畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告：永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制及仿真

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
學(xué)院：　信息　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級(jí)：　　09電氣c　

課題名稱 永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制及仿真

1、本課題的研究目的和意義：
★ 目的：
自1834年德國(guó)的雅克比發(fā)明了第一臺(tái)電機(jī)后，電機(jī)在人們?nèi)粘５纳a(chǎn)，生活中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用�，F(xiàn)今，電機(jī)已廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通工具，軍事設(shè)備上。電機(jī)，即將機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)化的設(shè)備。為了做到機(jī)械能和電能在相互轉(zhuǎn)化的效率最高，并且盡最大可能節(jié)約成本，必須找到一個(gè)高效合適的電機(jī)控制策略。因此，電機(jī)的控制就成為了一個(gè)重要的課題。
由于直流調(diào)速系統(tǒng)的控制比較方便，能通過(guò)控制電機(jī)的勵(lì)磁電流和輸入電壓，使電機(jī)能在很廣闊的范圍內(nèi)平滑地改變速度�；谶@一優(yōu)點(diǎn)，直流調(diào)速系統(tǒng)在上世紀(jì)70年代就廣泛應(yīng)用在需要響應(yīng)范圍廣，動(dòng)態(tài)性能好，控制精度高的場(chǎng)合上。直流調(diào)速也成為了當(dāng)時(shí)主流的電機(jī)控制方式。但是直流電機(jī)也存在一些缺點(diǎn)：如生產(chǎn)成本高，維護(hù)費(fèi)用大，設(shè)備體積大，由于存在換向器和電刷，在運(yùn)行過(guò)程中容易產(chǎn)生火花，導(dǎo)致電機(jī)燃燒甚至爆炸。
所以，人們就開(kāi)始想方法用交流電機(jī)去取代直流電機(jī)。比起直流電機(jī)，交流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，造價(jià)低廉，運(yùn)行安全，維護(hù)便捷，對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題在于維持氣隙磁場(chǎng)，控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。但是因
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略904字，正式會(huì)員可完整閱讀）……　
的磁鐵礦和稀土礦。而且掌握了先進(jìn)的永磁材料煉制技術(shù)。這也為大量生產(chǎn)永磁同步電機(jī)打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。


