任務(wù)計劃書與開題報告

湖南人文科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文檔案材料題目：同步電動機起動過程優(yōu)化研究學(xué)生姓名：李瑜學(xué)號08421252系部：通信與控制工程專業(yè)年級：自動化二班2008級指導(dǎo)教師：肖永濤湖南人文科技學(xué)院教務(wù)處制一、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)下達書畢業(yè)設(shè)計題目同步電動機起動過程優(yōu)化研究題目類型理論研究題目來源教師科研課題畢業(yè)設(shè)計時間2011年12月至2012年6月一、選題的目的及意義現(xiàn)在同步電動機的起動已十分容易,不同的起動方式較好地解決了不同容量同步電機的正常起動和與其相連電網(wǎng)的抗擾能力。尤其是大功率、高電壓同步電動機充分利用變頻起動裝置,使電動機從起動到并網(wǎng)平穩(wěn)地過渡僅在幾分鐘內(nèi)完成。然而高壓、大功率變頻系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜且涉及面廣,一旦系統(tǒng)某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障,受諸多條件限制,很難迅速排除。因電機無法起動,其拖動的負載不能運行,企業(yè)整個生產(chǎn)鏈由此中斷。停運時間的長短直接影響企業(yè)的效益。于是在特別的狀態(tài)下要采用同步電動機的異步起動法。但同步電動機的投勵一直是個困擾其起動的難題。目前同步電動機異步起動后的投勵方式普遍采用“順極性投勵”方式,“順極性投勵”定義為:當同步電機轉(zhuǎn)速達到95%同步轉(zhuǎn)速以后,選擇合理的投勵時刻對轉(zhuǎn)子繞組施加勵磁從而牽入同步,順極性區(qū)是指轉(zhuǎn)子施加勵磁后的轉(zhuǎn)子磁場與氣隙合成磁場的作用有利于轉(zhuǎn)子加速牽入同步,理論分析是轉(zhuǎn)子磁場北極和定子磁場南極夾角0-180°范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的順極性投勵仍然存在對投勵時刻難于控制,電機投勵后劇烈振蕩,牽入同步時間長,特別是在重載情況下投勵失敗現(xiàn)象很普遍,這時對電網(wǎng)和電機本身危害最大,電機在遭受脈振轉(zhuǎn)矩的反復(fù)作用造成不同程度的傷害。近年來國內(nèi)外學(xué)者提出的“最佳順極性”投勵,即在順極性范圍選擇一小的區(qū)間投勵,對電網(wǎng)和電機造成影響最小,更容易牽入同步且牽入時間更短,定子電流波動也最小。無疑在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)應(yīng)用中,“最佳順極性”投勵是同步電動機異步起動的研究方向。二、畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容（1）介紹同步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）掌握同步電動機異步起動與“順極性投勵”的方法；（3）建立同步電動機異步起動的數(shù)學(xué)模型；（5）MATLAB建模仿真以及結(jié)果分析。三、畢業(yè)設(shè)計的要求（包括技術(shù)要求、工作要求）題目類型：理論研究、工程設(shè)計、實驗研究、軟件開發(fā)、藝術(shù)設(shè)計等題目來源：教師科研課題、生產(chǎn)實際題、社會現(xiàn)實題、假想題等四、主要參考資料[1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社,1992[2]毛承雄.同步發(fā)電機微機勵磁[M].北京:中國電力出版社,2005[3]楊順昌．電機矩陣分析[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，1988[4]陳珩．同步電機運行基本理論與計算機算法[M]．北京：水利電力出版社，1992[5]許實章．電機學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1992[6]胡崇岳．現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998[7]鐸良.李善奎.基于MATLAB的同步電動機最佳順極性投勵的仿真研究[J].大電機技術(shù),2003,7(2):23-27[8]鐸良.一種新型同步電動機最佳順極性方式的研究[J].電機與控制學(xué)報,2004,8(2):155-159[9]黃席樾.同步電動機啟動過程計算機控制技術(shù)[J].重慶大學(xué)學(xué)報,1994,11(6):94-97[10]王兆安.黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社.2009.6五、畢業(yè)設(shè)計進度安排階段工作內(nèi)容起止時間備注1查資料熟悉題目確定研究方向2011.12.01—2011.12.202掌握同步電動機工作原理以及“順極性投勵”原理2011.12.21—2012.1.203建立模型與MATLAB仿真2012.1.21—2012.4.014仿真結(jié)果分析和誤差原因2012.4.02—2012.5.055整理文檔與設(shè)計答辯2012.5.06—2012.6.02指導(dǎo)教師：年月日一、畢業(yè)設(shè)計開題報告書

