3340

Если она равна единице, то система (1) является полной. В противном случае система не является полной и следовательно существуют комбинации значений признаков, для которых не определены соответствующие решения. Такие комбинации будем называть недоопределенными. Формально недоопределенные комбинации задаются инверсией дизъюнкции левых частей выражения (1), что с учетом правил де Моргана может быть записано в следующем виде:

Появление недоопределенных комбинаций (3) может быть обусловлено следующими причинами.

1.Наличием избыточных элементарных коньюнкций при кодировании множества возможных значений признаков.

2.Ошибками, связанными с минимизацией системы секвенций.

3.Смысловым недоопределением некоторых диагностических решений.

Первые две причины являются чисто "техническими". При этом в случае выявления первой причины полнота системы секвенций достигается за счет введения для недоопределенных комбинаций

причины необходимо вернуться на этап минимизации и устранить допущенные ошибки.

При смысловом недоопределении необходимо либо уточнить множество возможных решений R, либо поставить в соответствие недоопределенным комбинациям некоторые из имеющихся решений.

При построении секвенциальных распознающих алгоритмов неизбежно возникает вопрос о непротиворечивости данных алгоритмов. При этом, под противоречивыми понимаются такие алгоритмы, которые определяют различные решения при одном и том же наборе значений признаков.

Возможность возникновения противоречивости объясняется тем, что построение систем секвенций (1) производится по частям, то есть каждая из секвенций, описывающая конкретный объект и соответствующее ему решение, строится независимо от других секвенций. Это допускает возможность появления в различных секвенциях одинаковых комбинаций значений признаков, которым однако приписываются разные решения по синтезу объектовых систем безопасности.

Литература

1. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1984. - 208 с.

2.Барабаш Ю.Л. Варский Б.В. и др. Вопросы статистической теории распознавания. М.: Сов.

радио, 1967. - 400 с.

3.Захаров В.Н., Поспелов Д.А., Хазацкий В.Е. Системы управления. М.: Энергия, 1977. - 424 с.

83

УДК 621.313

Ю. В. Писаревский, С. А. Горемыкин МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ

ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Представлена система уравнений, описывающих нестационарный тепловой процесс в электродвигателе серии ДПР на основе тепловой схемы замещения.

Тепловой расчет электрической машины выполняется, как правило, для ее нелинейного режима работы, при установившемся состоянии нагрева. Однако в ряде случаев требуются расчеты и для нестационарных режимов нагрева, в том числе, при нагрузках, отличных от номинальной. Особенно важное значение процессы нестационарного нагрева имеют при перегрузках по току и напряжению, при частых и затяжных пусках двигателей, а также при их работе в заторможенном состоянии, в режимах короткого замыкания генераторов.

Таким образом, тепловой расчет электрических машин при нестационарных режимах нужен в следующих случаях:

–если по условиям эксплуатации машина все время находится в состоянии переходного теплового процесса;

–если нужно учесть данные теплового расчета при выборе характеристик аварийной защиты от перегрузок, коротких замыканий или для выявления особо напряженных по нагреву мест в конструкции машины.

Так согласно [1] особенностью режима работы исполнительных двигателей и автоматических систем является то, что они практически никогда не работают при номинальной частоте вращения, для них характерны частые пуски, остановки, реверсы, т.е. кратковременные и повторно-кратковременные режимы работы. Интенсивность работы машины в данных режимах ограничивается температурой активных частей. С этой целью для двигателей оговаривается длительность цикла и продолжительность включения.

Среди исполнительных машин следует выделить малоинерционные двигатели постоянного тока, с полым ротором, серии ДПР. Так как они наиболее полно удовлетворяют требованиям систем автоматики и следящих систем, в силу их конструктивных отличий. Данные машины согласно литературе [2, 3] работают как в продолжительных (S1), так и кратковременных(S2) и повторно-кратковременных(S3) режимах работы, режимах пуска-реверса при нестандартной форме подводимого напряжения, например синусоидальной или прямоугольной.

Для данных режимов работы в заводской документации жестко оговорены следующие величины: амплитуда и частота питающего напряжения, продолжительность включения, время цикла, при определенных значениях параметров нагрузки (таких, как момент сопротивления, момент инерции вращающихся масс, приведенной к валу

84

электродвигателя и т.д.) Является очевидным, что значения всех перечисленных величин будут ограничены допустимой температурой активных частей. В случаи изменения сочетания величин оговоренных в заводской документации или параметров нагрузки, что наблюдается наиболее часто для исполнительных машин, величина температуры активных частей примет значение отличное от допустимого, поэтому важно знать эту величину. Причем характер температуры будет носить не установившееся, а мгновенное значение (т.к. режим работы S1 или S3).