2、 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）：
★永磁同步電機(jī)控制的發(fā)展綜述：
永磁同步電機(jī)出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 50 年代。其運(yùn)行原理與普通電激磁同步電機(jī)相同，但它以永磁體替代激磁繞組，使電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。隨著電力電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，20 世紀(jì) 70 年代，永磁同步電機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。20 世紀(jì) 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的進(jìn)展，特別是剩磁高、矯頑力大而價(jià)格低廉的第三代新型永磁材料釹鐵硼(NdFeB)的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。尤其值得一提的是我國(guó)是一個(gè)稀土材料的大國(guó)，稀土儲(chǔ)量和稀土金屬的提煉都居世界首位。隨著稀土材料技術(shù)的不斷發(fā)展，永磁材料的磁能積已經(jīng)做的很高，價(jià)格也早就滿足工業(yè)應(yīng)用的需要，加上矢量控制水平的不斷提高，永磁同步電動(dòng)機(jī)越來(lái)越顯出效率高、功率密度大、調(diào)速范圍寬、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小等高性能的優(yōu)勢(shì)。使我國(guó)在稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。新型永磁材料在電機(jī)上的應(yīng)用，不僅促進(jìn)了電機(jī)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、制造工藝等方面的改革，而且使永磁同步電機(jī)的性能有了質(zhì)的飛躍，稀土永磁同步電機(jī)正向大功率(超高速、大轉(zhuǎn)矩)微型化、智能化、高性能化的方向發(fā)展，成為交流調(diào)速領(lǐng)域的一個(gè)重要分支[1][2]。
由于受到功率開(kāi)關(guān)元件、永磁材料和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展水平的制約，永磁同步電機(jī)最初都采用矩形波波形，在原理和控制方式上基本上與直流電機(jī)類似，但這種電機(jī)的轉(zhuǎn)矩存在較大的波動(dòng)。為了克服這一缺點(diǎn)，人們?cè)诖嘶A(chǔ)上又研制出帶有位置傳感器、逆變器驅(qū)動(dòng)的正弦波永磁同步電機(jī)，這就使得永磁同步電機(jī)有了更廣闊的前景。
★控制技術(shù)的發(fā)展
早期對(duì)永磁同步電機(jī)的研究主要為固定頻率供電的永磁同步電機(jī)運(yùn)行特性的研究，特別是穩(wěn)態(tài)特性和直接起動(dòng)性能的研究。永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)是依靠阻尼繞組提供的異步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)加速到接近同步轉(zhuǎn)速，然后由磁阻轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩將電機(jī)牽入同步。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人在這方面做了大量的研究工作。
隨著對(duì)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，需要設(shè)計(jì)出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機(jī)，G.R.Slemon等人針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)快速動(dòng)態(tài)性能和高效率的要求，提出了現(xiàn)代永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)方法。
隨著永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種控制技術(shù)的應(yīng)用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在實(shí)際中得到應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，各種控制策略都存在著一定的不足，如低速特性不夠理想，過(guò)分依賴于電機(jī)的參數(shù)等等，因此，對(duì)控制策略中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究就有著十分重大的意義。
1971年，德國(guó)學(xué)者相繼提出了交流電機(jī)的矢量變換控制的新思想、新理論和新技術(shù)，它的出現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)控制技術(shù)的研究具有劃時(shí)代的意義。因?yàn)檫@種通過(guò)磁場(chǎng)定向構(gòu)成的矢量變換交流閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制性能完全可以與直流系統(tǒng)相媲美。而后，隨著電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料科學(xué)的發(fā)展，矢量控制技術(shù)得以迅速應(yīng)用和推廣。矢量控制是在機(jī)電能量轉(zhuǎn)換、電機(jī)統(tǒng)一理論和空間矢量理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它首先應(yīng)用于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，很快擴(kuò)展到三相永磁同步電機(jī)。由于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子發(fā)熱會(huì)造成轉(zhuǎn)子參數(shù)變化，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的觀測(cè)依賴于轉(zhuǎn)子參數(shù)，所以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)難以準(zhǔn)確觀測(cè)，使得實(shí)際控制效果難以達(dá)到理論分析的結(jié)果，這是矢量控制實(shí)踐上的不足之處。而永磁同步電機(jī)采用永磁體做轉(zhuǎn)子，參數(shù)較固定，所以矢量控制永磁同步電機(jī)在小功率和高精度的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。隨后，1985年，由德國(guó)魯爾大學(xué) 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制的理論，接著又把它推廣到弱磁調(diào)速范圍。與矢量控制技術(shù)相比，直接轉(zhuǎn)矩控制很大程度上解決了矢量控制三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特性易受電機(jī)參數(shù)變化的影響這一問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注和得到了迅速的發(fā)展。目前該技術(shù)成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動(dòng)上。德國(guó)、日本、美國(guó)都競(jìng)相發(fā)展此項(xiàng)新技術(shù)[3][4]。
★控制器件的發(fā)展
20世紀(jì)80年代開(kāi)始，電力電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，很好地解決了交流電機(jī)調(diào)速難的問(wèn)題。主要包括門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO、電力場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET和電力雙極性晶體管BJT這些全控型器件。它們的優(yōu)點(diǎn)主要有以下兩個(gè)方面：通過(guò)對(duì)門(mén)極發(fā)出一個(gè)信號(hào)，就能簡(jiǎn)單快捷地控制電路的通斷；開(kāi)關(guān)頻率高，因此開(kāi)關(guān)損耗小。到了80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管IGBT為代表的復(fù)合型器件得到了迅猛的發(fā)展。絕緣柵雙極型晶體管IGBT是由BJT和M ……（未完，全文共9300字，當(dāng)前僅顯示2540字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告：永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制及仿真》）