任务计划书与开题报告

湖南人文科技学院本科生毕业论文档案材料题目：同步电动机起动过程优化研究学生姓名：李瑜学号08421252系部：通信与控制工程专业年级：自动化二班2008级指导教师：肖永涛湖南人文科技学院教务处制一、毕业设计任务下达书毕业设计题目同步电动机起动过程优化研究题目类型理论研究题目来源教师科研课题毕业设计时间2011年12月至2012年6月一、选题的目的及意义现在同步电动机的起动已十分容易,不同的起动方式较好地解决了不同容量同步电机的正常起动和与其相连电网的抗扰能力。尤其是大功率、高电压同步电动机充分利用变频起动装置,使电动机从起动到并网平稳地过渡仅在几分钟内完成。然而高压、大功率变频系统技术复杂且涉及面广,一旦系统某个环节出现故障,受诸多条件限制,很难迅速排除。因电机无法起动,其拖动的负载不能运行,企业整个生产链由此中断。停运时间的长短直接影响企业的效益。于是在特别的状态下要采用同步电动机的异步起动法。但同步电动机的投励一直是个困扰其起动的难题。目前同步电动机异步起动后的投励方式普遍采用“顺极性投励”方式,“顺极性投励”定义为:当同步电机转速达到95%同步转速以后,选择合理的投励时刻对转子绕组施加励磁从而牵入同步,顺极性区是指转子施加励磁后的转子磁场与气隙合成磁场的作用有利于转子加速牵入同步,理论分析是转子磁场北极和定子磁场南极夹角0-180°范围内。传统的顺极性投励仍然存在对投励时刻难于控制,电机投励后剧烈振荡,牵入同步时间长,特别是在重载情况下投励失败现象很普遍,这时对电网和电机本身危害最大,电机在遭受脉振转矩的反复作用造成不同程度的伤害。近年来国内外学者提出的“最佳顺极性”投励,即在顺极性范围选择一小的区间投励,对电网和电机造成影响最小,更容易牵入同步且牵入时间更短,定子电流波动也最小。无疑在现代工农业应用中,“最佳顺极性”投励是同步电动机异步起动的研究方向。二、毕业设计的主要内容（1）介绍同步电动机的结构和工作原理；（2）掌握同步电动机异步起动与“顺极性投励”的方法；（3）建立同步电动机异步起动的数学模型；（5）MATLAB建模仿真以及结果分析。三、毕业设计的要求（包括技术要求、工作要求）题目类型：理论研究、工程设计、实验研究、软件开发、艺术设计等题目来源：教师科研课题、生产实际题、社会现实题、假想题等四、主要参考资料[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社,1992[2]毛承雄.同步发电机微机励磁[M].北京:中国电力出版社,2005[3]杨顺昌．电机矩阵分析[M]．重庆：重庆大学出版社，1988[4]陈珩．同步电机运行基本理论与计算机算法[M]．北京：水利电力出版社，1992[5]许实章．电机学[M]．北京：机械工业出版社，1992[6]胡崇岳．现代交流调速技术[M]．北京：机械工业出版社，1998[7]铎良.李善奎.基于MATLAB的同步电动机最佳顺极性投励的仿真研究[J].大电机技术,2003,7(2):23-27[8]铎良.一种新型同步电动机最佳顺极性方式的研究[J].电机与控制学报,2004,8(2):155-159[9]黄席樾.同步电动机启动过程计算机控制技术[J].重庆大学学报,1994,11(6):94-97[10]王兆安.黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社.2009.6五、毕业设计进度安排阶段工作内容起止时间备注1查资料熟悉题目确定研究方向2011.12.01—2011.12.202掌握同步电动机工作原理以及“顺极性投励”原理2011.12.21—2012.1.203建立模型与MATLAB仿真2012.1.21—2012.4.014仿真结果分析和误差原因2012.4.02—2012.5.055整理文档与设计答辩2012.5.06—2012.6.02指导教师：年月日一、毕业设计开题报告书

