Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Марта 2015 в 11:19, реферат
Задача преобразования механической (электрической) энергии в электрическую (механическую) в современной технике решается применением электромеханических преобразователей (ЭМП).
1. Введение в электромеханические системы………………………………3
2. Основные понятия и определения теории и практики ЭМС………….4
3. Классификация электромеханических систем 13
4. Список литературы…………………………………………………………18
Оглавление
Задача преобразования механической (электрической) энергии в электрическую (механическую) в современной технике решается применением электромеханических преобразователей (ЭМП).
Более 90% вырабатываемой электрической энергии производится с помощью ЭМП, которые работают как генераторы и не менее 60% этой энергии используется в автоматизированном электрическом приводе (АЭП), в котором ЭМП работает как двигатель.
ЭМП как генератор, так и двигатель не работают обособленно, а объединены с различными средствами преобразования, управления или регулирования, контроля и защиты, образуя электромеханические комплексы – электромеханические системы (ЭМС).
Следует заметить, что в ЭМС, возникают новые совокупности свойств, которыми не обладают их составные части, прежде всего ЭМП.
Обратимость электромеханического преобразования энергии, общность структур, алгоритмов управления, методов исследования ЭМС генерирования электрической энергии и электрического привода различных механизмов, а иногда совмещение функций генерирования и электрического привода в одном агрегате делают целесообразным рассмотрение общих вопросов построения, исследования и проектирования ЭМС, что и ставится целью при изучении дисциплины «Электромеханические системы».
1.1. Понятие технической системы (ТС) и ее описание
Большинство определений ТС сводится к тому, что под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных единой целью и общими целенаправленными правилами взаимоотношений или, другими словами — совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных элементов, обеспечивающих выполнение определенной потребности (функции) с требуемым качеством.
В данном случае элементы представляют собой некоторые подсистемы по отношению к системе, являющиеся неделимыми. Следует также понимать различие между совокупностью и набором элементов. Только благодаря взаимосвязанным элементам, их совокупности, система приобретает качественно новые характеристики. Общие характеристики, хотя и обусловлены характеристиками отдельных элементов, но не присущи не только ни одному из них, но и простому набору невзаимосвязанных элементов.
Система определяется не только наличием общих характеристик, но и целенаправленными взаимоотношениями как между элементами внутри системы, так и между системой и окружающей ее средой, что обеспечивает целенаправленность действий и возможность выполнения функций системы.
В качестве примера можно рассмотреть коллекторный электродвигатель как совокупность взаимодействующих конструктивных элементов (якорь, индуктор, щеточно-коллекторный узел и др.), объединенных целью преобразования электрической энергии в механическую. Такая совокупность элементов благодаря наличию соответствующих связей, реализованных с учетом определенных закономерностей, обеспечивает присущие рассматриваемой системе электромагнитные, механические, тепловые характеристики. Важно, что ни один из элементов электродвигателя в отдельности не обладает этими характеристиками.
При анализе электродвигателя можно выделить и функциональные подсистемы, например электромагнитную, механическую, тепловую. Первые две подсистемы в данном случае следует рассматривать как основные, поскольку именно с их помощью реализуется целевая функция электродвигателя, состоящая в преобразовании электрической энергии в механическую. Но при детальном анализе необходимо учитывать взаимное влияние всех подсистем электродвигателя, поскольку, например, сопротивления обмоток, мощность потерь, развиваемый момент, надежность работы электродвигателя существенно зависят от температуры. В свою очередь, температура элементов системы зависит от мощности потерь в электромагнитной и механической подсистемах, поэтому и приходится учитывать реальные взаимосвязи подсистем различной физической природы, входящих в состав рассматриваемой ЭМС.
Взаимоотношение элементов в системе реализуется с помощью соответствующих внутренних связей. Устойчивый порядок внутренних пространственно-временных связей между элементами, определяющий функциональное назначение системы и ее взаимодействие с внешней средой, называют структурой системы.
Изучение систем предполагает наличие
их описания, т. е. модели, отражающей свойства
системы и позволяющей предсказать ее
поведение в определенных условиях. Описание
систем целесообразно представлять с
трех позиций: функциональной, морфо
Функциональное представление связано с пониманием системы как совокупности функций (действий) для достижения определенной цели.
При функциональном описании декомпозиция системы, т. е. ее разделение на подсистемы, осуществляется по функциональным признакам в соответствии с распределяемыми функциями системы. Таким образом, функциональное описание системы получается иерархичным, поскольку функции подсистем оказываются подчиненными функциональному назначению системы в целом.
Например, при функциональном описании электродвигателя, функциональным назначением которого является преобразование электрической энергии в механическую, целесообразно выделить такие функциональные подсистемы, как электромагнитную, механическую, тепловую, информационную и установить связи между ними, а также связи системы с окружающей средой.
Функциональное описание начинается с верхнего уровня иерархии, т. е. с анализа функционального назначения системы в целом и ее внешних взаимодействий. Затем функции можно детализировать и выявлять соответствующие им подсистемы.