（一）、選題的根據(jù)：1）本選題的理論、實際意義2）綜述國內(nèi)外有關(guān)本選題的研究動態(tài)和自己的見解眾所周知，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中，對于那些不需要調(diào)速的機械負載，廣泛采用異步電動機作為原動機。這是由于它的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，而且堅固耐用，維修方便；另外，異步電動機的效率較高，機械特性較軟。但是異步電動機本身沒有勵磁，它要從系統(tǒng)吸取感性無功電流來建立磁場。在工業(yè)企業(yè)中，異步電動機的勵磁無功占企業(yè)總無功需求量的很大比重，異步電動機的廣泛應(yīng)用使系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，如果系統(tǒng)無功不足，便要造成系統(tǒng)電壓下降。在這點上，同步電動機具有絕對的優(yōu)越性。同步電動機的運行和工業(yè)使用，有著異步電動機難以比擬的優(yōu)越性。同步電動機較常用的啟動方法有拖動起動、異步起動、變頻起動。而同步電動機的異步起動方法，更是中小型企業(yè)、甚至大型企業(yè)使用同步電動機較為普遍的起動方式但是，同步電動機在異步起動時，由于單軸力矩的存在，顯得較為困難，特別是同步電動機的投勵及牽入同步，一般來說同步電動機的容量較大，如果同步電動機的起動失敗，不但會對電網(wǎng)造成波動，產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)電能、影響同步電動機周圍其他用電設(shè)備的正常工作，甚至無法工作；如果同步電動機投勵失敗，由于電機轉(zhuǎn)速的波動，造成電機在機械上和電磁上的波動，兩者對電機反復(fù)進行沖擊，傷害電機定子、轉(zhuǎn)子繞組，使得電機無法進入正常工作狀態(tài)。所以，研究同步電動機起動過程優(yōu)化，提高同步電動機起動的性能，是非常必要的。同步電動機的異步起動過程可以分為兩個過程，即未加勵磁電流前的異步運行過程和加入勵磁電流后的牽入同步過程。在當前的工礦企業(yè)對同步電動機的使用過程中，大多數(shù)都采用異步起動法。所以，對同步電動機的異步起動過程的研究，就顯得非常的重要。前人對同步電動機異步起動方法的研究已經(jīng)進行得很多了。當同步電動機起動到0.95倍同步速以后，就可以進行投勵了。而投勵裝置的研究往往轉(zhuǎn)化到對順極性投勵區(qū)域的研究和電機牽入同步的可靠性方面研究。文獻《淺談同步電動機啟動過程順極性投勵的問題》中提到兩種投勵線路，都是利用模擬電子線路實現(xiàn)，其中受到環(huán)境、器件自身等因素的影響較多，經(jīng)常出現(xiàn)誤動作，造成同步電動機起動和運行的故障，其投勵信號的獲取，是通過對轉(zhuǎn)子勵磁繞組的感應(yīng)電勢進行采樣，比較而得；文獻《同步電動機啟動過程計算機控制技術(shù)》雖然提出利用數(shù)字電路實現(xiàn)順極性投勵，但是，投勵信號也是通過采集轉(zhuǎn)子勵磁繞組感應(yīng)電勢得到。由于同步電動機達到0.95倍同步速時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的頻率f22.5Hz，感應(yīng)電勢的值也很低，且干擾信號較大，這就在一定程度上影響了投勵信號的獲得，以至于對順極性區(qū)域的捕獲不準確，而失掉順極性。所以，如何得到較為準確的投勵信號，還需要進行探索。本文在分析研究同步電動機異步起動過程的基礎(chǔ)上對“順極性投勵”作進一步研究以獲取“最佳順極性投勵”，從而優(yōu)化同步電動機的異步起動性能。（二）、研究內(nèi)容：(1)介紹同步電動機基本結(jié)構(gòu)和工作原理；(2)分析同步電動機異步起動法原理以及“順極性投勵”的原理；(3)在前人研究的基礎(chǔ)上，分析和研究同步電動機異步起動的數(shù)學(xué)模型，為建立系統(tǒng)仿真模型奠定理論基礎(chǔ)；(4)利用MATLAB仿真軟件，根據(jù)分析和研究的實際問題，建立同步電動機勵磁繞組外串附加電阻異步起動模型、合理利用單軸力矩的同步電動機異步起動仿真模型等，構(gòu)成同步電動機異步起動的仿真模型；(5)對仿真結(jié)果進行比較，得出同步電動機異步起動過程中最佳順極性投勵的理論依據(jù)。

（三）、研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析研究方法：本文在研究同步電動機異步起動的過程中，提出利用單片機和晶閘管控制勵磁繞組的開斷，合理利用同步電動機異步起動過程中的單軸力矩；通過研究傳統(tǒng)同步電動機投勵線路的缺陷，提出了利用“定子電量法”，實現(xiàn)同步電動機的最佳順極性投勵。技術(shù)路線：本文運用了新型最佳順極性投勵方法—定子電量法。根據(jù)電機學(xué)旋轉(zhuǎn)磁場基本理論，當電動機定子某相相電流達最大正幅值時，定子三相繞組合成磁勢基波的正幅值正好旋轉(zhuǎn)到該相相軸位置，即定子合成磁場的N極軸線與該相相軸重合?？尚行苑治觯憾ㄗ与娏糠梢詫崿F(xiàn)同步電動機的最佳順極性投勵，是因為利用機械方法和物理方法，確定轉(zhuǎn)子位置信號發(fā)生點，從而可以確定同步電動機的最佳投勵區(qū)間，檢測定子方電流最大正幅值的時刻，如果同時滿足這兩個條件，就可以實現(xiàn)最佳順極性投勵。