本科生毕业设计（论文）开题报告
论文题目：高速永磁电机铁耗计算与分析
学 院： 电气工程学院
专业班级：电气工程及其自动化0902
学生姓名： 何英杰
学 号： 090301042
导师姓名： 张凤阁
开题时间： 年 月 日
1．课题背景及意义
1.1课题研究背景、目的及意义
促进经济向低碳排放模式转型，已成为新一轮国际经济竞争的主要着力点。近年来国家大力倡导节能，过去100多年里，发达国家先后完成了工业化，消耗了地球上大量的自然资源，特别是能源资源。中国是目前世界上第二位能源生产国和消费国，并且每年以较高的速度增长，并成为制约经济发展的因素。因此，节约能源成为我国一项长期目标。高速电机由于转速高，电机的功率密度大，其几何尺寸远小于输出功率相同的中低速电机，可以有效地节约材料；由于转动惯量较小，所以动态响应较快；高速电机可与工作机或负载直接相连，省去了传统的机械变速装置，因而可减小噪音和提高传动系统的效率。高速电机的研究与应用符合节能减排的经济发展需要，目前已成为国际电工领域的研究热点之一。
高速电机由于以上优点，广泛的应用在许多领域。不仅仅在分布式供电，在日常生活和工业生产中，还有很多场合都需要应用到高速电机。如:高速电动机在空调或冰箱的离心式压缩机、储能飞轮、纺织、高速磨床、混合动力汽车、航空、船舶等诸多场合都可以见到它的应用。而且由于其体积小、机动性较高，可用于医院、宾馆及其它重要设施的备用电源，也可作为独立电源或小型电站，具有重要的实用价值。
应用于高速传动领域的高速电机主要有直流电机、交流同步电机、开关磁阻电机和感应电机等。与其他类型电机相比，永磁电机(也称为永磁无刷直流电机)具有效率高、运行可靠、功率因数高、控制特性好等优点，近年来得到了越来越多的应用。
然而，转速达到每分钟几万转甚至十几万转、频率达到1000Hz甚至更高，都远远高于普通电机，在高速高频的情况下，单位体积定子的铁耗和铜耗、转子的高频涡流损耗和表面空气摩擦损耗要比同功率等级的普通电机大得多，损耗大，温升高，这严重影响电机的工作性能。铁耗计算的误差直接给高速电机的精确设计带来很大的难度,限制了高速电机的应用和发展。因此准确的损耗计算是高速电机温升计算和冷却系统设计的基础[1]。
高速电机现在已经朝着更高速大功率的方向发展，高速电机功率越大，损耗越大，而高速电机的体积却很小，在高损耗的情况下，势必会引起电机的温度远远高于普通电机的温度，较高的温度会引起永磁体的不可逆退磁，因此准确计算电机的的温升，为高速电机设计一个合理的冷却系统，对高速电机的稳定运行，有着极其重要的意义。同时，国外针对高速电机的研究比较热门，但是在我国关于这一领域的研究还处于起步阶段[2]，于是对高速电机的研究就更更加具有了现实意义。
综上所述，高速电机由于体积小，功率密度高，可以有效地节约材料，符合节能减排的经济发展需要，高速电机动态响应较快，可减小噪音，提高整个传动系统的效率。同时高速电机由于转速高，频率高，体积小，损耗大等，也带来了损耗准确计算较难、温升较大等问题。
本课题就是在基于这样的背景下，我们对高速永磁电机铁耗计算与分析等问题进行探讨和研究的。
1.2 课题国内外研究现状及趋势
高速电机的研究目前正在成为国际电工领域的研究热点。上世纪末以来，由于军用和民用对高速电机的需求，英美等发达国家竟相开展了对高速电机的研究。其典型代表是:美国麻省理工学院研究的5MW高速感应发电机；德克萨斯州立大学机械电子中心研究的3MW高速同步发电机和高速感应飞轮电机；英国Turbo Genset公司推出的以1.2MW高速永磁发电机为核心的新型移动电站；美国Calnetix公司开发的舰用2MW高速永磁发电机，转速范围为19000~22500r/min[3]。目前己研制出500000r/min的永磁发电机[4]。瑞士ABB公司和瑞典volvo公司合作研制成功型号为MT100的热电联产样机。瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院对微型燃气驱动高速永磁发电机也制造出了额定功110kw，额定转速70000r/min的样机。此外，还有很多其他的专家学者进行了此方面的研究，如芬兰的赫尔辛基工业大学、悉尼理工大学等。
图1.1美国 Calnetix 公司开发的舰用 2MW 高速永磁发电机
我国对高速电机的需求也比较迫切，一些科研机构、高等院校以及部分航空发动机制造公司正在开展相关技术的研究，也取得了初步的成果。20##年由哈尔滨东安集团和中科院工程物理研究所、西安交通大学组成的联合体承担了国家863计划重大专项课题微型燃气轮机发电机设计与研发。海军工程大学的马伟明教授正在研制2.5MW高速感应电机，同时已研制了转速50000r/min以下的小功率高速电机。国内对较大功率高速发电机的研究还很少，但是己经引起人们的重视。沈阳工业大学王凤翔教授，受国家自然基金的资助，从事燃气轮机驱动高速永磁发电机及其分布式供电系统的研究，对永磁、磁阻转子和异步高速电机都已经开始了进一步的研究，永磁转子高速电机已进入样机试验阶段。
图1.2 沈阳工业大学75kW，60000r/min的高速永磁同步电机