（一）、选题的根据：1）本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解众所周知，在工农业生产部门中，对于那些不需要调速的机械负载，广泛采用异步电动机作为原动机。这是由于它的结构简单，造价低廉，而且坚固耐用，维修方便；另外，异步电动机的效率较高，机械特性较软。但是异步电动机本身没有励磁，它要从系统吸取感性无功电流来建立磁场。在工业企业中，异步电动机的励磁无功占企业总无功需求量的很大比重，异步电动机的广泛应用使系统的功率因数降低，如果系统无功不足，便要造成系统电压下降。在这点上，同步电动机具有绝对的优越性。同步电动机的运行和工业使用，有着异步电动机难以比拟的优越性。同步电动机较常用的启动方法有拖动起动、异步起动、变频起动。而同步电动机的异步起动方法，更是中小型企业、甚至大型企业使用同步电动机较为普遍的起动方式但是，同步电动机在异步起动时，由于单轴力矩的存在，显得较为困难，特别是同步电动机的投励及牵入同步，一般来说同步电动机的容量较大，如果同步电动机的起动失败，不但会对电网造成波动，产生谐波污染电网电能、影响同步电动机周围其他用电设备的正常工作，甚至无法工作；如果同步电动机投励失败，由于电机转速的波动，造成电机在机械上和电磁上的波动，两者对电机反复进行冲击，伤害电机定子、转子绕组，使得电机无法进入正常工作状态。所以，研究同步电动机起动过程优化，提高同步电动机起动的性能，是非常必要的。同步电动机的异步起动过程可以分为两个过程，即未加励磁电流前的异步运行过程和加入励磁电流后的牵入同步过程。在当前的工矿企业对同步电动机的使用过程中，大多数都采用异步起动法。所以，对同步电动机的异步起动过程的研究，就显得非常的重要。前人对同步电动机异步起动方法的研究已经进行得很多了。当同步电动机起动到0.95倍同步速以后，就可以进行投励了。而投励装置的研究往往转化到对顺极性投励区域的研究和电机牵入同步的可靠性方面研究。文献《浅谈同步电动机启动过程顺极性投励的问题》中提到两种投励线路，都是利用模拟电子线路实现，其中受到环境、器件自身等因素的影响较多，经常出现误动作，造成同步电动机起动和运行的故障，其投励信号的获取，是通过对转子励磁绕组的感应电势进行采样，比较而得；文献《同步电动机启动过程计算机控制技术》虽然提出利用数字电路实现顺极性投励，但是，投励信号也是通过采集转子励磁绕组感应电势得到。由于同步电动机达到0.95倍同步速时，转子感应电势的频率f22.5Hz，感应电势的值也很低，且干扰信号较大，这就在一定程度上影响了投励信号的获得，以至于对顺极性区域的捕获不准确，而失掉顺极性。所以，如何得到较为准确的投励信号，还需要进行探索。本文在分析研究同步电动机异步起动过程的基础上对“顺极性投励”作进一步研究以获取“最佳顺极性投励”，从而优化同步电动机的异步起动性能。（二）、研究内容：(1)介绍同步电动机基本结构和工作原理；(2)分析同步电动机异步起动法原理以及“顺极性投励”的原理；(3)在前人研究的基础上，分析和研究同步电动机异步起动的数学模型，为建立系统仿真模型奠定理论基础；(4)利用MATLAB仿真软件，根据分析和研究的实际问题，建立同步电动机励磁绕组外串附加电阻异步起动模型、合理利用单轴力矩的同步电动机异步起动仿真模型等，构成同步电动机异步起动的仿真模型；(5)对仿真结果进行比较，得出同步电动机异步起动过程中最佳顺极性投励的理论依据。

（三）、研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究方法：本文在研究同步电动机异步起动的过程中，提出利用单片机和晶闸管控制励磁绕组的开断，合理利用同步电动机异步起动过程中的单轴力矩；通过研究传统同步电动机投励线路的缺陷，提出了利用“定子电量法”，实现同步电动机的最佳顺极性投励。技术路线：本文运用了新型最佳顺极性投励方法—定子电量法。根据电机学旋转磁场基本理论，当电动机定子某相相电流达最大正幅值时，定子三相绕组合成磁势基波的正幅值正好旋转到该相相轴位置，即定子合成磁场的N极轴线与该相相轴重合。可行性分析：而定子电量法可以实现同步电动机的最佳顺极性投励，是因为利用机械方法和物理方法，确定转子位置信号发生点，从而可以确定同步电动机的最佳投励区间，检测定子方电流最大正幅值的时刻，如果同时满足这两个条件，就可以实现最佳顺极性投励。（四）、进度安排和采取的主要措施阶段工作内容起止时间备注1查资料了解选题意义和同步电动机结构基本原理2011.12.01—2011.12.202掌握同步电动机异步起动法以及“顺极性投励”理论2011.12.21—2012.1.203分析异步起动过程中个变量的计算建立同步电动机的数学模型2012.1.21—2012.4.014MATLAB仿真模型的建立和仿真2012.4.02—2012.5.055整理文档与设计答辩2012.5.06—2012.6.02（五）、主要参考文献[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社,1992.