3340
.pdf
Сm |
Pн |
, |
(2) |
|
m |
||||
|
|
|
где Pн - номинальная мощность электродвигателя, Вт; V - объем машины, м3;
m- масса машины, кг.
2.Максимум номинального момента на единицу объема или массы
|
V |
|
Mн |
; |
(3) |
|||
|
|
V |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M н |
|
|
, |
(4) |
|
|
m |
|
m |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Мн - номинальный момент машины, Н м. |
|
|||||||
3. Максимум предельной мощности на единицу объема или массы |
|
|||||||
СV |
|
Pmax |
|
; |
(5) |
|||
|
|
V |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сm |
|
Pmax |
|
, |
(6) |
|||
|
|
m |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Pmax - максимальная мощность электродвигателя, Вт.
4. Максимум пускового момента на единицу объема или массы
|
Mп |
|
|||
V |
|
; |
(7) |
||
V |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
M п |
|
|||
m |
|
|
, |
(8) |
|
m |
|
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
где Мп - пусковой момент электродвигателя, Н м.
5.Коэффициент полезного действия ( , о.е.).
6.Минимум электромеханической постоянной времени (Тэм, с).
123
7. Синтезированные критерии эффективности
Кэ1 |
Фэ |
2 |
Sa |
; |
(9) |
|
lw |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
Кэ2 |
Фэ |
2 |
Sa |
|
, |
(10) |
lw |
J |
|
||||
|
|
|
|
|||
где Фэ - эффективное значение магнитного потока, Вб; Sа - сечение активной части якоря, м2;
lw - полная длина витка обмотки якоря, м;
J- момент инерции якоря, кг м2.
8.Минимум приведенной стоимости машины (П, р./год )
П = ( pa pн ) К + С t, |
(11) |
где pн – нормативный коэффициент эффективности
капиталовложений, 1/год;
pa – коэффициент амортизационных отчислений, 1/год;
К – сумма расходов на материалы и основных трудовых затрат, р.;
С – затраты, обусловленные эксплуатацией машины в течении часа, р./ч;
t– число часов работы машины в течение года, ч/год.
Внастоящее время можно выделить следующие основные способы проектирования:
1.Синтез машины, подобной базовой модели изготовленного электродвигателя / 2 /.
Получаемое решение отличается высокой степенью достоверности, однако, необходимо наличие хорошей базовой модели близкой по характеристикам к проектируемой машине.
2.Синтез электрической машины на основе определения объема воздушного зазора по удельной мощности / 3 /.
В электродвигателях с полым якорем, как и в других электрических машинах, энергия магнитного поля концентрируется в подавляющей мере
ввоздушном зазоре.
124
Удельная плотность энергии в воздушном зазоре |
|
|||
|
Р уд |
Р |
, |
(12) |
|
|
|||
|
|
Vs |
|
|
где P |
– удельная плотность энергии, Вт/м3; |
|
||
уд |
|
|
|
|
Vs – объем воздушного зазора, м3.
В сериях электрических машин при изменении мощности в пределах от 13 кВт до 250 кВт удельная плотность энергии меняется от 0,45 106 кВт/м3 до 0,52 106 кВт/м3.
В электродвигателях серии ДПР этот параметр изменяется в пределах от 0,47 107 Вт/м3 до 0,86 107 Вт/м3 при изменении мощности от 6 Вт до 45 Вт.
Синтез электрической машины удобно начинать с выбора удельной мощности воздушного зазора, а затем, определив объем воздушного зазора, проектировать магнитную систему и обмотку якоря. Однако задача осложняется неопределенностью выбора величены Pуд для электрических
машин малой мощности.
3. Синтез, основанный на уравнении Арнольда / 8 /
|
С А |
D2 lδ n |
|
|
2 |
, |
|
P |
|
k A Bδ |
|||
|
|
|
|
|||
где СА - постоянная Арнольда; |
|
|
|
|||
D - диаметр якоря машины, М; |
|
|||||
n |
- частота вращения, об/мин; |
|
||||
Р |
- расчетная мощность, Вт; |
|
||||
А - линейная нагрузка, А/м; |
|
|||||
В |
- магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл; |
|||||
k |
- коэффициент |
|
|
|
||
|
k = |
kоб |
kВ , |
|
||
где 
- коэффициент полюсного перекрытия; kоб - обмоточный коэффициент;
kВ - коэффициент формы магнитного поля.