Следует отметить, что для любой электрической машины величина температуры активных частей является одним из ограничивающих факторов безопасной работы электродвигателя, и значение данной температуры будет ограничено допустимым уровнем нагрева согласно выбранного класса изоляции, указанного в государственном стандарте. При рассмотрении малоинерционных электродвигателей серии ДПР, вопросы, связанные с ограничением работоспособности двигателя по температуре становится еще более актуальными. Так как величина температуры активных частей машины будет ограничена не только выбранным классом изоляции, но и конструктивным исполнением активных элементов. В электродвигателях рассматриваемой конструкции механическая прочность якоря при температурах 100-125ºС нарушается и якорь начинает расклинивать в воздушном зазоре.

В силу вышеперечисленных обстоятельств, является целесообразным рассмотреть нестационарные тепловые процессы в двигателях серии ДПР. Для расчета этих процессов берется тепловая схема для стационарного режима, представленная в [4] и дополняется соответствующими теплоемкостями узлов. Такая эквивалентная тепловая схема замещения представлена на рисунке 1. На этой схеме в узел якорь (Я) объединены активная и лобовая часть якоря, в узел коллектор (Кл) – обмоткодержатель, лобовая часть якоря со стороны коллектора и коллектор, в узел корпус (К) все остальные элементы двигателя. Таким образом, теплоемкости вышеперечисленных узлов рассчитываются следующим образом:

где Ca – теплоемкость узла якоря, ДжК ,

Ca , уд – удельная теплоемкость якоря, Дж(кг К) ,

Ca , уд – 665 Дж(кг К) ;

ma – масса активной и лобовой части якоря.

85

где Cоб, уд , Скл, уд – удельные теплоемкости соответственно обмоткодержателя и коллектора, Дж(кг К) ,

Cоб, уд = 1140 Дж(кг К) , Скл, уд = 600 Дж(кг К) ;

корпуса, подшипникового щита со стороны привода, подшипникового щита со стороны коллектора, вала, индуктора, Дж(кг К) ,

Cпщ 2, уд = 1100 Дж(кг К) ;

Величины удельных теплоемкостей неоднородных элементов (состоящих из нескольких материалов) таких как: якорь, обмоткодержатель, коллектор, подшипниковый щит со стороны коллектора с учетом суппорта, вычислены, исходя из соотношения масс составляющих их материалов.

Рк Ра

Рис. 1

В [5, 6] представлен общий вид уравнения для нестационарных тепловых процессов. Тогда система дифференциальных уравнений, описывающая переходной тепловой процесс для схемы рисунка 1, примет

86

вид:

корпусом, КВт ;

R3 – термическое сопротивление между коллектором и якорем,

КВт ;

R4 – термическое сопротивление теплопередачи воздушного зазора между обмоткодержателем и индуктором, КВт ;

R5 – сопротивление, учитывающее теплоотвод с наружной поверхности коллектора, КВт ;

R6 – сопротивление, учитывающее теплоотвод через два

выходных конца вала, К/Вт;

R7 – сопротивление теплоотдачи наружной поверхности двигателя, К/Вт.

Т,К

87

Выражения для расчета термических приведены 2.

Выражения для расчета термических сопротивлений и потерь в узлах приведены в [4]. Расчетные и экспериментальные кривые нагрева для якоря, коллектора и корпуса приведены на рис. 2.

Данные кривые получены для двигателя ДПР 52 для номинального режима работы (т. е. в этом случае можно считать, что потери в узлах якоря и коллектора остаются постоянными). Представленная математическая модель может быть использована для расчѐтов режимов работы отличных от продолжительного, если при этом известны законы изменения потери в узлах якорь и коллектор.

Литература

1.Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электромеханика» - 2-е издание, переработанное и дополненное – М.: Высшая школа, 1988. – 479с.

2.Микроэлектродвигатели для систем автоматики (технический справочник). Под редакцией Э.А. Лодочникова, Ю.М. Юферова, М. «Энергия» 1969.

3.Справочник по электрическим машинам: В 2т. Т.2/Под общей редакцией И. П. Копылова, Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат,1989. – 688с.

4.Эквивалентные тепловые схемы замещения двигателя постоянного тока с полым ротором /Горемыкин С. А., Кононенко Е. В., Писаревский Ю. В., Фурсов В. Б.; Воронеж. Гос. техн. ун-т. – Воронеж, 2000. – с.: 25, ил.: 4. – Библиограф.: 6 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ.

5.Сипайлов Г. А. и др. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчѐты в электрических машинах: Учеб. для вузов по спец. «Электромеханика» / Г. А. Сипайлов, Д. И. Санников, В. А. Жадан. –

М.: Высш. шк., 1989. – 239 с.

6.Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах: Учеб. пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиэдат. Ленингр. отд-ние,1986. – 256с.

88

Под информационной моделью расчетного проектирования двигателя постоянного тока понимают совокупность данных, представленных в заданной форме и необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

Компонентами информационной модели являются документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий, типовых деталей, материалов. В структуре информационной модели можно выделить несколько составляющих: исходные данные, нормативные данные, справочные данные, типовые решения, условия и требования, результирующие данные.

К исходным данным относятся сведения, которые содержатся в техническом задании на проектирование. Такими данными являются номинальные технические параметры, требования к объекту проектирования со стороны области использования, требования к характеристикам, а также результаты предпроектных исследований.

