永磁同步电动机电磁设计-开题报告

毕业设计开题报告

题目：调速永磁电动机的电磁设计

学院：电气与信息学院

专业：电气工程及其自动化

学生姓名：刘森林学号： ************ 指导老师：***

2011年 3 月12日

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（可从教务处网页上下载）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10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（论文）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2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

1.调速永磁同步电机简介

1.1调速永磁同步电动机概述

永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代了后者的励磁绕组励磁，使电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因此永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、损耗小，效率和功率因数高等一系列优点，因而它是今年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电机。永磁同步电动机按转子有无起动绕组可分为调速永磁同步电动机和异步起动永磁步电动机。本文重点介绍调速永磁同步电动机。

所谓调速永磁同步电动机，是指主要用于变频供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速的永磁同步电机。永磁同步电机在开环控制情况下调速运行时，不需要位置传感器和速度传感器，只要改变供电电源的频率便可调节电动机的转速。

电动机的转速是由定子电流交变频率和极对数决定的，在电励磁的同步电动机中，允许电动机在任何功率因数下工作。由于永磁同步电动机其本身是一个自控式同步电机，它有定子和转子组成，有的带位置传感器，有的应用场合因安装的不便利及成本上的要求无法安装位置传感器。有的定子是线圈，转子是永磁体，有的转子是线圈，定子是永磁体。但无论哪种方式，电机本身是不能够自己执行旋转控制的，它必须依赖电子换相装置，这也是为什么这种电机需要变频控制的原因。自控式调频方法从根本上解决了振荡、失步问题。因此，同步电动机变频调速的应用范围越来越广阔，在电气传动领域里占有相当大的比重。随着电机制造与控制技术的飞速发展，加之大规模集成电路、半导体功率器件和微处理器技术的进步，伺服技术作为自动化的基础技术，有了革命性的进步。再加上永磁铁的加入，使得电机的效率更高，体积更小，永

大学、沈阳工业大学等研究了单片机或DSP构成的全数字交流伺服系统，采用预测控制和空间矢量控制技术，改善电流控制性能和系统响应精度，并开发了数字伺服系统。数字控制技术的应用，不仅使系统获得高精度、高可靠性，还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。

1.3 永磁同步电机工作原理

当永磁同步电机通入由三相逆变器经脉宽调制获得的正弦交流电源后，电机的定子绕组会产生一个旋转磁场，它与转子永磁体磁钢所产生的磁场互相作用，产生一个与定子绕组旋转磁场方向一致的转矩。当电磁转矩克服了转子本身的惯量和由永磁体磁钢所产生的阻尼转矩时，电机就开始转动起来，并且不断加速，直至定子旋转磁场带动转子永磁体磁钢一起同步运行。为了获得最大转矩，输入到三相绕组的正弦波电压必,须使得定子磁通和转子磁通的夹角接近90°。为此，必须通过合适的电子控制来使得电机能够正常运行，而其中最重要的是获得转子的位置，转子的位置可以通过位置传感器来获得，也可以通过无传感器控制算法计算来获得。

1.4 调速永磁同步电动机控制系统

调速永磁同步电动机控制系统的基本结构如图1 所示。

图1 永磁同步伺服系统

其基本工作原理是通过转子位置传感器获得电机转子的位置信号和定子电流传感器获得的三相电流值后，送人到主控单元，控制器通过某种控制算法，并与系统给定信号进行比较，从而得到逆变器的六路PWM信号，实现了电机的自同步运行。

2．永磁同步电机的控制原理及方法

何电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电动机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°，因此可以独立调节；交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，长期以来，交流电动机的转矩控制性能较差。经过长期研

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：一、课题的目的与意义；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

1.课题的目的与意义

电机的气隙磁场是实现机电能量转换的载体,永磁同步电动机的气隙磁场是由永磁

体提供的，无需励磁电流和励磁损耗,同步转速运行转子方不产生铜耗和铁耗, 效率和功率因数高于异步电动机3% - 10% 。作为常用的机电装置，现代交流调速传动系统在机床、造纸、轧钢、电梯、机器人及电动汽车等领域都得到了较为广泛的应用。二十世纪八十年代以来，电力电子装置的高频化以及微处理技术的发展，使得交流传动系统的数字化成为可能，一些复杂的控制方式如矢量控制、直接转矩控制、自适应控制等能够在交流电机的控制中得到运用，交流电机的控制性能的不断提高，正逐步取代直流电机成为驱动电动机的主流。作为常用的机电装置，现代交流传动系统在机床、造纸、轧钢、电梯、机器人及电动汽车等领域都得到了较为广泛的应用。二十世纪八十年代以来，电力电子装置的高频化以及微处理技术的发展，使得交流传动系统的数字化成为可能，一些复杂的控制方式如矢量控制、直接转矩控制、自适应控制等能够在交流电机的控制中得到运用，交流电机的控制性能的不断提高，正逐步取代直流电机成为驱动电动机的主流。

尽管感应电机和换向式电动机在市场上仍占有重要地位，但在各类电器装置能耗问题日益受到重视的今天，永磁电机正受到越来越多的关注，永磁同步电机为现代交流控制系统的设计提供了一种具有适用广泛和诸多优点的装置系统，从未来的发展来看，具有替代感应电机的潜在趋势。由于永磁同步电机没有转子附加绕组，所以它在运行时需要配备电力电子装置。作为驱动的电子装置必须与转子速度严格同步，这样才能产生有效的静态转矩。永磁同步电机具有低损耗的特性，因此在用于那些要求快速动态响应的加速器和伺服装置时具有明显的优势。在需要大范围恒功率运行的高效变速系统中，永磁同步电机也是理想的选择对象。永磁同步电机的高功率密度对于包括机械伺服机构和机器人执行机构这类要求快速动态响应的装置也是至关重要的。由于没有转子损耗，在