ВВЕДЕНИЕ

При проектировании единичных образцов решаются следующие инженерные задачи:

1. Разработка, анализ, уточнение, описание задач и показателей электропривода

2. Разработка и проектирование системы электропривода.

3. Разработка различного рода конструктивных узлов, сопряжение с рабочей машиной и сетью.

4. Монтаж, наладка и испытание электропривода.

5. Техническое обслуживание и быстрый ремонт.

Для решения указанных задач оказывает влияние:

-- возмущающее воздействие:

1. Электростатические и электромагнитные поля.

2. Климатические факторы.(температура, влажность , загрязненность)

-- побочные эффекты электропривода:

1. Механические.

2. Акустические (шум).

3. Тепловые

4. Опасность электрических и механических воздействий на человека

5. Пожаро- и взрывоопасность.

6. Излучение электромагнитных полей.

7. Воздействие на сеть коммутационных узлов и силовых преобразователей.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭП

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование ЭП представляет собой процессы обработки информации, в ходе которого на основе более или менее полных данных с помощью определенной методики разрабатывается теоретическая документация для системы электропривода. Входные величины можно представить следующим образом:

Рис.1. Структурная схема.

К блоку А относится информация требуемая в ходе проектирования:

1. О существующих структурах электроприводов, о принципиальных возможных решениях, о типовых проектах и о отдельных частных решениях.

2. О технических характеристиках экономических показателей, об ассортименте и условиях поставки типовых модулей шкафов управления.

3. О законодательных актов постановлениях, стандартах, инструкциях, действующих в отраслях и на предприятии и которые необходимо соблюдать и учитывать.

4. О подлежащих соблюдению авторских правах.

5. О наиболее целесообразном исполнении схематических и конструктивных узлов.

6. Об опыте разработки изготовлении и наладки аналогичных объектов.

Указанная информация изложена в специально-технической литературе в каталогах, стандартах, патентах и так далее.

К блоку Б относится информация в виде математических и методических средств, представляющих аналитические или имперические модели предназначенные:

1. Для записи задачи и ее систематического уточнения.

2. Для эффективного поиска информации включая патентную документацию.

3. Для системного анализа и поиска функциональных структур.

4. Для выбора, для расчета параметров и оптимизации узлов системы.

5. Для моделирования или поверочного расчета или оценки характеристик системы и действующих на нее возмущений.

6. Для технической, технологической и экономической оценки решений.

7. Для выбора оптимального варианта при наличии различных решений.

Модель процесса проектирования.

Из-за большого числа требований и условий, которые должны быть выполнены проектирование может быть представлено задачей с многокритериальной оптимизацией. Из-за ряда трудностей при синтезе трудно представить процесс проектирования в строго определенной последовательности. Даже использую машинную обработку информации – нельзя отказаться от участия человека в процессе.

В определенном месте можно алгоритмизировать процесс проектирования и уменьшить роль субъективных факторов до минимума. При этом схема процессам может быть представлена следующей моделью.

В целом выделено 5 рабочих этапов которые в процессе проектирования могут встречаться один или несколько раз при итеративном поиске решения. На первом этапе на основе тщательного изучения проблемы уточняется и конкретизируется поставленная задача, поскольку предварительная постановка не безупречна. Производится отбор и систематизация исходной информации, поиск и добавление недостающих данных, установление приоритета требований на основании пожелания заказчика с учетом тенденции научно технического развития и опыта проектирования аналогичных объектов. Данный этап представляющий собой разработку технического задания должен быть проведен с участием проектировщика.

Для проектирования системы электропривода уточнение требований производится на основании анализа взаимодействия 3х систем:

1. Электропривод – рабочая машина.

2. Электропривод – сеть.

3. Электропривод и система управления.

Кроме того учитываются как воздействия на электропривод, так и его влияние на окружающую среду. При разработке ТЗ целесообразно разделить требование по группам:

1. Обязательные требования- они должны быть точно соблюдены возможные отклонения из-за допуска : плавность регулирования, установочность размеров.

2. Минимальные требования – в отношении которых возможно так называемое перевыполнение, а недовыполнение недопустимо: диапазон регулирования, время наработки на отказ, уровень помех и так далее.

3. Пожелания – т.е. требования, необязательные, но которые по возможности надо выполнить, обычно это вопросы комфорта обслуживания и ремонта, автоматизации управления, оформления и т.д.

Для обоснованного выбора решения приоритеты требований по степени их важности обязательно должны быть согласованны с заказчиком.

По уточнённому ТЗ на 2-ом этапе выбирается одно или несколько принципиальных решений по самым важным условиям и требованиям с учётом на общетехническое развитие и с учётом опыта проектирования подобных объектов. Решаются основные вопросы относительно приводных структур (ДТП, АД, СД, ШД) решаются вопросы автоматизации процессов управления и решаются вопросы о характере средств обработки информации.

