1 Общие сведения

Мощные и экономичные синхронные двигатели с постоянными магнитами работают без дополнительных передаточных элементов и обеспечивают очень высокий крутящий момент за счет более совершенной конструкции.

Многообразие конфигураций поставляемых электродвигателей позволяет решать самые разные задачи. Один из специальных типов двигателей, известный как высокомоментный безредукторный электродвигатель с постоянными магнитами (PM), характеризуется высоким отношением диаметра к длине и большим числом магнитных полюсов, что оптимизирует создание крутящего момента. Эти относительно низкоскоростные электродвигатели, обычно работающие с частотой ниже 1000 об/мин, предлагаются на рынке как в корпусном, так и в бескорпусном варианте.

Бесколлекторные (синхронные) безредукторные роторные двигатели (DDR) имеют ряд конструктивных особенностей, обеспечивающих выполнение заданных функций. Прямой (безредукторный) привод означает отсутствие элементов передачи мощности между двигателем и приводимой во вращение нагрузкой, что, в свою очередь, дает преимущества перемещения с высокой динамикой практически без люфта и превосходную жесткость при статических/динамических нагрузках. Все это обеспечивает прецизионное управление движением. Использование в роторе большого числа магнитных полюсов способствует созданию высоких крутящих моментов. Наблюдается тенденция к увеличению размеров двигателей с DDR (диаметр некоторых моделей уже превышает 1 метр), вместе с тем на рынке также предлагаются двигатели c меньшими габаритами. Пиковый крутящий момент на выходе, превышающий 20000 Нм, не является чем-то необычным.

В компании Bosch Rexroth Corp. отмечают другие преимущества высокомоментных двигателей DDR, такие как лучшее согласование с инерцией нагрузки, лёгкость управления, низкий уровень шума и рациональную конструкцию (см. диаграмму "Прямой привод упрощает конструкцию средств автоматизации"). Карл Рапп, руководитель отделения станкостроения Electric Drives & Controls Div. компании, подтверждает, что увеличение числа полюсных пар и диаметра ротора создаёт более высокий крутящий момент на выходе. Кроме того, оптимизация ориентации магнита, усовершенствование конфигурации пазов статора и технологии наматывания обмотки, а также конструкции воздушного зазора способны свести пульсации крутящего момента к минимуму. "Низкий уровень пульсаций крутящего момента требуется для обеспечения высокого качества операций шлифования/ хонингования, это качество также необходимо и в других областях применения", - говорит Рапп.

Рисунок 3.1 – Ременный и прямой приводы.

Технология, лежащая в основе высокомоментных двигателей прямого привода, позволяет упростить конструкцию станка и повысить точность перемещения. Это показано выше на примере делительно-поворотного стола. При этом исключается люфт в редукторе и приводном ремне.

Рисунок 3.2 – Стиральные машины:

а – ременный привод; б – прямой привод.

В компании Danaher Motion также считают, что большой диаметр и повышенное число полюсов являются отличительными признаками высокомоментных электродвигателей прямого привода. "Крутящий момент квадратично зависит от диаметра и прямо пропорционально от длины ротора" - поясняет Том Инглэнд, директор по управлению производством компании. "Повышенное число полюсов, которое обеспечивает более высокое удельное содержание меди в обмотках, создающих крутящий момент, приводит к повышению эффективности магнитного поля", - констатирует Инглэнд.

Высокомоментные двигатели DDR предлагаются на рынке в двух классических вариантах. Вариант "бескорпусного" двигателя состоит из кольцеобразного ротора и набора элементов статора, которые заказчик должен встроить в конструкцию станка. По мнению Инглэнда должны быть также предусмотрены средства обратной связи и охлаждения, а также соединительные кабели, что требует выполнения существенного объема конструкторских и сборочно-монтажных работ. Тонкая кольцеобразная конструкция "бескорпусного" двигателя отличается применением полого входного вала большого размера. "Смонтированный в корпусе" двигатель DDR имеет корпус, подшипники, а также стандартный или полый вал. "Однако если станок уже оснащён подшипниками, смонтированный в корпусе двигатель не будет работать, поскольку непосредственное соединение трех (и более) подшипников на одной оси вызовет их повреждение", - продолжает он.

