高速永磁同步发电机设计研究毕业设计

毕业设计说明书题目：高速永磁同步发电机设计研究

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：

指导教师签名：日期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日

导师签名：日期：年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：（签名）单位：（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：（签名）单位：（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：（签名）

年月日

毕业设计(论文)开题报告

题目：高速永磁同步发电机设计研究学院：应用技术学院

专业：电气工程及自动化

学生姓名：欧阳贝尔学号：201113010323指导老师：谢卫才

2015年 3 月 17 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（可从电气系网页或各教研室FTB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。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计论文》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，撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

——高速永磁同步发电机设计研究

开题报告

以往的汽车均是采用发动机减速后直接驱动，较大型的电传动车辆，则是利用直流电机作牵引电机，由于直流电机有电刷和换向器，结构复杂，维护麻烦，制造成本高，运行故障率高，而异步电动机具有结构简单、价格便宜、运行可靠等优点，但调速性能不如直流电动机。因而人们很早就致力于交流电机调速技术的研究（例如异步电机的变极调速等）。进入２０世界７０年代，当现代控制理论、新型大功率电力电子器件、新型变频技术以及微机数字控制技术等在实际应用中取得了重要进展的时候，交流调速技术也随之有了新的实质性的迅猛发展，而功率集成器件（ＰＩＣ）的出现，使动力和信息合一，成为机和电的关键接口。脉宽调制技术的发展与应用使高频调速装置性能优化，可以适用于各类交流电动机。特别是从２０世纪９０年代中期起，大量采用ＩＧＢＴ管以后，使变频器的载波频率由１ｋ￣２ｋＨｚ提高到１０ｋ￣２０ｋＨｚ，大大提高了变频输出电压的质量，有利于降低电机的损耗和噪声。因此，目前国外的变频调速电机发展很快，有同步电动机，也有绕线转子异步电动机和鼠笼型异步电动机，多用于轧钢机、挤压机、风机、压缩机、水泵、磨机，近年来，也用于机车和汽车电传动系统。特别是在电动汽车和混合汽车上使用变频调速系统的课题，国外正在鼓励研究和开发，也取得了相当进展有的已进入应用阶段，但技术还不十分完善。国内由于电力电子技术发展相对滞后，从２０世界８０年代起才把变频调速技术的应用作为电力传动革新的主攻方向，从电力电子器件，电动机至控制系统开展了全面的应用研究。目前，变频调速的电机在轧钢机、风机、水泵、矿用卷扬机以及电力牵引等大中型传动领域已开始应用、其中既有同步电机，也有异步电机，既有与国外公司（如西门子、三菱等）合作的产品，也有自行研制的产品，数量较少，发展较快。

然而，把变频调速应用于电动——内燃复合车，在国内正竞相研究。因为电动车用于城市可以避免汽车尾气对环境的污染，目前已作为国家８６３计划的重点开发项目之一。矿用轨道电机车是工矿企业的一个重要运输设备，按照调速(速度控制)方式的不同可分为：直流牵引电机串电阻调速，直流牵引电机斩波调速，交流牵引电机变频调速。从技术发展的趋势来看：直流斩波调速将取代传统的串电阻调速；

交流牵引电机变频调速将取代直流牵引电机调速。交流牵引电机车与直流牵引电机车相比较，具有体积小、重量轻，可靠性高、维护量小，无滑环和换相器，易于安全防爆等显著优点；同时交流变频调速具有明显的节能效果，耗能和发热量都明显减小。所以说，交流牵引电机车取代直流牵引电机车，用先进的交流变频调速技术取代传统的直流串电阻和直流斩波调速技术是矿用电机车发展的必然趋势。

参考文献：

[1]吴靖,江昊.分布式发电系统的应用及前景.农村电气化,2003。

[2]王成山,李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战.电力系统自动化,2010。

[3]王继强.高速永磁电机的机械和电磁特性研究: [沈阳工业大学博士学位论文].沈阳:沈阳工业大学, 2007。

[4]王凤祥.高速电机的设计特点及相关技术研究.沈阳工业大学学报, 2006。

[5]唐任远.现代永磁同步电机－理论与设计.北京:机械工业出版社,1997。

[6]刘宁.钕铁硼永磁高速同步发电机设计.沈阳工业大学学报, 1997。

[7]92-94方程.高速永磁电机转子特性分析及结构优化设计: [沈阳工业大学硕士学位论文].沈阳:沈阳工业大学,2010。

[8]孔晓光,王凤翔,邢军强.高速永磁电机的损耗计算与温度场分析.电工技术学报,2012。

[9]张晓晨,李伟力,程树康.定子结构型式对高速永磁发电机电磁性能影响。

[10]电机与控制学报,2011。

[11]肖慧慧.兆瓦级永磁风力同步发电机的研究与设计。

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

——高速永磁同步发电机设计研究一、课题的目的与意义

电能作为一种高效、清洁的能源已经被广泛用于国民生产和生活的各个领域之中。科学研究表明，把其它种类的一次能源转化成电能再利用可使能源的使用效率达到最大化。据测算，发电能源占一次能源消费比重每提高1个百分点，可降低能源强度约2.4%。因此，提高电能在终端能源消费中的比重，是缓解能源供应压力、促进低碳经济的重要途径。随着社会的发展和生活水平的不断提高，人类对电能的需求量也越来越大，因此满足不断增长的电量需求是摆在广大电力科学工作者面前的重要任务。

