Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

THE CHOICE OF MOTOR FOR VACUUM SWITCHGEAR

Ivashov E.N. 1 Panfilova E.S. 1 Shikhov A.I. 1
1 The National research university «High school of economics»
2559 KB
On the basis of the system model, the EMF method formalization of the selection of ED and type gearbox, with which determine the eligible TK motors and gearboxes from their set.
motor
vacuum switchgear

Автоматизация, повышение производительности и надежности вакуумно-технологического оборудования электронной техники, развитие техники эксперимента, ядерных и космических исследований определили качественно новый уровень требований к исполнительным механизмам и, в частности, к вакуумной коммутационно-регулирующей аппаратуре с электромеханическим приводом [1], состоящим из электродвигателя (ЭД) и передаточного механизма – редуктора.

Важным этапом при проектировании технических объектов является выбор вариантов конструкции из множества конкурирующих.

Выбор типа ЭД осуществляется на этапе технического предложения, анализируя техническое задание на привод [2].

К основным типам ЭД относятся – двигатели постоянного тока: с параллельным, последовательным, смешанным и независимым возбуждением переменного ток; асинхронные с короткозамкнутым и полым ротором; синхронные – реактивные, редукторные и с расщепленными полюсами; универсальные и шаговые [3].

С позиции системного подхода оптимальный выбор ЭД определяется отношениями между типами ЭД и системными характеристиками: функцией ЭД – F, внешней средой, описывающей условия функционирования ЭД – Н3, условия эксплуатации ЭД – Н2, функциональные и экономические требования – Н1, Н4 и свойствами ЭД – Z.

Функция F ЭД характеризует вид и характер движения выходного звена: вращательное, линейное, дискретное, регулируемое и нерегулируемое (f1, f2, f3, f4, f5). К условиям функционирования Н3 относятся такие факторы, как вид среды Н31, температура Н32, влажность Н33, давление Н34, вид соединения ЭД с внешним объектом Н35 (фланцевое Н351, на лапках Н352, специальное Н353), ориентация в пространстве Н36 (ограниченная Н361, неограниченная Н362) и др.

Эксплуатационные требования Н2 содержат: режим работы Н21 (длительный Н211, кратковременный Н212, повторно-кратковременный Н213), характер изменения нагрузки Н22, ресурс Н23, наработку на отказ Н24, ремонтопригодность Н25, безопасность Н26 и др.

Функциональными требованиями Н1 являются: мощность Н11, частота вращения Н12, момент инерции ротора Н13, номинальный крутящий момент Н14, пусковой момент Н15, питание Н16, отношение пускового момента к номинальному Н17, габариты Н18, масса Н19 и др.

К экономическим требованиям Н4 относятся: стоимость Н41, серийность Н42, затраты на эксплуатацию Н43 и др.

Свойства Z ЭД включают: частоту питания – Z1, КПД – Z2, ток статора – Z3, ток возбуждения – Z4, ток якоря – Z5 и др.

На рис. 1 представлен мультиграф связей при выборе ЭД, в котором вершинами являются тип ЭД и обобщенные факторы выбора, а дугами – отношения между ними.

ivasov1.tiff

Рис. 1. Мультиграф связей при выборе типа ЭД

Множество типов ЭД – Y находим разбиением признака «способ действия»:

Y = {y1, y2, …, y10}, (1)

где yi (i = 1,2,…,10) – соответственно двигатели постоянного тока с последовательным, параллельным, смешанным и независимым возбуждением; переменного тока асинхронные однофазные, универсальные, трехфазные и тихоходные; синхронные – редукторные и шаговые.

Анализ параметров множества Hi показывает, что существует множество, зачатую противоречивых условий и факторов выбора типов ЭД. Вместе с тем выявлены инвариантные для всех типов ЭД параметры факторов и условий выбора, представленных в табл. 1. Основной задачей при выборе является установление логических зависимостей между типами ЭД и значениями или интервалами значений hi параметров множеств Hi, то есть необходимо найти такое выражение Т, что:

Т: hijs (Hij) → Yp, Yp Y, ⊂ (2)

где i=1,2,3,4, j=1,…,t(i), s=1,…,r(ij), P=1,2,…10.

Формализация выбора типов ЭД осуществлена с помощью таблицы соответствия Т (Н, Y) (табл. 1), в которой параметр Hiy, имеющий r(ij) значений, представляется r(ij) булевскими переменными Xs (s=1,…, r(ij), где Xs (Yp)=1, если Т(hijs)=Yp и Xs (Yp)=0 если Т(hijs)≠Yp.

Выбор типа ЭД осуществляется по исходным данным в техническом задании на электромеханический привод, используя разработанную табл. 1, формализующую процедуру выбора. Под I подразумевается выполнение требования данным типом.

Выбор ЭД возможен при его соответствии заданным градациям условий и факторам выбора.

Таким образом, существуют множество, зачастую противоречивых условий и факторов выбора ЭД, поэтому, важное значение имеет анализ их связей с типами ЭД и взаимосвязей между собой. На основе анализа строят табл. 1, представляющую собой булеву матрицу. По столбцам располагаются условия и критерии выбора, по строкам – типы ЭД. Условия и критерии выбора имеют градации, определение которых является одним из трудоемких процессов в связи с необходимостью максимального уменьшения дублирования исходных данных и обеспечения их полноты. Затем в таблице устанавливают логические зависимости между условиями и критериями выбора и типами ЭД: в случае соответствия типа ЭД и градации критерия на пересечении i-го столбца и j-й строки ставится «1» (истина), иначе – «0» (ложь).

Выбор ЭД по значениям параметров его свойств дает некоторое множество ЭД, удовлетворяющих этим значениям, поэтому необходимо провести параметрический анализ, позволяющий определить наилучший ЭД среди всех, удовлетворяющий ТЗ.

Таблица 1

tabli1.tiff

В качестве интегрального критерия выбора примем функцию расстояния пространственных критериев:

iv1.wmf, (3)

где Ki – коэффициент весомости i-го параметра, показателя качества; Zij – нормирование значение показателя качества Hi варианта ЭД с индексом j; Zin – нормированное значение показателя качества Hi гипотетической идеальной параметрической модели ЭД. Минимальное значение критерия D соответствует наилучшему ЭД.

Аналогичным образом осуществляется формализация выбора типа редуктора на основе разработанной табл. 2.

Таблица 2

Вид передачи

Передаточное число

К.п.д. одной ступени

Относительный

габарит

Относительная

масса

Относительная

стоимость

2÷4

4÷6

6÷8

10÷50

50÷100

100÷2000

0,4÷0,5

0,5÷0,6

0,6÷0,7

0,7÷0,8

0,8÷0,9

0,9÷0,96

Цилиндрическая

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

Коническая

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

2

1,2

1,3

Планетарная

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

1

0

0,7

0,9

1,3

Червячная

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

0

1,2

1,04

1,7

Волновая

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0,8

1,1

1,8

На основе системной модели ЭМП предложен метод формализации выбора ЭД и типа редуктора, с помощью которого определяют удовлетворяющие требованиям ТЗ электродвигатели и редукторы из их множества.