Недавно компания Danaher Motion реализовала другой подход, разработав третий, усовершенствованный вариант двигателя DDR, в основу которого, как сообщается, заложены преимущества предшествующих вариантов при одновременном исключении их недостатков. Под названием "кассетный DDR" (или CDDR) эти высокомоментные электродвигатели сохранили повышенное число полюсов и большой диметр, но не имеют подшипников. "Ротор устанавливается на подшипниках оборудования заказчика, что обеспечивает упрощенный монтаж при минимальном объеме конструкторской работы, а также возможность демонтажа двигателя без разборки станка,"- комментирует Инглэнд.

По мнению представителя компании Danaher, так сложилось исторически, что недостатком двигателей прямого привода всегда оставалась сложность их применения и стоимость. "Ситуация изменилась с внедрением технологии двигателей CDDR. Эта технология сделала доступными преимущества прямого привода как для простых механизмов, так и для классических, высокопроизводительных приложений сервоприводов", - заключает Инглэнд. Сегодня двигатели по технологии CDDR находят применение в упаковочном оборудовании, механизмах подачи прессов, в механизмах и оборудовании, используемых в перерабатывающей промышленности, в типографском и медицинском оборудовании.

В компании Siemens рассматривают конструкцию с высокой плотностью крутящего момента как неотъемлемую часть выпускаемых компанией высокомоментных двигателей. По словам Ральфа Бэрана, начальника производства серводвигателей и мехатронных устройств в подразделении Siemens Energy & Automation (E&A), плотность крутящего момента во многом зависит от силы постоянных магнитов. Компания Siemens использует магниты из сплава неодима, железа и бора (Nd-Fe-B) (которые считаются самыми мощными и доступными среди магнитов, изготовленных из редкоземельных металлов) в своих вмонтированных в корпус и бескорпусных (встраиваемых) высокомоментных двигателях.

Другим показателем высокой плотности крутящего момента является количество магнитных полюсов, предусмотренных конструктивным исполнением. Увеличение числа полюсов трансформируется в высокий крутящий момент на выходе, однако такая закономерность более действенна при малом числе полюсов. Например, существенное повышение крутящего момент может быть достигнуто при увеличении количества полюсов от четырех до восьми при сохранении постоянного объема двигателя, однако, по словам Бэрана, прирост крутящего момента будет гораздо меньше при изменении количества полюсов, скажем, от 32 до 46. "На основании практического опыта увеличение количества полюсов до 30 является хорошим способом повышения плотности крутящего момента",- констатирует он. (Тем не менее, на рынке предлагаются бескорпусные высокомоментные двигатели с количеством полюсов, значительно превышающим 100.)

Компания Baumuller Nurnberg GmbH также уделяет большое внимание установлению оптимального соотношения между диаметром и длиной в конструкции своих многополюсных, синхронных, высокомоментных двигателей с постоянным магнитом серии DST. "В результате этого был достигнут устойчиво высокий крутящий момент в широком диапазоне скоростей", - говорит Марцел Мёллер, начальник производства электродвигателей.

В швейцарской компании ETEL S.A. отмечают, что наличие всё более эффективных средств моделирования и анализа упрощает разработку и оптимизацию двигателей. "Оптимизация конструкции двигателя приведет к максимальному повышению плотности потока за счет использования продуманной пластинчатой конструкции зубца и выбора материала пластин при одновременном сохранении возможности монтажа максимального количества материала обмоток, что необходимо для создания крутящего момента, перпендикулярного направлению магнитного потока",- говорит Кевин Дерабас, президент ETEL S.A. в США. При этом он ссылается на конструкцию, запатентованную компанией ETEL S.A., с целью повышения "коэффициента заполнения" пластинчатых структур медными обмоточными проводами. Тем самым достигается коэффициент заполнения, равный 60% по сравнению с 30% для предыдущих конструкций. Компания ETEL S.A. изготавливает широкий спектр бескорпусных высокомоментных электродвигателей.

Выводы: В процессе лабораторной работы мы изучили режимы работы электропривода и электродвигателя, а также ознакомились с регулированием работы электродвигателя прямого привода технологии Direct Drive LG

Библиографический список

1. Бытовые машины и приборы. Часть 1. Учебное пособие для студентов Б.Е. Кочегаров, В.В. Лоцманенко, Г.В. Опарин. – Владивосток: ДВПИ им. В.В. Куйбышева, 2003 – 178 С.

2. Классификация электродвигателей [Сайт], URL: http://elektrodvigateli.io.ua/s213871/klassifikaciya_elektrodvigateley, (дата обращения 12.11.2013).

3. Прямой привод [Сайт], URL: http://orionmotor.narod.ru/privod.htm, (дата обращения 22.11.2013).

4. Direct Drive [Сайт], URL: http://56master.ru/remont-stiralnyh-mashin-v-orenburge/143-direct-drive-pryamoy-privod.html, (дата обращения 22.11.2013).

Лабораторная работа №5

Принцип работы и функционирование систем управления и контроля в технике

Цель: Изучить режимы работы электропривода и электродвигателя.

Задачи: Ознакомиться с принципами работы и функционирования систем управления и контроля в технике.

Принципы построения и функционирования систем управления

Общепринятые принципы, которые необходимо учитывать и при построении, и при функционировании системы управления организацией:

1. Целенаправленность – этот принцип обуславливает необходимость наличия и достижения определенных целей, которые реализуются формированием в состоянии системы управления целевых и соответствующих линейных, функциональных и обеспечивающих подсистем управления. При этом следует устанавливать приоритетность одних целей по отношению к другим или принимать взаимосвязанные цели нескольких систем, осуществляя взаимосвязанные процессы по их достижению.

2. Первичность функций управления – означает, что состав подсистем системы управления и, следовательно, организационной системы, требования к работникам, их численность зависят от содержащегося количества и трудоемкости функций управления. Наиболее приоритетными функциями среди всех других должны быть функции управления качеством.

3. Возможная структуризация и декомпозиция – позволяет на основе наличия в системе свойства иерархичности структурировать ее внутреннее строение и разделить на уровни, что обеспечивает представление каждой подсистемы и, в конечном счете, элементов в виде систем более низкого уровня. Число уровней подсистем и элементов на каждом из них должно быть минимальным, но обеспечивать рациональное построение и эффективное функционирование всей системы управления.

4. Правовая регламентация управления – то есть обеспечение законности управленческих процессов на основе соблюдения всех действующих нормативно-правовых актов.

5. Единство теории и практики управления – означает, что управленческие решения должны приниматься на основе логики, методологии управления и быть направленными на получение практического результата.

6. Оперативность – обеспечивает своевременное принятие управленческих решений по предотвращению и/или оперативному устранению отклонений.

7. Систематичность – определяет постоянное, непрерывное выполнение всех работ по управлению, их ритмичность и достоверность действия.

8. Научность – реализует разработку мероприятий и воздействий на основе достижений науки и техники с учетом объективных законов и закономерностей системы управления.

9. Преемственность – максимальное использование передового отечественного и зарубежного опыта систем управления, передача наиболее эффективных элементов, подсистем, принципов от старых поколений систем к создаваемым и/или совершенствуемым. Этот принцип позволяет повысить качество системы управления.

10. Комплексность – реализует взаимную увязку всех формируемых элементов подсистем: стадий жизненного цикла продукции, иерархических уровней и комплекса организационных, экономических, социальных, научно-технических, производственных и других мероприятий по управлению.