Параметры своими значениями характеризуют свойства или процессы функционирования системы. Внешние параметры — это параметры, посредством которых система взаимодействует с внешней средой. Внутренние параметры присущи подсистемам и элементам. Выходные параметры характеризуют правильность и эффективность функционирования системы или подсистемы. На каждом иерархическом уровне описания выходные параметры характеризуют свойства системы, а внутренние — свойства подсистем (элементов). При пере ходе к новому уровню описания системы внутренние параметры могут стать выходными и наоборот. Например, сопротивление обмотки якоря электрической машины — это внутренний параметр при описании системы электропривода, но этот же параметр может рассматриваться как внешний, при описании электрической машины как функционального элемента электропривода.
Среди выходных параметров выделяют показатели эффективности (качества), представляющие собой количественные оценки степени соответствия системы ее целевому назначению. Показателями эффективности технических систем могут быть надежность, производительность (быстродействие), масса, объем, КПД, статическая и динамическая точность, стоимость, технологичность и т. п. Степень важности показателей эффективности определяется функциональным назначением системы, конкретными условиями ее производства и эксплуатации. В дальнейшем этим показателям будет уделено особое внимание.
Морфологическое описание также иерархично и дает представление о строении (структуре) системы, составе ее элементов и связях между этими элементами. Уровень детализации описания выбирается таким, чтобы создать представление о необходимых свойствах системы.
Изучение морфологии начинается с определения состава элементов системы. При этом в составе системы различают энергетические и информационные элементы в соответствии с выполняемыми основными функциями.
Энергетические элементы, как явствует из их названия, предназначены для преобразования энергии в вид и форму, в которых она может быть использована другими элементами. Соответственно информационные элементы служат для приема, запоминания, преобразования и передачи информации. При этом расход энергии на реализацию перечисленных функций незначителен и не оказывает ощутимого влияния на общий баланс энергии в системе.
Процесс преобразования энергии нуждается в информации, которая может быть сосредоточена в энергетических элементах, не требуя обновления, но может и обновляться, пополняться или изменяться за счет поступления информационных сигналов от других элементов системы или из окружающей среды.
Например, в вентильном электродвигателе преобразование электрической энергии в механическую и тепловую осуществляется в электрической машине. Информация, необходимая для реализации этого процесса, сосредоточена в самой электрической машине, т. е. в энергетическом элементе. В вентильном (полупроводниковом) преобразователе этого двигателя также происходит преобразование электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока, протекающего в обмотках якоря электрической машины, и в тепловую энергию. Этот процесс осуществляется на основе как внутренней информации, обусловленной структурой вентильного преобразователя, так и информации, поступающей от других элементов: датчика положения ротора электрической машины, датчика тока, информационно-управляющей системы и внешних устройств управления.
Морфологические свойства системы определяются прежде всего характером связей между элементами. Можно выделить энергетические и информационные связи между элементами, а эти связи подразделить на прямые, обратные и нейтральные.
Прямые связи предназначены для передачи энергии или информации от одного элемента системы другому в соответствии с последовательностью выполняемых функций. При этом качество связи определяется ее пропускной способностью, искажениями информации и потерь энергии, надежностью.
Обратные связи — это некоторое преобразование сигнала, поступающего от предыдущих элементов, и передача результата преобразования обратно, т. е. в направлении, противоположном функциональной последовательности, одному из предыдущих элементов системы.
Обратные связи могут быть как положительными, усиливающими управляемый процесс, так и отрицательными, ослабляющими его. Принято различать гладкие — действующие во всем диапазоне изменения сигнала, и пороговые — включаемые при выходе управляемого процесса за допустимые пределы, обратные связи.
Например, в широтно-импульсном регуляторе релейного типа положительная обратная связь действует только тогда, когда регулируемый процесс выходит за верхнюю или нижнюю границу, и способствует возникновению регенеративного процесса, в результате которого выходной параметр информационного элемента изменяется от одного крайнего значения до противоположного.
Двусторонние обратные связи симметричны направлению изменения управляемого процесса, т. е. реагируют как на усиление, так и на ослабление сигналов. Обратные связи, реагирующие только на усиление или на ослабление сигналов, называют односторонними. Различные комбинации как положительных, так и отрицательных односторонних обратных связей применяются в тех случаях, когда необходима несимметричная реакция элемента на входное воздействие.
По времени реакции обратные связи делятся
на мгновенные, запаздывающие и
Совокупность рассмотренных обратных связей широко используется в технических системах для стимулирования одних процессов и подавления других. Большой интерес представляет поиск эффективных сочетаний различных обратных связей для обеспечения заданного качества функционирования различных технических систем.
Нейтральные связи не являются функционально необходимыми в работе систем. Они непредсказуемы или случайны и нередко приводят к нежелательным последствиям. Например, при нерациональной организации коммутационных процессов в энергетических элементах системы могут возникать высокочастотные сигналы, которые при отсутствии специальных средств защиты информационных элементов и связей образуют нейтральные связи, нарушающие процесс обработки информации.
Информационное описание должно давать представление об организации работы системы. При этом под информацией понимается содержание воздействий, их параметры и значения, изменения в пространстве и во времени, взятые в отрыве от энергетических свойств носителя информации.
Процессы функционирования системы тесно связаны с процессами передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации.
Совокупность функционального, морфологического и информационного описаний позволяет отразить принципы подхода к изучению систем. Степень возможной детализации описания системы в значительной степени определяется задачами, решаемыми на конкретных этапам ее жизненного цикла.
Информация о работе Введение в теорию электромеханических систем