（四）、進度安排和采取的主要措施階段工作內(nèi)容起止時間備注1查資料了解選題意義和同步電動機結(jié)構(gòu)基本原理2011.12.01—2011.12.202掌握同步電動機異步起動法以及“順極性投勵”理論2011.12.21—2012.1.203分析異步起動過程中個變量的計算建立同步電動機的數(shù)學(xué)模型2012.1.21—2012.4.014MATLAB仿真模型的建立和仿真2012.4.02—2012.5.055整理文檔與設(shè)計答辯2012.5.06—2012.6.02（五）、主要參考文獻[1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社,1992.[2]毛承雄.同步發(fā)電機微機勵磁[M].北京:中國電力出版社,2005.[3]楊順昌．電機矩陣分析[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，1988.[4]陳珩．同步電機運行基本理論與計算機算法[M]．北京：水利電力出版社，1992.[5]許實章．電機學(xué)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1992.[6]胡崇岳．現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998.[7]鐸良,李善奎.基于MATLAB的同步電動機最佳順極性投勵的仿真研究[J].大電機技術(shù),2003,7(2):23-27.[8]鐸良.一種新型同步電動機最佳順極性方式的研究[J].電機與控制學(xué)報,2004,8(2):155-159.[9]黃席樾.同步電動機啟動過程計算機控制技術(shù)[J].重慶大學(xué)學(xué)報,1994,11(6):94-97.[10]王文友.淺談同步電動機啟動過程順極性投勵問題[J].河北電力技術(shù),1989,6(5):38-42.[11]王福忠等．同步電動機電磁力角與最大推力控制策略的研究[J]．煤炭學(xué)報，2001(3)，307-312.[12]蔣學(xué)權(quán)．試論電動機全壓起動電壓降估算公式[J]．煤礦設(shè)計，1999，(1)：11-13.（六）、畢業(yè)設(shè)計開題指導(dǎo)意見：課題同步電動機起動過程優(yōu)化研究作者姓名李瑜所屬系、專業(yè)、年級通信與控制工程系自動化2008級開題時間2012.12.28預(yù)計字數(shù)13000左右指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師（簽名）：年月日指導(dǎo)小組意見：負責人簽名：年月日二、畢業(yè)設(shè)計成績評審表（一）指導(dǎo)教師評審用表評價項目評價內(nèi)容滿分指導(dǎo)教師評分選題質(zhì)量20%01選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求502題目的難易度503題目工作量504題目與生產(chǎn)、科研、實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度5能力水平80%05綜合運用知識的能力（涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）1006應(yīng)用文獻資料的能力507實驗（設(shè)計）能力1008計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力等）509外文應(yīng)用能力510計算機應(yīng)用能力511對實驗結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）1012插圖（或圖紙）質(zhì)量513撰寫水平1014實用性與科學(xué)性515規(guī)范化程度（設(shè)計欄目合理、SI制的使用等）516創(chuàng)見性（只分“有”或“無”）5總評分：______________成績等級：__________指導(dǎo)教師評定意見：指導(dǎo)教師簽名：年月日注：1.評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90～100為優(yōu)秀，80～89為良好，70～79為中等，60～69為及格，60分以下為不及格；2.此表用于指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計成績的評定。

（二）評閱教師評審用表評價項目評價內(nèi)容滿分評閱教師評分選題質(zhì)量20%01選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)綜合訓(xùn)練基本要求502題目的難易度503題目工作量504題目與生產(chǎn)、科研、實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度5能力水平80%05綜合運用知識的能力（涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）1006應(yīng)用文獻資料的能力507實驗（設(shè)計）能力1008計算能力（數(shù)據(jù)運算與處理能力等）509外文應(yīng)用能力510計算機應(yīng)用能力511對實驗結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟分析能力）1012插圖（或圖紙）質(zhì)量513撰寫水平1014實用性與科學(xué)性515規(guī)范化程度（設(shè)計欄目合理、SI制的使用等）516創(chuàng)見性（只分“有”或“無”）5總評分：______________成績等級：__________評閱教