Проектирование электрической машины начинают с электромагнитных нагрузок – индукции в воздушном зазоре
(1.8)
(13)
выбора
B
и
125
линейной нагрузки А. Для машин малой мощности эти величины лежат в широких интервалах неопределенности. При этом способе проектирования также как и в предыдущем случае присутствует неоднозначность выбора.
4.Синтез по заданным характеристикам. Этот метод предусматривает учет таких показателей как жесткость механической характеристики и пусковой момент на ранней стадии проектирования. По этой причине сначала определяется сопротивление якоря машины, а затем находится вариант реализации этого сопротивления из условия обеспечения приемлемых электромагнитных нагрузок / 9 /.
5.Синтез, основанный на сочетании оптимизационной процедуры с поверочным расчетом / 4 /.
Этот метод предусматривает использование в качестве параметров оптимизации конструктивных размеров проектируемой машины. Применение ЭВМ позволяет использовать поверочный расчет в сочетании
соптимизационной процедурой и в процессе решения задачи переходить от худшего варианта к лучшему вплоть до достижения оптимума.
6.Синтез, основанный на использовании касательной силы, действующей на единицу поверхности ротора.
Касательная сила Fk с увеличением мощности машины возрастает,
но даже у самых крупных машин она обычно не превосходит (3 – 4) Н/см2. Предельное значение силы Fk ограничивается нагревом машины / 5 /.
Очевидно, что существуют и другие методы проектирования. Выбор того или иного метода зависит от решения конкретной задачи и
определяется спецификой последней.
Литература 1. Ермолин Н. П. Электрические машины малой мощности. – М.:
Высшая школа, 1962. 491 с.
7. Домбровский В. В, Хуторецкий Г. М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. – Л.: Энергия, 1974. 246 с.
3.Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 360 с.
4.Коган Б. М., Даниленко С. Н. Вопросы архитектуры системы оптимального проектирования // Материалы семинара «Кибернетические системы автоматизации проектирования». – М.: МДНТП, 1961.
5.Петров Г. Н. Электрические машины. Ч. 1. Введение. Трансформаторы. Учебник для вузов. – М.: Энергия, 1974. 240 с.
Получено 21.06.01 |
Воронежский государственный |
|
технический университет |
126
УДК 681.621.317.56
Л. И. Якименков
УСТРОЙСТВО СЪЕМА ИНФОРМАЦИИ И ВЫЧИСЛЕНИЯ СРЕДНЕГО РАСХОДА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ В ЗАДАННОМ ИНТЕРВАЛЕ ВРЕМЕНИ СО ВСТРОЕННЫХ В ТРУБОПРОВОДЫ СЧЕТЧИКОВ
Рассмотрена функциональная схема цифрового переносного прибора с автоматическим съемом информации с циферблатов
счетчиков, снабженных «сигнальными» звездочками или «герконами», встроенных в трубопроводы и с автоматизированным вычислением среднего расхода и количества энергоносителя (технологической жидкости) в задаваемый оператором интервал времени или за время работы потребителя.
Методика Госстандарта [1], по автоматизации поверочных и юстировочных работ, рекомендует применять оптоэлектронные преобразователи. В работе [2] рассмотрена функциональная схема автоматичекого съема информации с циферблатов счетчиков посредством оптоэлектронной пары и цифровой автоматизированной обработки и результатов поверки счетчиков жидкостей снабженных ―сигнальными‖ звездочками или ―герконами‖.
Представленная в работе [2] схема, реализованная на двух БИС, может быть применена и для экспресс-контроля за технологическими процессами со встроенными счетчиками жидкостей и энергоносителей (газ, бензин и т.п.). При этом должны быть автоматизированы две функции прибора: вычисление количества потребляемой жидкости за заданный интервал времени или за время работы потребителя (например, двигателя), и вычисление среднего расхода за эти временные интервалы.
