На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Спрямований синтез та нновацйний аналз нових структурних рзновидв синхронних електричних машин

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 13.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Міністерство освіти і науки України
Національний технічний університет України
 «Київський  політехнічний інститут» 

       Кафедра електромеханіки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Курсова робота інноваційного спрямування
       з дисципліни «Спеціальні електричні машини»
       на  тему:
    «Спрямований синтез та інноваційний аналіз нових структурних різновидів синхронних електричних машин» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Перевірив:        Виконав:
проф. Шинкаренко В.Ф.      студент гр.ЕМ-61           IV курсу, ФЕА

                      Іванов Антон

 
 
 
 
 
 
Київ – 2009
 

Реферат 

     В цій курсовій роботі з дисципліни «Спеціальні електричні машини» здійснено патентний пошук, спрямований синтез і візуалізацію споріднених і гомологічних структур синхронних електричних машин. На основі вибраної електричної машини було проведено: опис конструкції та принцип дії; ідентифіковано її генетичний код; визначено видову приналежність, області існування та системний аналіз породжувальних структур досліджуваного класу ЕМ; було синтезовано генетично споріднені структури ЕМ; побудовано дерево мікроеволюції обраного виду електричниї машин, а також був створений генетичний банк даних синтезованих структур.
 

     Зміст 

Вступ….………………………………………………………………………..4 

1. Результати патентного пошуку і аналіз первинної інформації
    1.1 Результати патентно-інформаційного пошуку ……………….....5 
    1.2 Структура та зміст інформаційної бази даннях …………………5
    1.3 Визначення структурного прототипу, опис принципу
    його роботи, особливості його конструкції………………………….5
2. Побудова моделі мікроеволюції …………………………………………7
3. Визначення області  існування та аналіз породжувальних структур
   класу дискових електричних машин
     3.1 Короткі теоретичні відомості  про генетичний
           класифікацію і її властивості………………………………………9
     3.2 Ідентифікація генетичного коду обраного прототипу…………..11
     3.3 Область існування породжувальних структур классу
            багатороторних електричних машин. Функції цілі і
           обмеження на область пошуку……………………………………11
     3.4 Аналіз області існування………………………………………….12 

4. Спрямований синтез і аналіз нових структур синхронних
машин з дисковим ротором ..……………………………………………12 

5. Спрямована генерація  і візуалізація  нових структурних 
   різновидів ЕМ
      5.1 Створення структур на основі методів генетичного синтезу .…19
     5.2 Генетичний синтез і аналіз  синтезованих структурних
          різновидів дискових електричних машин виду ТП 0.2у………..20 

6. Рангова структура основних систематичних одиниць
   класу синхронних електричних машин………………………………23 

7. Побудова генетичного  банку даних систематизованих  структур…..23 

Висновоки по роботі………………………………………………………...25 
Список використаної літератури…………………………………………...26 
Додатки   
 
 
 
 
 
 
 
 

Вступ 

     На  сьогодні галузь електромеханіки досить поширена в світі. В цілому будуються або модернізуються багато фірм і підприємств, що застосовують свої методи виробництва. Найголовніші питання, які ставлять перед керівниками і замовниками є перспективність, економічність і екологічність галузі. А також винаходження нових структур, які б задовольняли новим потребам суспільства. Тому такі способи вирішення проблеми не завжди дозволяють обрати найбільш оптимальний шлях і побачити найкращий варіант. Тому для вирішення цих проблем найбільш досконалим підходом є спрямований синтез нових структур з використанням генетичної класифікації.
     Вона  дозволяє розглядати особливості кожної структури як в межах одного класу систем природного походження, так і в межах інших видів і класів. Тому для цього потрібно знати загальносистемні принципи  і закони електромеханічних систем (ЕМС) за допомогою яких можна створювати нові структури, переносячи всі найкращі особливості старих машин на нові види і класи електромеханічних структур.
       Такий метод потребує узагальнення накопичених знань, і застосування їх до кожного виду ЕМ окремо, для подальшого направленого пошуку, генетичного синтезу моделювати нові моделі які за рядом параметрів будуть розбігатися з вихідною моделлю, і матимуть характеристики, необхідні новим вимогам і потребам. Також це дозволить зменшити час і кошти для розробки принципово нових ЕМ.
       Метою даної роботи є засвоєння практичних навичок постановки та розвязання інноваційних задач структурного синтезу та системного аналізу обєктів електромеханіки.
 