当前，以大机组、大电网、高电压为特征的集中式单一系统供电是全球供电系统的主要模式，担负着世界上90%的电力负荷[1]。近年来，世界各国对分布式新能源发电如风能、太阳能、潮汐能、地热发电等的投入不断加大，但与传统能源相比，发电量比重还是很小。集中供电方式，使不同地区的用户共享电力资源，对缓解局部地区的电力紧张非常有利。但这种模式也有其缺点，如：随着输电距离的增加，电力输送所需要的成本不断增加；电能在远距离输送过程中存在着巨大的损耗；电力需求随着时间、季节变化，造成电力生产与用户需求不协调等等。另外，集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低[1]。而采用大电网系统和分布式发电系统相结合，则可以节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性。因此，分布式发电是电力系统领域很有前景的供电方式。

分布式发电是指利用各种可用和分散存在的能源，包括可再生能源(太阳能、生物质能、小型风能、小型水能、波浪能等)和当地可方便获取的化石类燃料(主要是天然气)进行发电供能的技术。目前，比较成熟的分布式发电技术有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等。分布式供电方式相比于集中式供电方式有许多优点，如：不需要远距离输配电设备，输电损失可以显著减少；可利用排气热量实现热、电联产，提高能效；可以填补大电网安全性和稳定性上的不足，在电网崩溃时，依然保障重要用户的供电；分布式供电系统的体积小，系统相互独立，很适合对偏远地区供电，也可用在舰载电源或军用车载上；用户可以根据生产、生活需要自行安排供电系统工作，缓解电力生产与用户需求的

不协调等。

二、课题发展现状和前景展望

高速电机由于其显著的优点，在以下领域具有广阔的应用前景。

(1)在航空、船舶、混合动力汽车、高速磨床、储能飞轮等领域具有广阔应用前景[7]。随着工业电气化的进程，用高速电机取代原来的柴油发动机作为动力源具有很多显著的优点，如提高了能源的使用效率，降低了环境的噪声等。

(2)在分布式发电系统中具有广阔的发展前景[8]。由微型涡轮发动机驱动高速永磁发电机组成的发电系统，是提供分布式电能生产的最佳选择之一，用它作为独立电源或小型电站，可以弥补集中式供电的不足。

高速电机的高转速，使得其设计方法与普通电机有很大的不同，对电机的设计理论和控制技术提出了一系列新的研究课题。因为具有功率密度高和转速高、电磁频率高等运行特点，高速电机研究涉及到电力电子、自动化、电磁、材料、机械、检测技术和控制科学等多学科的前沿技术，很多问题需要深入的研究，我国在该领域的研究尚处于初始阶段[4]。就电机本体设计方面而言，损耗计算、温升计算、转子强度分析、高速轴承技术等都需要进一步的深入研究。

三、课题主要内容和要求

高速永磁同步发电机在发电领域有重要的用途。主要的设计内容如下：

1．掌握各种高速永磁同步发电机性能及应用;

2．掌握高速永磁同步发电机基本原理及特性;

3．分析、比较高速永磁同步发电机结构及特征;

4．完成一高速永磁同步发电机的电磁设计;

5．完成一高速永磁同步发电机结构设计。

四、研究方法、步骤和措施

首先，简要的介绍了研究高速永磁同步发电机的意义和国内外的研究状况。详细论述了永磁同步发电机的等效磁路和高速永磁电机的损耗分析，并对永磁同步发电机的基本性能做了说明。

接着，介绍了350kW高速永磁同步电机设计的基本过程，包括电磁负荷选择、主要尺寸的估算、转子极数的确定和永磁体设计等。由于本高速发电机带整流负载，因此定子绕组采用六相双Y移30°结构，对该结构的特点及优势进行了分析。并运用RMxprt电机设计软件对高速永磁发电机进行了电磁辅助设计。

其次，运用有限元分析软件Ansoft Maxwell对发电机进行了电磁仿真分析，其中包括静态磁场、空载磁场、负载磁场的仿真，电磁分析的结果证明了该电磁设计方案的合理性。设计了一台同功率、同转速的三相60°相带绕组发电机，与六相双Y移30°绕组电机进行谐波对比分析，证明了双Y结构的优势。

最后，为了验证所设计电机转轴的安全可靠性和轴承寿命能够满足用户要求，对样机进行了转轴的机械计算和轴承的寿命计算。

结合课题的设计要求，论文的预期进度大致如下：

第二周～第四周开题报告和文献综述

第五周～第六周毕业实习

第七周实习报告

第八周～第十周硬件设计

第十一周～第十四周软件设计

第十五周～第十六周设计论文整理打印

第十七周答辩

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日

湖南工程学院

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：高速永磁同步发电机设计研究

姓名欧阳贝尔系别电气信息专业电气工程及其自动化班级1183 学号23 指导老师谢卫才教研室主任谢卫才

一．基本任务及要求：

高速永磁同步发电机在发电领域有重要的用途。通过毕业设计要求学生熟

悉及掌握该技术领域的相关知识，主要的设计内容如下：

1．掌握各种高速永磁同步发电机性能及应用;

2．掌握高速永磁同步发电机基本原理及特性;

3．分析、比较高速永磁同步发电机结构及特征;

4．完成一高速永磁同步发电机的电磁设计;

5．完成一高速永磁同步发电机结构设计。

二．进度安排及完成时间：

3月1日——3月20日：查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告

3月21日：查文献综述、开题报告撰写情况

3月23日——4月5日：毕业实习、撰写实习报告

4月6日——5月29日：毕业设计

4月底：毕业设计中期抽查

5月30日——6月10日：撰写毕业设计说明书

6月10日——6月15日：毕业设计答辩