5. Целевыявление
5.1 Формирование массива критериев и показателей решения проблемы
Оценить качество конструкции модуля устройства защиты ЭД можно с помощью следующих критериев:
- функциональные – напряжение питания UПИТ; количество проверяемых параметров N; ток цепи управления IУПР; время отключения в аварийных ситуациях ОТКЛ; температура корпуса ЭД TДОП; условия эксплуатации.
- технологические – коэффициент стандартизации, унификации и технологичности KСТ, KУН, KТЕХН;
- экономические – цена Ц; надежность P(t); масса m; габаритные размеры vlh, потребляемая мощность PПОТР;
- антропогенные – степень защиты, условия безопасности.
5.2 Формирование дерева целей
На основании анализа названной группы критериев сформулируем конкретные цели участников проблемной ситуации (проектирование модуля защиты электродвигателя согласно параметрам, указанным в техническом задании) в виде дерева целей. Цели для участников проекта сформулируем в виде количественных и качественных показателей, указанных на рисунке П.1.7.
Отметим, что для более объективного обоснования целей необходимо проводить анкетирование участников проблемной ситуации со статистической обработкой результатов.
5.3 Составление технического задания на проектирование изделия
Пример технического задания на проектирование устройства защиты ЭД применительно к дипломному проектированию приведено в Приложении 2.
6 Исследование проблемы проектирования и пути ее решения
Чтобы решить проблему проектирования устройства, обеспечивающего надежную защиту работы электродвигателя при возникновении дестабилизирующих факторов в цепях питания, а также при превышении допустимых значений температуры корпуса ЭД и возникновении, в силу ряда причин, недопустимых вибраций корпуса, необходимо провести анализ и рассмотреть вопросы, касающиеся режимов работы электродвигателей, возможных неисправностей ЭД, методов и способов защиты ЭД, существующих датчиков контролируемых параметров ЭД. Ниже проводится детальный обзор литературы, приведённой в конфигураторе со ссылками на источники.
Рисунок П.1.7 – Дерево целей устройства защиты ЭД
6.1 Режимы работы электродвигателей
В зависимости от характера изменения нагрузки различают четыре основных номинальных режима работы ЭД: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и смешанный.
Заметим, что основной характеристикой режимов ЭД является тепловая характеристика электродвигателя. Работа ЭД всегда сопровождается его нагревом, что обусловлено происходящими в нем процессами и потерями энергии. Нормативный срок службы электродвигателя определяется, в конечном счете, допустимой температурой нагрева его изоляции. В современных двигателях применяется несколько классов изоляции, допустимая температура нагрева которых составляет для класса А – 105°С, Е – 120°С, В – 130°С, F – 155°C, H – 180°C, С свыше 180°С. Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции и существенному сокращению срока его службы.
В эксплуатации, в основном, приходится сталкиваться с режимами, ненормированными ГОСТами. Наиболее характерным является режим ЭД с быстроизменяющейся нагрузкой, когда двигатель периодически входит в режим перегрузки, возвращаясь затем на номинальный режим или опускаясь в режим работы с нагрузкой меньше номинальной. Таким образом, имеет место неустановившийся тепловой процесс, т.к. в разные промежутки времени в ЭД возникают различные потери мощности, а, следовательно, и происходит различный нагрев корпуса электродвигателя.
При превышении допустимого нагрева ЭД для данного класса изоляции его обмоток происходит, так называемое, ускоренное «старение» изоляции: снижается механическая прочность, появляется хрупкость, разломы и трещины, что приводит к снижению ее электрической прочности и пробою.