Пояснительная записка содержит 58 страниц, 15 иллюстраций, 3 таблицы, 3 приложения
1.6. Аналог рассматриваемой системы
В качестве аналога рассматриваемой электромеханической системы (ЭМС) целесообразно рассмотреть ЭМС блока Р16К на базе шагового двигателя с постоянным магнитом. Функциональные элементы ЭМС-аналога, за исключением двигателя и алгоритма системы его управления те же, что и в рассматриваемая ЭМС, поэтому далее будут сравниваться шаговый и асинхронный электродвигатели. Рассмотрим работу двухфазного двухполюсного шагового двигателя с активным ротором в виде постоянного магнита (рис.1.4).
Будем считать, что намагничивающие силы фаз (НС) распределены по синусоидальному закону. При включении фазы под постоянное напряжение (условно положительной полярности) вектор НС статора совпадет с осью фазы А. В результате взаимодействия НС статора с полем постоянного магнита ротора возникнет синхронизирующий момент Мс = Mmax*sinψ, где ψ - угол между осью ротора и вектором НС. При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 6, первый такт). Если теперь отключить фазу А и включить фазу В, вектор НС и ротор повернуться на 90о (второй такт на рис. 1.4). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт на рис. 1.4) НС и ротор повернутся еще на 90о и т.д. Если к ротору ШД приложен момент нагрузки, то при переключении фаз ротор будет отставать от вектора НС на некоторый угол ψн= arcsin(Mн/Mmax).
Рис. 1.4. Двухфазный двухполюсный шаговый двигатель
1.7. Сравнение аналога и рассматриваемой ЭМС
Рассматриваемая ЭМС и ЭМС-аналог содержат асинхронный и шаговый (ШД) электродвигатели соответственно.
Каждый из типов электродвигателей имеет свои особенности, сопоставление которых позволяет определить целесообразность их применения в тех или иных условиях.
Невозможно говорить об абсолютном превосходстве одного типа двигателя над другим, так как в разных условиях использования востребованы различные особенности двигателей.
Для ШД характерна высокая точность регулирования скорости вращения и угловой координаты вала, но в то же время наличие относительно большого количества деталей явнополюсного ротора способствует снижению механической прочности, а значит и надёжности всего двигателя. Также ШД имеют высокое тепловыделение и требуют дорогостоящих систем управления.
В противовес шаговому, асинхронный двигатель обладает более высокой надёжностью и более прост и дешев в производстве из-за относительной простоты ротора и его сбалансированности. Но у АД есть и недостатки: сложность регулирования скорости и угловой координаты вала, низкие энергетические показатели (сосбенно при малых размерах двигателя), отсутствие удерживающего момента на валу двигателя при нулевой скорости вращения. Массогабаритные показатели синхронного (в частности шагового) и асинхронного двигателей очень близки, иногда с небольшим перевесом в сторону асинхронных двигателей.
Для задач, выполняемых рассматриваемой системой, применение АД может быть целесообразным из-за его высокой надёжности, простоты изготовления и обслуживания, относительной простоты управления им. Невысокая точность регулирования угловых координат не является проблемой при использовании быстродействующей цифровой системы ориентации и редуктора, понижающего выходную скорость вращения блока электропривода относительно скорости вращения вала двигателя и обеспечивающего достаточный естественный тормозной момент на выходном валу привода.
1.8. Выбор частных критериев
Конструируя ЭМС, стремятся достигнуть идеала. Идеальная электрическая машина должна иметь определенные свойства (высокий КПД, надежность, малые размеры и масса, технологичность, функциональность, приемлемая цена и др.), которые в совокупности свидетельствуют о её качестве. Поэтому необходимо выбрать частные показатели качества, по которым будет произведена оценка ЭМС. В нашем случае произведем сравнение (оценку) по следующим критериям:
- точность,
- энергетические показатели (КПД),
- надежность,
- массогабаритные показатели,
- стоимость,
- время разгона.
1.9. Определение весовых коэффициентов критериев оценки
ЭМС установлена на борту космического аппарата, предназначена для обеспечения его работоспособности в условиях ближнего космоса. Поэтому наиболее значимыми показателями являются надежность, массогабаритные показатели, точность.