高速电机,电机铁心内的磁场变化频率较高,铁耗也较大。要计算定子铁耗，首先必须了解定子材料在高频下的损耗系数[5]。Smith A C，Edey K研究了材料的加工工艺过程对硅钢片材料性能的影响。Surahalnlnar S B研究了一种新的各向同性材料的损耗系数。Aldo B等对任意波形在软磁材料中的损耗进行了分离分析，并提出了一种PWM供电的工程计算方法。Lahteenmaki J在高速感应电机中使用的0.2mm硅钢片在磁场强度为1T，l000Hz时的损耗系数为44W/kg，而Johanne S J，Paulide S H使用的0.20mm硅钢片在磁场强度为lT，频率为1333Hz时的损耗系数为134.4W/kg。两个文献中定子铁芯材料的损耗系数差甚大。要计算高速电机的铁耗，还必须准确计算高速电机内的电磁场[6]。赫尔辛基工业大学对高速感应电机内的电磁场做了比较详尽的分析，而瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院对高速永磁电机的电磁场做了比较详尽的分析[7]。国内方面，沈阳工业大学王凤翔教授对高速电机的电磁特性进行了电压和电流的分析[8-10]，对铁耗的计算[11-14]，风磨耗的计算[15-17]，转子涡流损耗的计算做了一定的分析和研究，到达了较好的效果。东南大学的胡虔生教授对高速永磁无刷直流电机的损耗进行了较为深入的研究，在Bertotti分立铁耗模型的基础上对电机内的磁场分布和铁耗计算进行了分析，并做了一些试验研究[18-19]。哈尔滨工业大学江善林在电机的损耗和计算方面充分考虑了高趋附效应下的铁耗计算，并对转子涡流也作了较好的分析。浙江大学周凤争，田占元[20-22]等在高速永磁无刷直流电机的转子涡流损耗作了较为详细的研究。
国内对于高速电机的研究取得了一定的成果，对今后高速电机的研究和分析提供了一定的方法和经验，但与国外相比，仍有较大的差距，而且国内对高速电机的研究，功率小，一般都只是几到几十千瓦，转速低，国内高速电机的转速一般为1-6万转，王凤翔老师所研究的6万转75kW的高速电机，经过运行测试，仍然存在温升高，不易长时间运行等许多问题，距离正式工厂应用化还有较大的差距。国内外对高速的研究虽然在火热进行，但对铁耗的计算尚缺少成熟准确的方法，对温升的计算中还存在散热系数需要经验公式来确定，没有实现温度计算的真正耦合。所以对高速电机的研究和分析只是刚刚开始，今后的研究中还有需要问题需要解决，需要把高速电机的研究方向走向更高速，大功率，散热效果好，工作性能稳定，能长时间运行等方面发展，为高速电机的损耗计算，温升计算等寻找更加准备的方法，来指导高速电机的设计工作。
2．毕业设计研究内容及任务
2.1 研究内容
（1）查阅国内外先关文献，了解课题的意义、现状和发展趋势了解高速电机的特点及铁耗的计算方法，理解Bertotti铁耗分离模型和计算方法理解考虑谐波和旋转磁化时的铁耗计算方法。
（2）利用ansoft对一台高速永磁电机进行建模与电磁场仿真提取电机一个齿部剖分单元的磁密，并进行傅里叶分解。
（3）利用MATLAB对铁耗系数进行拟合。
（4）利用Bertotti铁耗分离模型对一台高速永磁电机进行铁耗计算。
（5）考虑谐波和旋转磁化时对同台电机进行铁耗计算。
2.2 设计思想及设计方案
设计思想
高速电机由于转速高，电机的功率密度大，高频高速的特点也确定了它损耗特别大，但由于高速电机的几何尺寸小，散热困难，所以为不超过电机的稳定温升，对损耗的准确计算显得特别重要。本课题的应用电机学的基础理论以及ansoft和MATLAB的相关知识，通过对完成的高速电机方案进行电磁场仿真计算，并利用Bertotti铁耗分离模型，在不考虑谐波和旋转磁化的影响和考虑谐波和旋转磁化影响两种情况下，对电机进行铁耗计算，并对计算结果进行分析。
设计方案
1）了解高速电机的磁化特点
2）理解Bertotti铁耗分离模型
3）Ansoft电磁场仿真
4）不同铁耗方法的比较与分析
2.3 毕业设计拟采用方法和手段
(1)查阅相关文献以及学过的相关知识。
(2)在指导老师和学长的指导下学习相关知识以及进行相关计算。
(3)利用ansoft软件进行仿真分析。
(4)用matlab软件对数据进行拟合、处理和求解。
3．毕业设计工作计划及进度安排
5．参考文献
[1] 王天煜.高速永磁电机转子综合设计方法及动力学特性研究.沈阳工业大学,博士论文,2010.
[2] 王凤翔.高速永磁电机的设计特点和相关技术研究.沈阳工业大学学报，2006,28(3):258-264.
[3] 张颖博.基于场路结合高速永磁电机电磁设计与特性分析方法的研究.沈阳工业大学,硕士论文,2010.
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[15] 张颖博.基于场路结合高速永磁电机电磁设计与特性分析方法的研究.沈阳工业大学,硕士论文,2010
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[21] 田占元.飞轮储能用高速永磁电机转子的涡流损耗.浙江大学学报,2011,45（3）451-457.
[22] 周凤争.高速永磁无刷直流电机转子涡流损耗的研究.浙江大学，博士论文，2008.
第二篇：土木工程毕业设计-开题报告
XXXXXX大学
毕业设计（论文）开题报告
题 目 云南省XXXXXXXXX办公楼设计
学 院
专业班级
学生姓名 学号
指导教师
年 月 日
开题报告填写要求
1.开题报告作为毕业设计（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）工作开始后2周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。
2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）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.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于10篇，其它不少于12篇（不包括辞典、手册）。
4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少2000字，其余内容至少1000字。
毕业设计(论文)开题报告
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