Савельев А.В. Проектирование электромеханических аппаратов автоматики с применением ЭВМ

Подождите немного. Документ загружается.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

УДК

621.398

С 128

МОСКОВСКИЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

(технический университет)

А.В. Савельев

Проектирование

электромеханических аппаратов

автоматики

с применением ЭВМ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

__________

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(технический университет)

А.В. САВЕЛЬЕВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ АППАРАТОВ АВТОМАТИКИ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

Методическое пособие

по курсам

Электрические аппараты автоматики и управления

Проектирование электрических аппаратов

Под редакцией С.Ю. Рыжова

Издательство МЭИ

Москва 1998

УДК

621.398

С 128

УДК: 681.527.2.001.63(072)

Утверждено учебным управлением МЭИ

Рецензент канд.техн.наук доц. Ю.М. Макарычев

Подготовлено на кафедре электрических и электронных аппаратов

Савельев А.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ АППАРАТОВ АВТОМАТИКИ С

ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ. Методическое пособие по курсам

"Электрические аппараты автоматики и управления" и

"Проектирование электрических аппаратов" / Под редакцией С.Ю.

Рыжова -М.: Изд-во МЭИ, 1998. -75 с.

Приведены краткие сведения об общих вопросах проектирования

электромеханических аппаратов автоматики (ЭМАА), рассмотрены подходы к

расчету магнитных и механических систем ЭМАА с применением ЭВМ,

приведены примеры расчетных модулей для среды программирования QBASIC.

Также рассмотрены вопросы применения СУБД при проектировании ЭМАА.

Предназначено для использования в курсовом и дипломном

проектировании при подготовке инженеров и специалистов по специальности

"Электрические и электронные аппараты".

_____________

 Московский энергетический институт, 1998

ПРЕДИСЛОВИЕ

Проектирование электромеханических аппаратов автоматики

(ЭМАА) основано на использовании математических моделей,

которые, отличаясь учетом особенностей конкретных видов ЭМАА,

имеют общие подходы к расчету магнитных, а иногда и

механических систем [1-12].

Назначение пособия - обеспечить пользователя

методическими рекомендациями при проектировании

электромеханических исполнительных устройств, электромагнитных

реле, датчиков, магнитных опор; показать пути подходов к решению

основных вопросов проектирования ЭМАА с использованием

современной вычислительной техники.

Применение ЭВМ при проектировании ЭМАА в настоящем

пособии рассматривается в виде отдельных вопросов САПР [12]:

использования расчетных программных модулей и применения баз

данных. В качестве расчетных модулей могут использоваться как

разработанные ранее пакеты программ, так и вновь создаваемые. Для

применения расчетных модулей рекомендуется среда

программирования QBASIC, представляющая собой урезанную (без

компилятора) версию системы программирования QuickBASIC [13].

При подготовке графической документации с применением ЭВМ

можно использовать отдельный пакет, например, систему

AUTOCAD.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ АППАРАТОВ АВТОМАТИКИ

(ЭМАА)

1.1. Принципы проектирования

Существенными составными частями основ теории

проектирования являются физические и эвристические основы [7].

Физические основы базируются на использовании различных

известных физических законов, принципов, явлений. Применительно

к ЭМАА это уравнения Максвелла, уравнения Ньютона, законы

термодинамики.

Эвристические основы предусматривают ряд правил, приемов

и советов, повышающих эффективность творческой деятельности

человека при проектировании. Основными этапами эвристической

деятельности человека являются:

- выбор цели проектирования;

- формулирование и уточнение задачи проектирования;

- выбор физической природы принципа действия;

- выбор математической модели и критерия оптимальности;

- выбор метода анализа и синтеза;

- принятие окончательных решений о структуре и параметрах .

После того, как задача проектирования будет сформулирована,

необходимо, опираясь на гипотетический идеальный результат

проектирования, вскрыть все технические противоречия,

препятствующие достижению этого результата.

К основным техническим противоречиям ЭМАА относятся:

- чувствительность;

- быстродействие;

- потребляемая мощность;

- масса;

- габаритные размеры;

- простота конструкции;

- ремонтопригодность;

- надежность;

- долговечность;

- диапазоны рабочих параметров;

- условия эксплуатации;

- устойчивость к внешним воздействиям;

- длительность проектирования;

- надежность проектирования;

- стоимость.