На рисунке представлена функциональная схема переносного цифрового прибора, позволяющая реализовать вышеперечисленные функции.
Оптоэлектронное устройство съема сигналов (ОЭУСС), выполненное в виде шайбы, устанавливается на стекло счетчика, встроенного в трубопровод и работающего в непрерывном режиме измерения количества энергоносителя или технологической жидкости.
В момент включения прибора, на светодиоде, установленном на передней панели, появляется световая модуляция, сигнализирующая о том, что сигналы от приемного оптоэлектронного преобразователя поступают на вход предварительного усилителя (ПУ) и после формирователя импульсов (ФИ) на вход формирователя сигналов управления (ФСУ). Это означает, что прибор готов к работе. Затем в оперативную память (ОП), после нажатия клавиши «Р», с помощью клавишного поля (КП) вносится паспортное передаточное число данного счетчика.
127
Рисунок. Функциональная схема цифрового прибора с оптоэлектронным излучающим (ОИЗ) и приемным (ОПР) преобразователями и с контролируемым счетчиком (СЧ):
ПУ – предварительный усилитель;
ФУ – формирователь импульсов;
ЗИВ – задатчик стабильных интервалов времени;
ГСИ – генератор стабильных импульсов;
БУ – блок управления;
ФСУ – формирователь сигналов управления;
ФСЧ – формирователь счета;
УВ – устройство ввода;
ВУ - вычислительное устройство;
ОП – оперативная память;
128
КП – клавишное поле;
ЦИ – цифровой индикатор;
ИСИ – импульсный световой индикатор;
ЗИ – звуковой индикатор.
После нажатия клавиши «Т» – заносится время, за которое требуется измерить количество прошедшей через счетчик жидкости или энергоносителя. После нажатия клавиши контроль «К» одновременно начнется обратный отсчет заданного времени и счет количества импульсов, поступающих с выхода формирователя импульсов (ФИ).
По истечении заданного времени, накопление импульсов прекращается и включается звуковая сигнализация об окончании измерений, результаты которых поступают в вычислительное устройство (ВУ). Поочередным нажатием клавиш «Q» и «V», результаты экспрессконтроля высвечиваются на цифровом отсчетном устройстве.
Перед повторными измерениями или для измерений в другом временном интервале, а также перед установкой оптоэлектронного устройства на другой счетчик (без выключения электропитания прибора), необходимо произвести очистку памяти (ОП) нажатием клавиши «0».
Для синхронизации работы прибора с временем работы объектапотребителя энергоносителей, а также для возможности подключения счетчиков с «герконами» предусмотрены отдельные входы, на которые подаются электрические «запускающие» и «запрещающие» импульсы от объекта, выполняющие соответственно функции «Т» и «К» или импульсы, сформированные «герконами» счетчиков, не требующих применения оптоэлектронного устройства съема сигналов.
Литература
1.МИ1592-86. ГСИ. Счетчики воды крыльчатые. Методика поверки.
2.Якименков Л.И. и др. Устройство для автоматического съема информации и автоматизации вычисления погрешностей счетчиков и газов.// Энергия: науч.-практ.вестн. – 2001, №3-4 (43-44).
Получено 25.06.01 |
Воронежский государственный |
|
технический университет |
129
УДК 621.316.57
В. П. Шелякин УСТРОЙСТВО ЗАДЕРЖКИ ВРЕМЕННОГО СИГНАЛА
В самонастраивающихся системах, которые находят широкое применение при автоматизации производственных процессов часто используется электронное реле времени, выдержка времени которого зависит от какого-либо параметра. В статье рассматривается принцип построения реле времени с использованием RC-контура, обеспечивающего хорошую стабильность выдержки времени в широком диапазоне изменения окружающей температуры на основе применения малостабильности конденсаторов, например, бумажным типа МБМ.
С оценкой эффективности схем реле времени, использующихся для получения выдержки времени RC-контур, может служить отношение нужного времени задержки к произведению переменных сопротивлений и емкостей, т.е.
jt |
t з |
или jc |
t 3 |
, |
|
R C |
C |
||||
|
|
|
где jt и jc - так называемая удельная выдержка времени. Для увеличения удельной выдержки времени предлагается время задержки формировать в один полупериод опорного напряжения на промежуточном конденсаторе равных зарядов с переносом их в другой полу период на выходной конденсатор со значительной большей емкостью. Такой способ получения выдержки реле времени позволяет увеличивать удельные выдержки времени ji и jc, управлять этим временем при помощи изменения частоты переменного опорного напряжения.
Реле времени (рис. 1) состоит из двух электрических ключей на
130
Рис. 1
транзисторах УТз и VT4 , источником питания которых служит переменное напряжение Uoп от трансформатора Tp1. Вторичные обмотки трансформатора включены таким образом, что оба ключа работают попеременно. Резистор R5 ограничивает ток приводящих базо-эммитерных переходов, а также запирающее напряжение между базо-эммитерным переходом закрытого ключа. Если на вход реле времени не подано напряжение управления Uy, то транзистор VT1 усилителя насыщается за счет тока, протекающему по резистору R2, а транзистор VТ2 окажется запертым.
При этом напряжение на конденсаторах С1 и С2 равны нулю, а выходное напряжение Цвых отсутствует. При подаче на вход напряжения управления Uу положительной полярности транзистор VT1 - запирается, VT2 - насыщается. Однополюсный переключатель, выполненый на транзисторах VT3 и VT4, подключает промежуточный конденсатор С1 поочередно на время полупериода Uoп то к напряжению Е2, равному напряжению пробоя стабилитрона VD3, то к выходному конденсатору С2, емкость которого значительно больше емкости С1 ( в 20 раз и более). Промежуточный конденсатор С1 отдает часть полученного заряда выходному конденсатору С2, т.е. от периода к периоду проходит подзарядка конденсатора С2.
Если напряжение на обкладках конденсатора С2 будет меньше напряжения пробоя стабилитрона -VD4, то выходное напряжение Uвых равно нулю. Когда оно достигает значения напряжения пробоя Unp стабилитроны VD4 стабилитрон пробьется и по нагрузке R6 потечет ток.
Время выдержки реле зависит от отношения емкостей выходного С2 и промежуточного С1 конденсаторов, частоты переноса заряда (f Uon), a также от величины напряжения пробоя стабилитронов VD3 и VD4.
При отсутствии напряжения управление Uy конденсаторы С1 и С2 мгновенно разряжаются до нуля через диод VD2 и насыщенный транзистор VT1, на нагрузке R6 напряжение будет равно нулю. Напряжение пробоя стабилитрона VD3 должно быть вдвое больше напряжения пробоя стабилитрона VD4. Изменение параметров стабилитронов VD3 и VD4 под воздействием окружающей среды происходит одинаково, поэтому на точности работы реле эти изменения не сказываются. Не влияет на точность работы и изменение параметров транзисторов, т.к. они работают в режиме переключения, а ток заряда и разряда конденсатора С2 на порядок выше тепловых токов транзисторов.
Если идеализировать схему, т.е. полагать, что сопротивление насыщения транзисторов равно нулю, а разомкнутых транзисторов сопротивление равно бесконечности, внутреннее сопротивление источника
131
Е2 равно нулю, а сопротивление нагрузки, включенное параллельно конденсатору С2, также равно бесконечности, то можно получить зависимость изменения выходного напряжения Uвых в зависимости от величин входящих в схему конденсаторов С1 и С2 и частоты переключателя.
Uвых Е(1 |
t |
) ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Т - 0,5 периода частоты; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
э — эквивалентная постоянная времени, равная |
|
|
Т |
|
|
|||||
э |
|
|
|
|
|
|||||
|
C1 |
C2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
ln ( |
) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
C2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис.2 приведено изменение эквивалентной постоянного времени |
||||||||||
э, при постоянном времени Т в зависимости от m |
C2 |
. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
C1 |
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2
С2 э Т приближенное значение эквивалентной постоянной
С1
времени.
Найденное по приближенной формуле эквивалентная постоянная времени э меньше действительной на величину 
(%), которую можно опредлить по формуле:
|
|
|
|
|
1 m 1 |
2 |
1 100% . |
||
|
||||
m |
||||
|
|
|
||
132