11. Специализация и концентрация – обеспечивает рациональное распределение управленческого и производственного труда в организации и выполнение однотипных задач в одном подразделении и/или концентрацию усилий управленческих работников на решение основных целей и задач организации, исключая тем самым возможности дублирования работ.

12. Адаптивность – этот принцип предусматривает обеспечение приспособляемости системы к изменениям внешним и внутренним условиям.

13. Ритмичность и параллельность – этот принцип обеспечивает регулярность повторения процесса управления примерно в равные промежутки времени и предполагает одновременное выполнение отдельных управленческих работ.

14. Простота – предусматривает использование наиболее доступных и несложных методов, принципов и процедур управления, и принятие легко воспринимаемых решений.

15. Доходчивость – обеспечивает понимание каждым работником и потребителем всего того, что касается основополагающих вопросов функционирования системы управления, особенно: управление качеством и конкурентоспособностью продукции и предприятия в целом.

16. Замкнутость управленческого процесса – реализует управление в системе, подсистемах и элементах полного общефункционального цикла управления, включающего планирование, организацию, координацию работ и так далее.

Проведение исследований СУ требует от исследователя знания важнейших принципов построения и функционирования таких систем, которые должны быть присущи современным экономическим условиям. Применительно к СУ принципы представляют собой основные правила, положения, идеи, определяющие направления их построения и функционирования и которыми должны руководствоваться кадры управления в своей деятельности.

Среди всех видов принципов для СУ следует выделить общие, общесистемные и специальные. Вместе с тем необходимо отметить, что исходным (главным) принципом должен являться принцип системности, во многом определяющий все другие.

Как при построении, так и функционировании СУ, в первую очередь, необходимо учитывать ряд объективных общих принципов: сбалансированного демократического централизма, преимущественно оптимального сочетания единоначалия и коллегиальности, ответственности, активизации и стимулирования, делегирования полномочий, заинтересованной творческой работы всех кадров управления.

Наряду с указанным следует руководствоваться общесистемными принципами, среди которых необходимо отметить:

- целенаправленность, реализуемая формированием в составе СУ целевых и соответствующих линейных, функциональных и обеспечивающих подсистем управления;

- делимость, реализуемая декомпозицией формируемой системы и ее подсистем на элементы;

- иерархичность, реализуемая формированием многоуровневой структуры системы с учетом делегирования полномочий на соответствующий уровень управления (отдела, цеха, участка, бригады и т.д.);

- взаимодейственность, реализуемая посредством взаимодействия формируемых и функционирующих подсистем СУ как между собой, так и со всеми другими внешними по отношению к организации системами. При этом следует устанавливать приоритетность одних целей по отношению к другим или принимать взаимосвязанные цели нескольких систем, осуществляя взаимосвязанные процессы по их достижению;

- согласованность, обеспечивающая согласование целей и задач организации при взаимодействии всех иерархических вертикальных и относительно автономных горизонтальных звеньев управления;

- оперативность, обеспечивающая своевременное принятие управленческих решений по предотвращению и (или) оперативному устранению отклонений;

- комплексность, реализуемая взаимной увязкой всех формируемых элементов, подсистем, стадий жизненного цикла продукции, иерархических уровней и вместо комплекса организационных, экономических, социальных, научно-технических, производственных и других мероприятий по управлению;

- систематичность, определяющая постоянное непрерывное выполнение всех работ по управлению, их ритмичность и долговременность действия;

- преемственность, которая должна проявляться как при создании системы, так и при ее функционировании и совершенствовании. Выражаться она может прежде всего в максимальном использовании передового отечественного и зарубежного опыта системного управления;

- научность, реализуемая разработкой мероприятий и воздействий на основе достижений науки и техники с учетом объективных законов и закономерностей системного управления;

- автономность, достигаемая обеспечением относительной самостоятельности функционирования структурных элементов и подсистем СУ;