Нормативные данные содержатся в документах нормативного характера – государственных и отраслевых стандартах, стандартах предприятий, нормалях.

Справочные данные содержатся в справочниках, каталогах, информационных материалах, технической документации и литературе.

Типовые решения формируются на основе опыта проектирования с целью фиксации расчетных данных и использования их в последующих проектных работах.

Условия и требования используются на различных этапах расчетного проектирования. Их формируют как исходные данные перед расчетным проектированием, либо как промежуточные данные при завершении определенного этапа.

Результирующие данные формируются на заключительном этапе расчетного проектирования в виде принятых решений (характеристик, параметров, ограничений) и проектной документации.

Использование рассмотренных компонентов информационной модели в качестве средств информационного обеспечения процесса автоматизированного проектирования требует специальной структурной организации соответствующего функционального элемента интегрированной объектно-ориентированной базы данных.

Необходимость организации и хранения сравнительно больших объемов разнородной информации, свойственной информационной модели расчетного проектирования, позволяет сформулировать следующие требования, предъявляемые к базе данных:

настраиваемость на конкретные данные; минимизация избыточности; эффективная организация структуры данных.

90

Указанным требованиям в полной мере удовлетворяет распределенная база данных, реализующая реляционную модель данных.

На функциональном уровне база данных расчетного проектирования представляет собой многофайловую систему, содержащую схемы информации, подсхемы обмена и собственно проектную информацию.

Схема – это логическая запись, полями которой являются описатели: наименование объекта в понятной для пользователя форме; тип объекта из допустимых в базе данных; структура объекта; система связей объекта, обеспечивающая связность всей информационной структуры.

Подсхемы являются непустыми подмножествами конкретной схемы, обеспечивая выборочное использование компонент информации без доступа к полной схеме.

Структура базы данных расчетного проектирования представлена в виде совокупности следующих разделов: нормативно-справочный массив

магнитные, электрические, тепловые и механические характеристики материалов, входящих в конструкцию, а также данные технического задания, определяющие ограничения, которых необходимо придерживаться при поиске проектных решений.

Рабочий массив формируется из данных, описывающих объект проектирования в рамках отдельных программных модулей, соответствующих конкретным локальным этапам расчетного проектирования. Описание объекта проектирования, полученное на каждом предыдущем локальном этапе проектирования, включает данные, необходимые для обеспечения функционирования компонентов на последующем этапе.

Обмен данными между базой данных и программными модулями производится в соответствии со структурной схемой информационных связей.

Основной функцией системы управления базой данных здесь является выполнение операций по обработке данных, необходимых для функционирования программных модулей расчетного проектирования. Программный модуль формирует и передает запрос на чтение записи СУБД, сообщая значение реквизитов ключа записи. СУБД на основе анализа подсхемы, используемой программным модулем, и схемы полного логического описания данных осуществляет поиск данных, на которые передан запрос и определяет, какого типа логические данные необходимы. Затем СУБД просматривает описание физической структуры базы данных и определяет, какую физическую запись требуется считывать. После этого

91

СУБД сравнивает схемы и подсхемы и передает данные из системного буфера в рабочую область программного модуля. Если при передаче данных были обнаружены ошибки, то соответствующая информация также передается программному модулю. В завершении этого процесса программный модуль производит обработку данных, размещенных в его рабочей области.

Таким образом, сфера деятельности проектировщика на локальном этапе расчетного проектирования ограничивается программным модулем и подсхемой описания данных. Изменения в схеме логической организации данных или физической организации базы данных не приведет к изменению содержания программных модулей расчетного проектирования и их подсхем.

Информационные компоненты интерфейса пользователя распределяются в форме текстовых файлов по локальным этапам расчетного проектирования и представляют собой подробный машинный комментарий, обеспечивающий проектировщику удобное и эффективное вхождение в предметную область без привлечения дополнительных источников информации.

Таким образом, средства информационного обеспечения процедур расчетного проектирования двигателей постоянного тока реализуются на основе стандартных программных систем реляционных баз данных.

Вместе с тем, для информационной поддержки процедур конструкторского и технологического проектирования необходимо использование графических средств построения баз данных, например, на основе конструкторских и технологических библиотек программного комплекса автоматизированных систем КОМПАС, разработанного АО "Аскон" (Санкт-Петербург, Россия). А это в свою очередь требует включения в пользовательский интерфейс соответствующих функциональных компонентов, обеспечивающих однородность информационной среды автоматизированного проектирования.

Литература

1.Кенио Т., Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами / Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 184 с.

2.Бурковская Т.А. Автоматизация проектирования микродвигателей

сполым якорем: Учеб. пособие / Т. А. Бурковская, Ю. В. Писаревский; Воронеж. политехн. ин–т. Воронеж, 1991. 81 с.

3.Бурковская Т.А. Проектирование электрических машин малой мощности: Учеб. пособие / Т.А. Бурковская, Ю.В. Писаревский, О.В. Мяснянкина; Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 1999. 74 с.

92