В качестве примера рассмотрим подход к выбору

коэффициента запаса электромагнитного реле по МДС. При

недостаточных значениях коэффициента запаса не будет обеспечена

надежная работа реле при снижении напряжения питания,

увеличении температуры окружающей среды. В свою очередь

увеличение коэффициента запаса приведет к увеличению массы,

габаритных размеров, потребляемой мощности, ускорению

механического износа из-за увеличения энергии подвижной системы

при движении якоря реле.

После вскрытия технических противоречий основное значение

приобретает отыскание путей их преодоления.

Главным препятствием при создании нового является

инерционность технического мышления, т.е. стремление

использовать уже широко применявшееся. Для преодоления

инерционности при проектировании используют приемы [7]:

- мозговой штурм ( свободное коллективное высказывание

идей без их критики);

- морфологический анализ (обобщение возможных признаков о

структуре и форме);

- инверсия (взгляд со стороны);

- эмпатия (вживание в образ);

- аналогия (с другими устройствами);

- и др.

Для преодоления выявленных технических противоречий

используют следующие основные приемы:

- дробление (конструктивное, функциональное и т.п.);

- объединение (конструктивное, функциональное и т.п.);

- обращение вреда в пользу;

- применение других физических явлений;

- использование принципа “начинай с простого”;

- рассмотрение крайних случаев;

- проведение последовательных приближений;

- и др.

По выявленным противоречиям в общем случае составляются

матрицы (таблицы) с приемами их преодоления.

При преодолении технических противоречий при

проектировании не должно быть резкого ухудшения одного из

показателей качества ради улучшения другого.

1.2. Основные виды ЭМАА

ЭМАА подразделяют на 4 основных вида:

1. Электромеханические исполнительные устройства,

являющиеся некоммутационными аппаратами релейного действия, у

которых выходной параметр (ход якоря) скачкообразно изменяется

при определенных значениях входного параметра (управляющего

сигнала в обмотке).

2. Электромеханические реле, относящиеся к коммутационным

аппаратам релейного действия, в которых осуществляется

скачкообразное изменение выходного параметра (тока, напряжения,

и т.п.) при определенных значения входного параметра

(управляющего сигнала в обмотке).

3. Электромеханические датчики (преобразователи),

предназначенные для восприятия изменений параметров

контролируемого объекта, а также для хранения и передачи этой

информации в удобной форме.

4. Магнитные опоры, преобразующие внешнее возмущение в

электромеханическое воздействие и наоборот.

На рис. 1.1 - 1.6 приведены схематичные изображения

некоторых основных видов электромеханических аппаратов.

магнитопровод

обмотка

возвратная

пружина

стоп

Рис. 1.1. Электромагнитное исполнительное

устройство (втяжной электромагнит)

якорь

Рис. 1.2. Электромагнитное реле постоянного тока

обмотка

якорь

сердечник

магнитопровод

упругие

контакт-детали

упор

Рис. 1.3. Электромагнитное реле переменного тока

обмотка

якорь

сердечник

магнитопровод

упругие

контакт-детали

возвратная

пружина

КЗ -виток

Рис. 1.4. Герконовые реле:

а - с замыкающим герконом;

б - с переключающим герконом вида РП-З;

в - с переключающим герконом вида РЗ-П.

замыкающиеся

контактные

сердечники (КС)

баллон

обмотка

а)

баллон

обмотка

б)

азмыкаемый КС

баллон

обмотка

в)

амыкаемый КС

ереключающий КС

азмыкаемый КС

ереключающий КС

амыкаемый КС

немагнитная

вставка

первичная

обмотка

магнитопровод

подвижный

блок изме-

рительных

обмоток

посто-

янный

магнит

измери-

тельная

обмотка

вал

Рис. 1.5. Электромеханические датчики (преобразователи):

а - трансформаторный (для преобразования

линейных перемещений);

б - индукционный (для преобразования угловой

скорости).

а)

б)

подвижный

электропрово-

дящий диск

обмотка

магнитопровод

подвижный

сердечник

обмотка

магнитопровод

Рис. 1.6. Магнитные опоры:

а - индукционная;

б - электромагнитная.

а)

б)

верхняя

крышка

нижняя

крышка