畢業(yè)論文開題報告：永磁同步電機直接轉矩控制及仿真

大學本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
學院：　信息　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級：　　09電氣c　

課題名稱 永磁同步電機直接轉矩控制及仿真

1、本課題的研究目的和意義：
★ 目的：
自1834年德國的雅克比發(fā)明了第一臺電機后，電機在人們?nèi)粘５纳a(chǎn)，生活中發(fā)揮著越來越大的作用�，F(xiàn)今，電機已廣泛應用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通工具，軍事設備上。電機，即將機械能和電能相互轉化的設備。為了做到機械能和電能在相互轉化的效率最高，并且盡最大可能節(jié)約成本，必須找到一個高效合適的電機控制策略。因此，電機的控制就成為了一個重要的課題。
由于直流調(diào)速系統(tǒng)的控制比較方便，能通過控制電機的勵磁電流和輸入電壓，使電機能在很廣闊的范圍內(nèi)平滑地改變速度�；谶@一優(yōu)點，直流調(diào)速系統(tǒng)在上世紀70年代就廣泛應用在需要響應范圍廣，動態(tài)性能好，控制精度高的場合上。直流調(diào)速也成為了當時主流的電機控制方式。但是直流電機也存在一些缺點：如生產(chǎn)成本高，維護費用大，設備體積大，由于存在換向器和電刷，在運行過程中容易產(chǎn)生火花，導致電機燃燒甚至爆炸。
所以，人們就開始想方法用交流電機去取代直流電機。比起直流電機，交流電機具有結構簡單，堅固耐用，造價低廉，運行安全，維護便捷，對環(huán)境適應能力強等優(yōu)點。電機調(diào)速系統(tǒng)的關鍵問題在于維持氣隙磁場，控制電機的電磁轉矩。但是因
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的磁鐵礦和稀土礦。而且掌握了先進的永磁材料煉制技術。這也為大量生產(chǎn)永磁同步電機打下了物質(zhì)基礎。


2、 文獻綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）：
★永磁同步電機控制的發(fā)展綜述：
永磁同步電機出現(xiàn)于 20 世紀 50 年代。其運行原理與普通電激磁同步電機相同，但它以永磁體替代激磁繞組，使電機結構更為簡單，提高了電機運行的可靠性。隨著電力電子技術和微型計算機的發(fā)展，20 世紀 70 年代，永磁同步電機開始應用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。20 世紀 80 年代，稀土永磁材料的研制取得了突破性的進展，特別是剩磁高、矯頑力大而價格低廉的第三代新型永磁材料釹鐵硼(NdFeB)的出現(xiàn)，極大地促進了永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。尤其值得一提的是我國是一個稀土材料的大國，稀土儲量和稀土金屬的提煉都居世界首位。隨著稀土材料技術的不斷發(fā)展，永磁材料的磁能積已經(jīng)做的很高，價格也早就滿足工業(yè)應用的需要，加上矢量控制水平的不斷提高，永磁同步電動機越來越顯出效率高、功率密度大、調(diào)速范圍寬、脈動轉矩小等高性能的優(yōu)勢。使我國在稀土永磁材料和稀土永磁電機的科研水平都達到了國際先進水平。新型永磁材料在電機上的應用，不僅促進了電機結構、設計方法、制造工藝等方面的改革，而且使永磁同步電機的性能有了質(zhì)的飛躍，稀土永磁同步電機正向大功率(超高速、大轉矩)微型化、智能化、高性能化的方向發(fā)展，成為交流調(diào)速領域的一個重要分支[1][2]。
由于受到功率開關元件、永磁材料和驅動控制技術發(fā)展水平的制約，永磁同步電機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類似，但這種電機的轉矩存在較大的波動。為了克服這一缺點，人們在此基礎上又研制出帶有位置傳感器、逆變器驅動的正弦波永磁同步電機，這就使得永磁同步電機有了更廣闊的前景。
★控制技術的發(fā)展
早期對永磁同步電機的研究主要為固定頻率供電的永磁同步電機運行特性的研究，特別是穩(wěn)態(tài)特性和直接起動性能的研究。永磁同步電動機的直接起動是依靠阻尼繞組提供的異步轉矩將電機加速到接近同步轉速，然后由磁阻轉矩和同步轉矩將電機牽入同步。V.B.Honsinger和M.A.Rahman等人在這方面做了大量的研究工作。
隨著對永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，需要設計出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機，G.R.Slemon等人針對調(diào)速系統(tǒng)快速動態(tài)性能和高效率的要求，提出了現(xiàn)代永磁同步電機的設計方法。
隨著永磁同步電動機的控制技術的不斷發(fā)展，各種控制技術的應用也在逐步成熟，比如SVPWM、DTC、SVM-DTC、MRAS等方法都在實際中得到應用。然而，在實際應用中，各種控制策略都存在著一定的不足，如低速特性不夠理想，過分依賴于電機的參數(shù)等等，因此，對控制策略中存在的問題進行研究就有著十分重大的意義。
1971年，德國學者相繼提出了交流電機的矢量變換控制的新思想、新理論和新技術，它的出現(xiàn)對交流電機控制技術的研究具有劃時代的意義。因為這種通過磁場定向構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、計算機技術和永磁材料科學的發(fā)展，矢量控制技術得以迅速應用和推廣。矢量控制是在機電能量轉換、電機統(tǒng)一理論和空間矢量理論基礎上發(fā)展起來的，它首先應用于三相感應電動機，很快擴展到三相永磁同步電機。由于三相感應電動機運行時，轉子發(fā)熱會造成轉子參數(shù)變化，而轉子磁場的觀測依賴于轉子參數(shù)，所以轉子磁場難以準確觀測，使得實際控制效果難以達到理論分析的結果，這是矢量控制實踐上的不足之處。而永磁同步電機采用永磁體做轉子，參數(shù)較固定，所以矢量控制永磁同步電機在小功率和高精度的場合應用廣泛。隨后，1985年，由德國魯爾大學 教授首次提出了直接轉矩控制的理論，接著又把它推廣到弱磁調(diào)速范圍。與矢量控制技術相比，直接轉矩控制很大程度上解決了矢量控制三相感應電動機的特性易受電機參數(shù)變化的影響這一問題。直接轉矩控制一誕生，就以自己新穎的控制思想，簡潔明了的系統(tǒng)結構，優(yōu)良的靜動態(tài)性能受到了普遍的關注和得到了迅速的發(fā)展。目前該技術成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。德國、日本、美國都競相發(fā)展此項新技術[3][4]。
★控制器件的發(fā)展
20世紀80年代開始，電力電子技術得到了飛速的發(fā)展，很好地解決了交流電機調(diào)速難的問題。主要包括門極可關斷晶閘管GTO、電力場效應管MOSFET和電力雙極性晶體管BJT這些全控型器件。它們的優(yōu)點主要有以下兩個方面：通過對門極發(fā)出一個信號，就能簡單快捷地控制電路的通斷；開關頻率高，因此開關損耗小。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，當前僅顯示2540字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文開題報告：永磁同步電機直接轉矩控制及仿真》）