     1. Результати патентного пошуку і аналіз первинної інформації 

      1.1 Результати патентно-інформаційного пошуку 

       Першим  з завдань даної роботи було знайти необхідну кількість патентів і взявши однин з них за основний виконати всі поставлені задачі.
       Інформація  для даної теми була знайдена в описах до патентів в Державній науково-технічній бібліотеці України в Патентному відділі а також в бібліотеці НТУУ «КПІ».
       В процесі роботи був здійснений інформаційний пошук вітчизняних патентів а також патентів з території СНГ за роки з 1988 р. по 2005р. Це було подано в табличному вигляді в інформаційій базі даних (додаток 1). Але ця таблиця відображає лише деяку кількість патентів синхронних електричних машин, що були запатентовані у вказаний проміжок часу.  

     1.2 Структура та зміст  інформаційної бази  даннях  

     В інформаційній базі даних (додаток 1) наведена інформація, яка буде використовуватись у подальшому. Інформаційна база містить наступні дані:
    Номер за порядком.
    Рік винаходу патенту.
    Номер свідоцтва про винахід
    Назва винайденого патенту.
    Завдання, або напрями вдосконалення які автор поставив перед собою і досяг у даному винаході.
    Короткий опис до патенту на винахід.
    Зменшений рисунок.
    Генетичний код (запис генетичної інформації, який взято з генетичної класифікації (ГК)).
    Генетичний оператор.
 
 
   1.3 Визначення структурного прототипу, опис принципу його роботи, особливості його конструкції 

       У результаті патентного пошуку, як структурний прототипу був обраний синхронний електромагнітний двигун з розподіленою обмоткою (№4 в додатку 1), так як домінуючою є кількість патентів з тороїдально-плоскими поверхнями. Номер патенту: UА 79441; назва «Електрична машина». 

     Принцип дії: поверхні магнітних полюсів ротора і статора перпендику-лярні до валу двигуна. Система збудження виконана на постійних магнітах. Магнітні полюси ротора виконані з постійних магнітів і розташовані на одному колі відносно осі обертання в площині, перпендикулярній до валу. Поверхні роторних полюсів також перпендикулярні полюсам системи збудження, останні виконані з моно матеріалу з високою магнітною проникністю і малою коерцитивною силою. Полюси системи збудження з’єднані разом і закріплені на валу двигуна за допомогою немагнітних елементів.
     Пропускаючи струм по розподіленим обмоткам статорів наприклад лівого (див. рисунок 1), які лежать в тороїдальному магнітопроводі створюємо осьовий робочий магнітний потік, який проходить через торцевий робочий проміжок і через постійний магніт диска ротора. Проходячи вздовж нього зі сторони протилежної полярності через другий робочий повітряний проміжок ротора попадає на магнітопровід правого диска статора і замикається по магнітопроводу. Це призводить до того, що ротор даного двигуна обертається без таких комутуючих елементів, як щітки і  кільця, що дозволяє використовувати такий двигун в вибухонебезпечних зонах (наприклад в шахтах). 

     Особливості будови: синхронний магнітоелектричний двигун;
                         обертовий;
                         явновиражені магнітні полюси;
                         дві активні поверхні з розподіленими обмотками. 

     Галузі  практичного застосування: в патенті вказано, що такий двигун може застосовуватися в автоматичних системах управління і на вибухонебез-печних  виробництвах. 


Рисунок 1 – Синхронна машина з розподіленою обмоткою 

де  1 – статор;
      2 – ротор;
      3 – розподілена обмотка статора;
      4 – постійний магніт ротора. 
 
 