Таким образом, расставим следующие весовые коэффициенты для выбранных критериев качества:
- точность 5
- энергетические показатели 7
- надёжность 10
- массогабаритные показатели 9
- стоимость 6
- время разгона 8
1.10. Сравнение рассматриваемой ЭМС с аналогом по обобщенному критерию с учетом весовых коэффициентов критериев оценки
Для каждого критерия сравниваемых систем проведем оценку по пятибалльной шкале:
1. При использовании на КА высокоточной цифровой системы ориентации и наличии понижающего редуктора в составе ЭМС требования к точности регулирования угловой координаты вала двигателя довольно низкие, что позволяет без особых проблем применять АД с нерегулируемой частотой вращения. Точность ШД при таком применении будет избыточна.
Рассматриваемой ЭМС присвоим 4 балла, ЭМС-аналогу – 5 баллов.
2. КПД шаговых двигателей в номинальном режиме составляет 80-90%. КПД АД с уменьшением номинальной мощности падает и при мощности 6,5Вт достигает 50-60%. Рассматриваемой ЭМС присвоим 3 балла, ЭМС-аналогу — 5 баллов.
3. Надёжность электромеханических устройств можно характеризовать длительностью бесперебойной работы между отказами, а так же закономерностью частоты отказов за срок службы, степенью тяжести отказов и стоимостью работ для их восстановления. В данном случае надежность приборов сравним по показателям механической прочности.
ЭМС на базе АД имеет монолитную конструкцию ротора, следовательно, и высокую механическую прочность. Недостатком ШД является недостаточная механическая прочность сборного ротора.
Рассматриваемой ЭМС присвоим 5 баллов, ЭМС-аналогу – 3 балла.
4. По массогабаритным показателям АД и ШД довольно близки. Однако из-за сложности системы управления и повышенного количества проводов для питания ШД (4-6 против 3 для АД) он проигрывает асинхронному двигателю.
Рассматриваемой ЭМС присвоим 5 баллов, ЭМС-аналогу – 4 балла.
5. Стоимость ШД существенно выше стоимости АД. Также для управления ШД желательно применять микроконтроллер или использовать ресурсы бортовой ЭВМ, что повышает расходы на оплату труда программистов и может отнимать вычислительные ресурсы у бортовой ЭВМ, необходимые для выполнения важных военных задач. Система электропривода на базе АД может быть полностью сконструирована без привлечения программистов: достаточно лишь обеспечить электрическую совместимость входных сигналов системы с выходными сигналами системы ориентации бортовой ЭВМ.
Рассматриваемой ЭМС присвоим 5 баллов, ЭМС-аналогу – 2 балла.
6. Время разгона характеризует качество привода СБ не однозначно. С одной стороны, чем выше быстродействие системы, тем лучше. Но с другой стороны чрезмерно большое ускорение может вызвать нежелательные механические колебания панелей СБ. При использовании синхронного (шагового) двигателя также возможно выпадение его из синхронизма(потеря шага) при включении его сразу с номинальной частотой. Очевидно, что использование ШД требует частотного пуска с применением цифрового управления (или слишком сложной аналоговой схемы), но имеет преимущество по качеству разгона и торможения перед нерегулируемым АД. Асинхронный двигатель при включении с номинальной частотой обеспечивает относительно плавный разгон по сравнению с синхронным двигателем, что является его неоспоримым преимуществом.
Рассматриваемой ЭМС присвоим 4 балла, ЭМС-аналогу – 4 балла.
Результаты сравнения сведем в табл. 1.1:
Табл. 1.1
Сводные данные сравнения электромеханических систем
| Наименование показателя качества | Весовой коэффициент | Оценочный балл | |
| | | Рассматриваемая ЭМС | ЭМС - аналог |
| Точность | 5 | 4 | 5 |
| Энергетические показатели | 7 | 3 | 5 |
| Надёжность | 10 | 5 | 3 |
| Массогабаритные показатели | 9 | 5 | 4 |
| Стоимость | 6 | 5 | 2 |
| Время разгона | 8 | 4 | 4 |
Комплексный показатель качества систем определяется как сумма произведений весовых коэффициентов на оценочный балл частных показателей:
Q1 = 5*4+7*3+10*5+9*5+6*5+8*4 = 198 — комплексный показатель качества рассматриваемой ЭМС;
Q2 = 5*5+7*5+10*3+9*4+6*2+8*4 = 170 — комплексный показатель качества ЭМС – аналога.
Большему обобщенному показателю качества соответствует лучший вариант системы.
страница 1страница 2страница 3страница 4 ... страница 6страница 7
скачать
Другие похожие работы: