Оптимизации конструкции

За последние годы ЭВМ применяют практически во всех областях народного хозяйства. Поэтому в планы подготовки студентов вузов по большинству инженерных специальностей включена дисциплина «Программирование и применение ЭВМ». Применительно к электрическим машинам эта дисциплина изложена в [19]. Изучение вопросов применения ЭВМ предшествует дисциплине «Проектирование электрических машин». Поэтому в настоящей главе учебника не рассматриваются подробно следующие вопрвсы, приведенные в [19]: применение метода планирования эксперимента к оптимизации электрических машин; проектирование электрических машин методом геометрического программирования; математическое обеспечение систем автоматизированного проектирования электрических машин; техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования.

Существует много методов оптимизации электрических машин. В основе каждого метода лежат те или иные математические модели, связывающие входные и выходные показатели электрических машин. В основе большинства методов лежат уравнения проектирования, полученные как аналитическим, так и опытным путем. В некоторых методах используются уравнения, полученные из схемы замещения. В последнее время делаются попытки использовать

Для решения задач оптимизации электрических машин разработано множество численных методов, которые подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые.

В первых работах по оптимизации электрических машин в качестве метода оптимизации использовался последовательный об-ход узлов пространственной сетки. Для этого допустимая область изменения по каждой из переменных разбивалась на т число шагов и при обходе образующей сетки отыскивался оптимальный вариант. При всей своей простоте метод, однако, становится весьма громоздким при увеличении числа переменных и уменьшении шага приращения.

Наиболее характерные случаи оптимизации электрических машин, когда область поиска резко сокращена. Зоны, в которых целевая функция удовлетворяет наложенным ограничениям, малы и получать их для организации шаговых процедур без построения сечений трудно. Для решения оптимизационных задач подобного класса трудно выбрать исходную точку для начала направленного поиска, так как асинхронная машина является исследуемым объектом, достаточно изученным как с теоретической, так и с практической точки зрения. Серийные машины при имеющихся ограничениях достаточно близки к оптимальным, поэтому возможности улучшения их характеристик невелики и поэтому зона допустимого поиска решения мала.

Существует много методов оптимизации электрических машин. В основе каждого метода лежат те или иные математические модели, связывающие входные и выходные показатели электрических машин. В основе большинства методов лежат уравнения проектирования, полученные как аналитическим, так и опытным путем. В некоторых методах используются уравнения, полученные из схемы замещения. В последнее время делаются попытки использовать дифференциальные уравнения в качестве математической модели при проектировании ЭП.

Для решения задач оптимизации электрических машин разработано множество численных методов, которые подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые.

В первых работах по оптимизации электрических машин в качестве метода оптимизации использовался последовательный обход узлов пространственной сетки. Для этого допустимая область изменения по каждой из переменных разбивалась на m число шагов и при обходе образующей сетки отыскивался оптимальный вариант. При всей своей простоте метод, однако, становится весьма громоздким при увеличении числа переменных и уменьшении шага приращения.

Фундаментальные определения активной и реактивной мощностей в динамических режимах, позволяющие определять мгновенные и средние значения потерь, дают возможность более просто подойти к оптимизации электрических машин в переходных режимах. Минимум суммы потерь является наиболее подходящим обобщающим критерием оптимизации, который позволяет наилучшим образом связать оптимизацию мяшин в установившихся и переходных процессах.

Наиболее характерны случаи оптимизации электрических машин, когда область поиска резко сокращена. Зоны, в которых целевая функция удовлетворяет наложенньш ограничениям, малы и получать их для организации шаговых процедур без построения сечений трудно. Для решения оптимизационных задач подобного класса трудно выбрать исходную

При оптимизации электрических машин важное значение имеет выбор критерия оптимизации.

пластинам 1, которые имеют хороший тепловой контакт с охлаждаемыми ИС. Охлаждение спиралей осуществляется потоком воздуха. Необходимость разработки экспериментальной модели обусловлена сложностью получения теоретической модели, достаточно точной для оптимизации конструкции теплоотвода, в связи с трудностями, возникающими при описании тепловых процессов с учетом аэродинамических параметров системы воздушного теплоотвода.

Взаимосвязь между теорией и практикой в проектной части процесса конструирования оказывается сложной. Их связывает интуиция конструктора. Теория не создает алгоритма, по которому можно однозначно действовать при оптимизации конструкции (кроме простейших конструкций). Теория в конструировании РЭА создает систему взглядов на условия обеспечения каждого требования с учетом взаимных воздействий и помех. Учет основан на научно обоснованных компромиссах для известных конструктору предшествующих частных случаев. На базе этой системы взглядов при опытном и тренированном мышлении возникают интуитивные решения. Каждый раз их подвергают научному анализу и расчету, с тем чтобы вновь сформулировать задачу дальнейшего шага по пути совершенствования предмета разработки.

Для отработки подшипников на отдельном стенде необходимо знать усилия на опорах, которые будут иметь место в реальных условиях работы ГЦН. При этом не только проверяют способ-кость его нормально работать при заданных нагрузках и скоростях, но и определяют максимально допустимую нагрузку на подшипник (т. е. коэффициент запаса по отношению к действующей нагрузке), чего при испытании непосредственно в ГЦН сделать, как правило, невозможно. На отдельном стенде удобно проводить работы по оптимизации конструкции подшипника, добиваясь получения максимального значения допустимой нагрузки в заданных габаритах.

Следует отметить, что цикл технологической доводки конструкции ГЦН при серийном изготовлении может быть растянут во времени, что, естественно, невыгодно. Его можно значительно сократить при более тщательной технологической оптимизации конструкции в процессе проектирования. Например, блочная замена узла уплотнения во всех насосах на определенном этапе безусловно была прогрессивным решением, так как заметно упрощалась технология замены и ремонта. Однако с точки зрения рационального использования металла это, очевидно, не было оптимальным решением. Было бы разумнее в случае ремонта оставлять прочно-плотный корпус уплотнения на месте, а менять только «начинку», разместив ее в легком сборочном корпусе или связав ступени между собой специальными технологическими подвесками. В этом случае уплотнения, идущие в запас или для ремонта, не нуждаются в металлоемком корпусе, масса которого составляет примерно 80 % массы всей сборки.

Опыт создания ГЦН показывает, что возможности для оптимизации конструкции ГЦН как с точки зрения схемы, так и с точки зрения отдельных узлов и характеристик еще далеко не исчерпаны.

Теоретический анализ a-Si-ТПТ необходим для оптимизации конструкции прибора. Несмотря на то что анализ работы полевых транзисторов с МОП-структурой на основе кристаллического кремния проведен достаточно полно, при рассмотрении a-Si-ТПТ необходимо внести много изменений, обусловленных существованием непрерывного распределения состояний в запрещенной зоне, различием в механизме переноса носителей и малой толщиной слоя a-Si. Плотность состояний в середине запрещенной зоны аморфного гидрогенизированного кремния, полу-

Отмеченные выше исследования были предприняты с целью выяснения возможности создания схем на a-Si-ТПТ в интегральном исполнении. Исследователи пришли в выводу, что для практического использования как статические, так и динамические характеристики пока являются неудовлетворительными. Однако при оптимизации конструкции прибора и использовании высококачественных ТПТ можно достигнуть существенного улучшения параметров.

Теоретический анализ a-Si-ТПТ необходим для оптимизации конструкции прибора. Несмотря на то что анализ работы полевых транзисторов с МОП-структурой на основе кристаллического кремния проведен достаточно полно, при рассмотрении a-Si-ТПТ необходимо внести много изменений, обусловленных существованием непрерывного распределения состояний в запрещенной зоне, различием в механизме переноса носителей и малой толщиной слоя a-Si. Плотность состояний в середине запрещенной зоны аморфного гидрогенизированного кремния, полу-

Отмеченные выше исследования были предприняты с целью выяснения возможности создания схем на a-Si-ТПТ в интегральном исполнении. Исследователи пришли в выводу, что для практического использования как статические, так и динамические характеристики пока являются неудовлетворительными. Однако при оптимизации конструкции прибора и использовании высококачественных ТПТ можно достигнуть существенного улучшения параметров.

дует возможность некоторого (в пределах физических ограничений) произвола в выборе этих параметров. Обычно задают угловое расположение плеч, принимая ф4=300° и фз— 120° для схемы 5.14,а и фз — 300° для схемы 5.14,6, что обеспечивает расположение плеча 2 посередине между плечами / и 3 в первом и плеча 3 посередине между плечами / и 4 во втором случаях. При такой конфигурации сочленения обеспечивается наибольшая свобода в варьировании геометрическими параметрами в случае оптимизации конструкции на ЭВМ, когда решение по первым гармоникам принимается за начальное приближение.

Коэффициент т)г обусловлен трением жидкости о стенки, характером течения жидкости и т. д., т)ш — непроизводительными потерями тепла; оба коэффициента при совершенствовании конструкции стремятся к единице. Коэффициент г]№< при использовании постоянных магнитов равен единице, так как в этом случае QH = О, WH = 0. Таким образом, основным в формуле (XV.2) является коэффициент. 'ПтэМ' в пеРвУю очередь зависящий от свойств материала термоэлементов и условий оптимизации конструкции.