    2. Побудова моделі мікроеволюції тороїдально-плоских
        електричних машин 

    Поняття мікроеволюції - це напрям структурної еволюції ЕМ систем, що відбувається в межах конкретного виду електричних машин. Мікроеволюція збирає в собі процеси генетичного формування популяцій та їх вдосконален-ня. В основі моделей мікроеволюції лежать інформаційні процеси. Роль вихідної інформації для побудови таких моделей виконують результати патентно-інформаційних досліджень.
    Моделювання мікроеволюційних процесів складається  з двох характерних етапів. На першому  визначається безліч породжвальних структур, які визначають генофонд виду. З огляду на генетичну будову виду, розвиток його популяційної структури можна вважати результатом спрямованого відбору в межах можливого хромосомного набору, який визначається комбінаційними варіантами електромагнітних хромосом і генетичними мутаціями.
     Моделі  мікроеволюції відображають реальні процеси внутрішньовидових генотипних змін та напрямки удосконалення структурної організації ЕМПЕ на рівні окремих підвидів і популяцій. Вони дозволяють здійснювати аналіз ефективності інновацій та підставу побудови алгоритмів генетичного синтезу електромеханічних об'єктів з поліпшеними показниками якості.
     Для побудови моделі мікроеволюції виконаємо наступні кроки:
    Проведемо пошук вихідної інформації з патентої бази данних;
    Візьмемо за домінуючий вид електричні машини з тороїдально-плоскою конструкцією і цільові функції що були покладені в основу винаходу;
    Побудуємо еволюційне дерево вздовж осі часу.
 

Рисунок 2 – Модель мікроеволюції електричних машин тороїдально-плоского виду 

     На  рисунку 2 показано генетичне дерево мікроеволюції класу електродвигунів з дисковим ротором. Патентний пошук був проведений на 17 років (1988-2005). Для побудови діаграми по вісі абсцис зазначимо декілька умов (цілей), які б вказували на мету покращення патенту:
     F-підвищення енергетичних показників, а саме ККД (4,6)
     F-розширення експлуатаційних можливостей (2,7,9)
     F-спрощення конструкції (5).
     З генетичного дерева видно, що найбільш прогресивним напрямком удосконалення  електродвигунів з тороїдально-плоскою поверхнею первин-ного джерела поля є підвищення ККД, а потім розширення експлуатаційних можливостей і спрощення конструкції в однаковому відношенні. 

     3. Визначення області  існування та аналіз  породжувальних структур класу синхронних електричних машин 

     3.1 Короткі теоретичні відомості про генетичний класифікацію і її властивості 

     Виникають певні завдання при проведенні системних досліджень нових типів електричних машин, при необхідності побудови інформаційних та навчальних баз даних та баз знань, а також при пошуковому проектуванні нетрадиційних типів ЕМ-об'єктів. Нові типи ЕМ класифікуються так, що б задовольняти ряду вимог, що визначаються фундаментальними принципами електромеханічним перетворенням енергії та принципами побудови класифікацій складних технічних об'єктів.
     З точки зору використання базової  класифікації для здійснення спрямованого синтезу структур ЕМ-об'єктів, і структуру  необхідно подати у вигляді двовимірної  області, утвореної ортогональними осями базових класифікаційних  ознак, значення яких однозначно визначають координати базових властивостей багатьох об'єктів, які класифікуються. З урахуванням цільового призначення такої класифікації можливості використання апарату безпосереднього геометричного моделювання, основною формою подання та обробки інформації може бути графічна інформація. Це дає можливість безпосередньо використовувати графічні образи базових об'єктів в якості вихідних примітивів для здійснення процедур спрямованої генерації множин потенційно можливих структур об'єктів у межах координатного простору базових ознак.
     Для кожного виду машин генетична  інформація включає в себе перелік  базових елементів машин, які  характерні тільки для даного виду і є відмінною ознакою цього  виду.
     Цільовою  функцією пошуку буде область існування породжують структур класу ЕМ.
     Область існування знаходиться за допомогою  генетичної класифікації первинних  джерел електромагнітного поля.
     Генетична класифікація первинних джерел електромагнітного  поля – це системна модель для пізнання принципів структурної організації і розвитку ЕМ систем. Вона упорядковує первинні (породжувальні) елементи, які наділені генетичною інформацією, яка зберігається, або перетворюється відповідно до певних законів спадковості при синтезі систем більш високого рівня складності.
     Під первинним джерелом поля будемо розуміти просторову струмонесучу поверхню, на якій задано вид і закон розподілу поля (стаціонарний, хвильовий, пульсуючий та ін.). 

Ця генетична  класифікація структурно визначається двома поняттями.
    Перше – просторова геометрія первинних джерел поля.
 Існують такі види просторової геометрії:
         ЦЛ  – циліндричний;   КН - конічний;
         ПЛ - плоский;   ТП – тороїдальний плоский;
         СФ  – сферичний;   ТЦ – тороїдальний циліндричний
    Друге поняття– електромагнітна симетрія джерела поля. Вона характеризує властивість електромагнітної хвилі поля зберігати свою періодичність за напрямком її розповсюдження, або за ортогональним напрямком.
0.0 – джерело  поля симетричне за x та y напрямками; 
0.2 – джерело поля симетричне за напрямком розповсюдження хвилі і асиметричне за ортогональним напрямком (х – асиметрія; у – симетрія);

2.0 – клас  джерел поля асиметричних за  напрямком розповсюдження хвилі  і симетричні за ортогональним  напрямком (х – симетрія; у  – асиметрія);
2.2 – асиметричні  за x та y напрямками.

     Перша цифра означає симетрію (0), або  асиметрію (2) джерел поля за напрямком  розповсюдження хвилі поля. Друга  цифра – показує симетрію, або  асиметрію за ортогональним напрямком  відносно напрямку розповсюдження хвилі  поля.
     Однак на підставі закону гомологічних рядів електромеханічних систем паралельні ряди генетично споріднених структур з такою точністю дозволяють визначити вид споріднених об'єктів, що знаючи властивості і ознаки структури одного виду, можна визначити родинні структури інших видів цього ряду, утворюючи тільки ті структури, які синтезовані на первинних джерелах поля, що належать до одного ряду генетичної класифікації. 
 

     3.2 Ідентифікація генетичного коду двостаторної синхронної машини з розподіленою обмоткою 

     Для ідентифікації генетичного коду обраного прототипу необхідно розглянути просторову геометричну форму первинного джерела поля (ПДП), під яким будемо розуміти просторову струмонесучу поверхню, на якій задано вид і закон розподілу поля.
       Візьмемо за ПДП геометричне  розтшування обмотки електричної машини. Вона має тороїдально – плоску форму з хвильовим законом розподілу поля (скорочено ТП). Так як в машині присутні дві незалежні обмотки, то перед літерним кодом можна поставити цифру 2 (2ТП). За напрямком розповсюдження цього поля машина має електромагнітну симетрію джерела поля (0) а за ортогональним напрямком асиметрію (2). Так як ця машина є обертовою то маємо літеру (у).
    Отже  тепер можна сказати, що генетичний код цієї машини буде виглядати так: 2 ТП 0.2 у. 

    3.3 Область існування породжувальних структур двостаторних синхронних електричних машин. Функції цілі і обмеження на область пошуку 

     Область існування – це упорядкована сукупність породжувальних структур, яку визначають видовий склад класу електромеханічної  системи в пошуковому просторі системної моделі.
     Визначення  області існування здійснюється на основі періодичної структури  генетичної класифікації. Теоретичною  основою, яка забезпечує відповідність  інформації на рівні джерел поля і  реальних функціональних класів є принцип збереження генетичної інформації. Він пояснює, що довільна структура в процесі еволюції зберігає свою інваріантну частину, яка визначається генетичною інформацією відповідної електромагнітної хромосоми.
     Цей принцип дозволяє здійснювати спрямований  синтез нових різновидів генетично модифікованих електричних машин; здійснювати моделювання внутрішньої структури довільного виду електричних машин; здійснювати постановку і розв’язання задач по визначенню геному (виду) і його розшифровці.
     Суть  принципу засновано в послідовному перенесенні суттєвих ознак, які визначають цільові функції структури та перевірки суміщеного генетичної структури із заданими ознаками. До таких ознак можна віднести: просторовий вид обмоток, характер рухомої частини, просторову форму активної поверхні, і т.п.
     Для обраного прототипу виділимо такі цільові функції:
         1. В основу першої функції покладемо наявність обертального
             руху;
         2. Дві активні поверхні на статорі (наприклад зліва і справа) з
                  розподіленими обмотками;
         3. Ротором з явновираженими магнітними полюсами.
     При пошуку повинні бути прийняті до уваги  ще деякі обмеження:
               1. Пошук здійснюється лише в межах першого великого періоду;
         2. Дві активні поверхні на статорі  з розподіленими обмотками
               3. Ротором з явновираженими магнітними полюсами.  

     На прикладі покажемо, що маючи тороїдально плоску первинну поверхню синхронної машини-прототипа з розподіленою обмоткою ми можемо отримати машини різних форм з такими генетично-спорідненими ознаками, як та сама розподілена обмотка і обертальний рух (рисунок 3). 

 

     Рисунок 3 – перетворення форм ПДП за допомогою  метода перенесення 

     Таким чином за обраними ознаками і роду руху отримана область існування, яка показана в таблиці 1. 

    Таблиця 1
0.0            
0.2 2ЦЛ 0.2 y 2КН 0.2 y   2ТП 0.2 y 2СФ 0.2 y 2ТЦ 0.2 y
2.0            
2.2 2ЦЛ 2.2 y 2КН 2.2 y   2ТП 2.2 y 2СФ 2.2 y 2ТЦ 2.2 y
  ЦЛ КН ПЛ ТП СФ ТЦ
 
 
     3.4 Аналіз області існування 

     В таблиці 1 показана область існування  досліджуваного класу де кожен з  об’єктів цього класу був отриманий за допомогою принципу збереження генетичної інформації, в основі якої закладена визначена раніше цільова функція. Тобто ми можемо сказати, що в даному випадку маємо дві області існування окремих рядів:
     Q1 (2ЦЛ 0.2у, 2КН 0.2у, 2ТП 0.2у, 2СФ 0.2у, 2ТЦ 0.2у);
     Q2 (2ЦЛ 2.2у, 2КН 2.2у, 2ТП 2.2у, 2СФ 2.2у, 2ТЦ 2.2у).
     Жирним  шрифтом позначений код машини-прототипу, на основі якої і була сформульована  цільова функція пошуку (2ТП 0.2 y). Вся область існування налічує дев’ять нових об’єктів.
     В групах 0.0 і 2.0 об’єктів цього класу існувати не може через те, що в групі 0.0 обмотки повинні бути кільцеві (кінцеві ефекти відсутні), а в групі 2.0 – існують об’єкти тільки з поступальним рухом, так само як і не можуть існувати досліджувані машини у вигляді плоских машин. 

      4. Спрямований синтез і аналіз нових структур синхронної машини з дисковим ротором 

     Користуючись  законом гомологічних рядів електромеханічних  систем синтезуємо генетично споріднені об’єкти класу двостаторних електричних синхронних машин з розподіленою обмоткою, що були визначені в області існування завдяки методу просторових деформацій щодо структури-прототипу.
      За  допомогою спрямованого синтезу з одної машини можна отримати декілька нових, застосовуючи при цьому обраний метод.
     Наведемо  приклад, коли маючи, наприклад, одну структуру з циліндричним ПДП за допомогою метода деформації можна отримати іншу генетично-споріднену з конічним ПДП. Тобто рівномірно стиснувши (деформувавши) праву частину циліндричного ПДП по всій поверхні, отримємо конічний ПДП (рисунок 4).

    Циліндричний  ПДП   Конічний ПДП 

   Рисунок 4 – приклад перетворення форми ПДП за методом деформації 

      Таким чином  за допомогою метода деформації синтезуємо всі необхідні структури. 

      За  допомогою просторових деформацій синхронної машини-прототипу тороїдального-плоского типу отримаємо синхронну циліндричну (див. рисунок 5). Вона може застосовуватися для різноманітних цілей, так як має вид стандартної циліндричної машини. Але вона має складну форму щодо вкладення обмотки в статор.

Рисунок 5 – синтезована структура синхронної машини з циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами.
Представник виду 2ЦЛ 0.2у 
 
 

На рисунку 5 позначені наступні елементи:
1 – обмотка  внутрішнього і зовнішнього статорів;
2 – статор;
3 – ротор  з явно вираженими полюсами. 

     Результатом синтезу синхронної машини-прототипу тороїдального-плоского типу в конічну є рисунок 6. Різниця з попередньою машиною полягає в тому, що кут між віссю обертання ротора і одним з кінців магнітопроводу статора був збільшений. Така машина має менш розповсюджену конструкцію за попередню, однак має досить розширену плоску поверхню з протилежного кінця валу, яка може застосовуватися для закріплення машини.
 

Рисунок 6 – синтезована структура синхронної машини з циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами.
 Представник  виду 2КН 0.2у 

На рисунку 6 позначені наступні елементи:
1 – обмотка  внутрішнього і зовнішнього статорів;
2 – статор;
3 – ротор  з явно вираженими полюсами. 

     На  рисунку 7 зображено візуалізовану структуру синтезу прототипу тороїдального плоского виду в сферичний. Тут структура вже має опуклу шароподібну форму в порівнянні з попередніми плоскими. Має конструкцію мало розповсюдженої форми.

Рисунок 7 – синтезована структура синхронної машини з сферичним
ротором з явновновираженими магнітними полюсами.
 Представник  виду 2СФ 0.2у 

На рисунку 7 позначені наступні елементи:
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.