На 3-м этапе для выбранных принципиальных решений производится грубый расчет параметров т.е. производится выбор силового оборудования (двигателей, трансформаторов) производится оценка влияния на сеть, производится расчет и выбор средств автоматизации а также грубый экономический расчет, после этого все варианты сравниваются с технической технологической и экономической точкой зрения и выбирается наиболее оптимальный вариант, который по важнейшим характеристикам наиболее полно удовлетворяет требованиям ТЗ.

На 4-м этапе проводится точный расчет выбранного варианта, оптимизация схемы электропривода, решаются вопросы конструктивного исполнения с учетом монтажа, наладки и испытания, при этом учитываются проблемы безопасности, надежности, помехозащищенности. По окончанию проверяется на сколько электропривод удовлетворяет поставленным требованиям. При неудовлетворительном результате производит корректировку оптимизации или выбирают другое принципиальное решение и его разрабатывают. При удовлетворительном результате приступают к 5-му этапу на котором разрабатывают техническую документацию необходимую для изготовления испытания и обслуживания системы.

Оценка и сравнение вариантов решения

В ходе проектирования приходится несколько раз сравнивать варианты и оценивать их соответствие поставленным требованиям. В первую очередь проверяются технические, технологические и экономические характеристики. При сравнении технических характеристик (диапазон регулирования, КПД, плавность) проверяется их соответствие поставленным заданиям в ТЗ. При оценки и сравнении технологических параметров исследуют в какой степени можно получить низкую стоимость и одновременно высокую производительность труда. С этой целью можно рассматривать следующие позиции:

1. Как велико в системе число стандартных модулей блоков по отношению к общему числу;

2. Каково соотношение затрат рабочего времени на автоматизированные и механизированные работы по отношению к общему времени изготовления;

3. Каково соотношение затрат времени на конструктивную подгонку при сборке системы к общим затратам времени на монтаж;

4. На сколько выдержаны требования стандартов и других нормативных документов.

5. На сколько эффективно могут быть проведены монтаж, наладка и испытания системы.

6. На сколько сложна система электропривода, о чем говорит число повторяемости и сложности элементов и блоков.

Для сравнения экономических показателей в первую очередь используется затраты и затраты отнесенные к какому либо из эксплутационных показателей.

Сравнение предварительных результатов производятся по важнейшим характеристикам на основании сравнения показателей качества Q_i, где i-номер характеристики. Показатели служат для количественной оценки выполнения требования предъявляемым к характеристике. К примеру, можно использовать пятибалльную шкалу. Q_i=

5- требования выполнены полностью на 100%

4- выполнены хорошо >= 70%

3 – выполнены удовлетворительно >=50%

2- неудовлетворительно (недостаточно) >=25%

1-неудовлетворительно <25%

В качестве характеристик могут использоваться: диапазоны регулирования, КПД системы, плавность регулирования и.д. На основании этой шкалы можно охарактеризовать степень выполнения каждого требования путём назначение соответствующей оценки. К примеру, имеем три варианта решения которые надо оценить по семи показателям:

Характеристики	I		II		III		ai
	Qi	aiQi	Qi	aiQi	Qi	aiQi
Q1-масса	5	10	2	4	1	2	2
Q2-надёжность	3	15	4	20	2	10	5
Q3-помехо-чувствительность	2	8	3	12	2	8	4
Q4-габариты	5	5	3	3	2	2	1
Q5-КПД	3	12	4	16	1	4	4
Q6-Внешнее оформление	4	4	3	3	2	2	1
Q7-Затраты	1	4	2	8	4	16	4
S	23		21		14
Sa		58		66		44

Каждый из вариантов отличается показателями в ту или иную сторону, и выбор наилучшего варианта будет зависеть от значимости характеристик. Если характеристики равнозначные для целей проектирования, то для сравнения вариантов исполузуется простая сумма . Если характеристики имеют разную значимость, то используется взвешенная сумма

, где а – так называемый весовой коэффициент, который также можно определить по пятибалльной шкале а=:

5- характеристика имеет исключительное значения для целей проектирования;

4-имеет большое значение;

3- определённое значение;

2- малое значение;

1- несущественно;

Если все характеристики равнозначны, то лучшими является первый вариант. При разной значимости лучшим является второй. В ходе проектирования можно проследить за соотношением эксплуатационных показателей и соответствующие им затрат. Для этого производят сопоставительный анализ с помощью, так называемой технической значимости

где Q_max – максимально возможная оценка по выбранной шкале

Ожидаемые затраты К соотносят к взвешенной значимости

	I	II	III
tв	0.635	0.682	0.33
К (у.е.)	15	14	11
к	23.7	20.5	33.4

наиболее низкие удельные затраты обеспечивающие выполнение требования имеют второй вариант и он является наиболее лучшим вариантом решения.

Поскольку назначение оценок по обеспечению требований и весовых коэффициентов производится субъективно проектировщиком, то следует производить тщательный анализ для избежания слишком оптимистичных оценок