[2]毛承雄.同步发电机微机励磁[M].北京:中国电力出版社,2005.[3]杨顺昌．电机矩阵分析[M]．重庆：重庆大学出版社，1988.[4]陈珩．同步电机运行基本理论与计算机算法[M]．北京：水利电力出版社，1992.[5]许实章．电机学[M]．北京：机械工业出版社，1992.[6]胡崇岳．现代交流调速技术[M]．北京：机械工业出版社，1998.[7]铎良,李善奎.基于MATLAB的同步电动机最佳顺极性投励的仿真研究[J].大电机技术,2003,7(2):23-27.[8]铎良.一种新型同步电动机最佳顺极性方式的研究[J].电机与控制学报,2004,8(2):155-159.[9]黄席樾.同步电动机启动过程计算机控制技术[J].重庆大学学报,1994,11(6):94-97.[10]王文友.浅谈同步电动机启动过程顺极性投励问题[J].河北电力技术,1989,6(5):38-42.[11]王福忠等．同步电动机电磁力角与最大推力控制策略的研究[J]．煤炭学报，2001(3)，307-312.[12]蒋学权．试论电动机全压起动电压降估算公式[J]．煤矿设计，1999，(1)：11-13.（六）、毕业设计开题指导意见：课题同步电动机起动过程优化研究作者姓名李瑜所属系、专业、年级通信与控制工程系自动化2008级开题时间2012.12.28预计字数13000左右指导教师意见：指导教师（签名）：年月日指导小组意见：负责人签名：年月日二、毕业设计成绩评审表（一）指导教师评审用表评价项目评价内容满分指导教师评分选题质量20%01选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求502题目的难易度503题目工作量504题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度5能力水平80%05综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）1006应用文献资料的能力507实验（设计）能力1008计算能力（数据运算与处理能力等）509外文应用能力510计算机应用能力511对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）1012插图（或图纸）质量513撰写水平1014实用性与科学性515规范化程度（设计栏目合理、SI制的使用等）516创见性（只分“有”或“无”）5总评分：______________成绩等级：__________指导教师评定意见：指导教师签名：年月日注：1.评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90～100为优秀，80～89为良好，70～79为中等，60～69为及格，60分以下为不及格；2.此表用于指导教师对毕业设计成绩的评定。

（二）评阅教师评审用表评价项目评价内容满分评阅教师评分选题质量20%01选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求502题目的难易度503题目工作量504题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度5能力水平80%05综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）1006应用文献资料的能力507实验（设计）能力1008计算能力（数据运算与处理能力等）509外文应用能力510计算机应用能力511对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）1012插图（或图纸）质量513撰写水平1014实用性与科学性515规范化程度（设计栏目合理、SI制的使用等）516创见性（只分“有”或“无”）5总评分：______________成绩等级：__________评阅教