- экономичность, предполагающая снижение затрат на управление в общих расходах организации;

- перспективность развития, обеспечивающая перспективу развития организации как системы;

- оптимальность, предполагающую многовариантную проработку управленческих решений и выбор наиболее целесообразного для организации варианта;

- устойчивость, предусматривающая удержание системы в относительно стабильном состоянии и обеспечивающая выживание организации в условиях конкуренции;

- комфортность, предусматривающая создание для человека, как основного элемента системы, максимума удобств для творческой работы и реализации своих возможностей;

- специализация работ, обеспечивающая рациональное разделение управленческого труда в СУ;

- концентрация, обеспечивающая выполнение однотипных задач в одном подразделении и (или) концентрацию усилий управленческих работников на [ВМ1]решении основных целей и задач организации;

- адаптивность, предусматривающую обеспечение приспособляемости системы организации к изменяющимся внешним и внутренним условиям;

- замкнутость ОФУ (замкнутость управленческого процесса), реализуемая выполнением в системе, подсистемах и элементах полного общефункционального цикла, включая планирование, организацию, координацию работы и т.д.

К перечисленным общесистемным принципам следует добавить принцип простоты и доходчивости, который следует реализовать для понимания каждым работающим всего того, что касается основополагающих вопросов управления, особенно управления качеством, и обеспечения конкурентоспособности не только продукции, но и всего предприятия. В условиях рынка и конкуренции это крайне важно.

Среди всех общесистемных принципов необходимо обратить внимание на выполнение общих функций управления (замкнутого общефункционального управленческого цикла), в состав которых можно отнести следующие функции:

- планирование, представляющее особый процесс подготовки менеджерами решений по обеспечению усилий коллектива для достижения целей организации. Этот процесс, из-за периодического переориентирования целей и постоянного изменения условий внешней среды, не может быть дискретным, а должен быть непрерывным;

- организацию, направленную на структурирование всех работ организационного характера и их распределение по вертикали и горизонтали для достижений целей организации и выполнения намеченных планов и обязательств;

- мотивацию, обеспечивающую активизацию труда работающих по выполнению всех видов работ с высоким качеством (без ошибок) в соответствии с распределенными функциями, планами и требованиями. Мотивация включает, как правило, 1) внешнее стимулирование (материальное и моральное) и 2) психологическое стимулирование (создание условий для заинтересованности в труде, потребности в трудовой активности, удовлетворения от трудовой деятельности). Это одна из самых важных менеджерских функций, способствующих достижению целей деятельности организации;

- контроль, представляющий собой 1) отслеживание того, что запланировано, 2) определение того, что сделано в этой области в определенный период времени, 3) сравнение запланированного с достигнутым и 4) принятие корректирующих "мягких" мер при обнаружении отклонений от запланированного. Посредством данной функции осуществляется обратная связь, которая должна нести "не возмездие", а быть объективной основой для эффективного вмешательства менеджеров в процесс достижения целей организации, выполнения обязательств, повышения и обеспечения качества и конкурентоспособности продукции.

Все эти четыре общие менеджерские функции в своей основе аналогичны общим функциям менеджмента промышленных организаций в целом.

Библиографический список

1. Бытовые машины и приборы. Часть 1. Учебное пособие для студентов Б.Е. Кочегаров, В.В. Лоцманенко, Г.В. Опарин. – Владивосток: ДВПИ им. В.В. Куйбышева, 2003 – 178 С.

2. Принципы построения и функционирования систем управления [Сайт], URL: http://managment-study.ru/principy-postroeniya-i-funkcionirovaniya-sistemy-upravleniya.html, (дата обращения 2.12.2013).

3. Принципы построения и функционирования систем управления [Сайт], URL: http://www.inventech.ru/lib/analis/analis0015/, (дата обращения 3.12.2013).

67

Лист

¼ ¼ ЛР.150408.БМП.ЭиСУ.ПЗ

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм