的课题；（3）如何有效地回收绕组释放的磁场能量，性能的精确估算，包括整个系统稳态和动态性能的数字仿真；（4）优化设计和CAD应用；（5）提高系统效率、减小力矩脉动。目前国内的SRM系统效率大约为80%多，但日本已经做到了90%，美国Krisnan教授近年做到了超过90%。目前直线开关磁阻电机的研究主要是以上几个方面。旋转式开关磁阻电机驱动系统已经应用许多领域，但是直线开关磁阻电机还处于研究阶段，尚没有大规模的应用到生产实践中。参考文献

11、：1李钟明、刘卫国著.稀土永磁电机M,北京：国防工业出版社，19992罗阳著.21世纪永磁材料产业结构变化趋势 J, 电工材料，200413叶云岳.国内外直线电机技术的发展与应用综述J,中国科技论文在线，20054叶云岳编著.直线电机原理与应用M，北京：机械工业出版社，20015吴建华，詹琼华,林金铭.开关磁阻电机的优化设计J，微特电机，19956何晓东.直线开关磁阻电机的控制和性能研究D，江苏大学硕士论文，20057张千帆.电动车辆用混合式开关磁阻电机（HBSRM）系统的基础研究D，哈尔滨工业大学工学博士学位论文,20048R.Krishna，R.Arumugna，and J.Fli.Lin

12、dsay “Design Procedure for switched 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,Design of a Linear Switched Reluct

13、ance Machine，VOL.36,NO.6, NOVEMBER/DECEMBER 200010何晓东.直线开关磁阻电机的力速特性J，微特电机，200011H.C. Lovatt Analytical model of a classical switched-reluctance motor Vol. 152, No. 2, March 200512纪良文.开关磁阻电机调速系统及其新型控制策略研究D，博士论文，浙江大学，200213孙建忠.白凤仙.特种电机及其控制M，北京：中国水利水电出版社，200514Z. Q. Zhu, S. Long，D. Howe，M. C. Tsai and

14、M. F. Hsieh, T. C. Chen Significance of Vibration Modes in Noise and Vibration Generation of Switched Reluctance Motors15StePen R M，ed.Rotor Position Estimation for Switehed Reluetance Motors.US.Patent，16Iqbal Husain，M. Ehsani.Torque Ripple Minimization in Switched Reluctance Motor Drives by PWM Cur

15、rent Control.IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, 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. 1538-1

16、54319Cheng，M.，Chau，K.T.，and Chan，C.C.，1998，“A New Doubly Salient Permanen Magnet Motor”，Proeeedings of International Conference on Power Eleetronics Drivers and Energy Systems for Industrial Growth，pp.2一7.20K.Takayama，Y.Takasaki，R，Ueda，T.sonoda, and.T.lakane，“A new type switehed reluctance motor”in

17、Confrec.1998IEEE一IASnnu.Meeting，Vol.l，Pittsburgh Pittsburgh，PA,pp.71-78.Oct.199821W.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.701一704.June2001.22胡崇岳. 现代交流调速技术M，北京：机械工业出版社199823叶云岳. 直线电机技术手册M，北京：机械工业出版

18、社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 Linear Switched Reluctance Motors of High一Precision Applicati

19、ons”，00093一999IEEE200326王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术M，北京：机械工业出版社，199927龚晟.基于DSP的开关磁阻电机控制系统的研究D，华南理工硕士论文，200428陈昊.开关磁阻调速电机系统研究J,仪器仪表学报，200129Kazuaki Nakata Noise Reduction for Switched Reluctance Mortor with a Hole 0-7803-7156-9/02 200230J.Y.Hung，W.Gao and J.C.Hung，“Variable structure control:a survey，”IEEETra

20、ns，on Industrial Electronics，vol.40，no.l，Feb.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.Maglevand Linear Drives，LasVegas，NV,pp.39一43.May,1

21、997.32毛良明.开关磁阻电机间接位置检测技术的理论研究与实践,南航博士论文D，200033曹菁.小功率开关磁阻电机的设计和控制，南京航空航天大学硕士论文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.skopljak“Linear switched reluctance actuator”,

22、in proc.6th int.conf Electrical Machines and Dribes,Saint Nazaire,France,PP.535-539 Sept.199936Ferhat Daldaban and Nurettin Ustkoyuncu “A new double sided linear switched reluctance motor with low cost”, 21, March, 2006二、课题研究内容、特色及创新之处：1、课题研究内容（1）介绍直线开关磁阻电机的基本理论；（2）建立直线开关磁阻电机的线性和非线性数学模型，通过Simulink仿真

23、系统对整个直线开关磁阻电机驱动系统进行建模和仿真，分析其静态和动态特性；（3）根据开关磁阻电机输出方程确定电机的主要尺寸，通过Magnet仿真软件建立直线开关磁阻电机物理模型，研究其结构参数对电机性能的影响，把得出的结果和理论分析计算的结果相比较，验证其设计方法的可行性；（4）设计简单的控制器，拟采用DSP2407作为控制芯片，制作样机及其简单的驱动系统进行实验。2、课题研究特色及创新之处（1）设计的三相SR电机通常是6/4结构，但是为了减少噪声和损耗，设计时让次级由四极增加到六极结构。（2）利用了Magnet对直线开关磁阻电机的特性进行了分析，分析结果和理论值相吻合。三、拟采取的理论分析、计

24、算、试验方法和步骤及其可行性：1、拟采取的理论分析、计算、实验方法 （1）根据旋转开关磁阻电机的理论分析方法初步计算直线开关磁阻电机的相关参数，针对电机本体设计，分析出对电机性能影响较大的参数； （2）有限元法采用Magnet分析；并利用此软件计算参数； （3）通过有限元计算，比较有限元和理论分析结果，验证理论设计的正确性。2、步骤（1）通过旋转式开关磁阻电机的基本理论，建立直线开关磁阻电机的数学模型；（2）采用磁通管法对直线开关磁阻电机进行电磁设计；（3）利用直线开关磁阻电机的输出方程确定电机的主要尺寸，通过Magnet仿真软件建立电机模型，并对设计的电机进行动态仿真；（4）设计样机及其驱动

25、系统，并对样机进行实验得出待分析的数据；（5）将(2)、（3)、（4）三步的结果作比较，验证设计的合理性。3、可行性 （1）尽管直线开关磁阻电机的原理和结构不同于传统的电机，并且绕组电压和电流都是非线性的脉冲波形，但是我们可以根据已有的旋转开关磁阻电机线性模型和非准线性模型进行电磁设计； （2）有限元法采用Magnet软件分析；（3）本课题具有优越的实验条件：电工电子实验中心、电机专业实验室、直线电机研究所（拥有直线电机微机测试装置）等。四、课题研究可能存在的问题和技术关键及解决方法：（1）直线开关磁阻电机属于新型直线电机，具有不同于传统旋转电机的设计理论和方法，基本理论还不成熟，国内这方面的

26、文献资料也不多，没有一套系统的设计方案。（2）由于电机的双凸结构和开关形式供电，因此力矩脉动比较大，甚至会出现反向力，这是不希望得到的，可以通过优化开通位置和关断位置等控制方案来减小力矩脉动，当然也可以通过结构的优化设计来减小力矩脉动，但是经过试验发现通过改变参数结构对脉动影响不是很大，因此还要需求其他控制策略来改变此局面。（3）振动和噪声的问题，径向磁吸力是产生开关磁阻电机振动和噪声的主要来源，因此应尽量减小径向磁吸力。五、进度安排：2008年10月-2008年12月，收集、查阅相关文献资料。2009年1月-2009年2月，研读文献资料并学习解析法，运用Magnet仿真软件建模，寻求一种最佳

27、优化方案。2009年3月-2009年8月，建立电机系统仿真模型，验证设计方案并设计电机样机及其驱动系统。2009年9月-2009年11月，撰写论文。六、预期目标：（1）通过研究和试验，得到LSRM的最优参数，设计出可行的LSRM样机。（2）通过几种不同的控制策略，最大限度的减少力矩脉动，提高电机系统的性能。（3）制作出样机及其驱动系统。（4）在中国电机工程学报、微特电机上发表两到三篇学术论文。七、课题研究具体指导人员：上官璇峰 教授 导师签名： 年 月 日开题报告会时间： 年 月 日 地点：评议意见（对选题水平、开题报告的可行性、能否通过，写出明确评语）参加人员签名： 教研室（研究室）主任（签名）： 院（系）负责人（签名）： 年 月 日报告执行情况记要：备注