Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Область использования: на ранних стадиях проектирования статических преобразователей. Сущность изобретения: для обеспечения возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, выбирают аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью, габаритными размерами, массой и КПД, относительно аналога в пределах 0,8 1,2 выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя, выбирают коэффициенты соотношения его длины l глубины b и высоты h в зависимости от желаемых его габаритных размеров L, B и H, в соответствии с выражением L B H l b h, определяют объем аналога Va или полную поверхность аналога с естественным охлаждением и удельную массу аналога γa, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по выражениям, которые приведены в формуле изобретения.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2045810
Класс(ы) патента: H02M1/00, H01L25/00
Номер заявки: 5031324/07
Дата подачи заявки: 09.01.1992
Дата публикации: 10.10.1995
Заявитель(и): Пяткин И.В.
Автор(ы): Пяткин И.В.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт силовой электроники
Описание изобретения: Изобретение относится к способам определения габаритных размеров и массы статических преобразователей на ранних стадиях их проектирования.
Существуют различные способы определения габаритных размеров и массы статических преобразователей, например базовый способ [1, 2] При базовом способе проводят деление преобразователя на схемно и конструктивно законченные части, разрабатывают принципиальную схему, выбирают габаритные размеры и массу всех комплектующих изделий принципиальной схемы, проводят компоновку составных частей и в целом всего преобразователя, разрабатывают чертежи несущих конструкций составных частей и затем определяют габаритные размеры и массу составных частей и всего преобразователя.
Но этот способ определения габаритных размеров и массы имеет недостаток в том, что не учитываются при этом тепловая нагрузка составных частей и в целом преобразователя, вследствие чего изделие может не удовлетворить по тепловому режиму.
Наиболее близким способом определения габаритных размеров и массы применительно к изобретению является способ определения количества теплоты [3] выделяемого преобразователем в зависимости от его активной мощности и КПД путем расчета его теплового режима с учетом конструктивного исполнения преобразователя и дальнейшего определения габаритных размеров и массы преобразователя с удовлетворительным тепловым режимом, обеспечивающим допустимую рабочую температуру комплектующих изделий и составных частей.
Этот способ позволяет определить тепловой режим и соответственно габаритные размеры и массу преобразователя, когда разработаны его принципиальная схема и в основном конструкция, что неприемлемо на ранних стадиях проектирования (на стадиях технического предложения или эскизного проекта), когда еще не разработаны принципиальная схема и конструкция преобразователя, но на ранних стадиях известны (задаются в ТЗ) мощность и КПД проектируемого преобразователя, а следовательно можно определить и его активную мощность. В то же время можно выбрать аналог с удовлетворительным тепловым режимом с известными габаритными его размерами, массой, активной мощностью и КПД.
Целью изобретения является обеспечение возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, но известны активная мощность и КПД проектируемого преобразователя, активная мощность, габаритные размеры, масса и КПД аналога.
Для обеспечения возможности определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, необходимо выбрать аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью, габаритными размерами, массой и КПД, относительно аналога в пределах 0,8-1,2 выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя, выбирают коэффициенты соотношения его длины l, глубины b и высоты h в зависимости от желаемых его габаритных размеров L, B и Н в соответствии с выражением
L:B:H=l: b: h определяют объем аналога Va или полную поверхность аналога с естественным охлаждением и удельную массу аналога γо, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям:
Lи=k·l (1)
Bи=k·b (2)
Hи=k·h (3)
LE=k·l (4)
BE=k·b (5)
HE=k·h (6)
Mи=k Lп ˙Вп ˙Нп ˙γа; (7)
МЕ= k LE ˙BE ˙HE ˙γa; (8) где Lии, Ни соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;
LE, BE, HE соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;
МИ и МЕ соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;
k коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога, выбираемый в пределах 0,8-1,2;
l, b и h соответственно коэффициенты соотношения длины L, глубины В, высоты Н проектируемого преобразователя, выбираемые в соответствии с выражением
L:B:H=l:b:h;
Pакт.п и Ракт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;
ηп и ηа соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;
Va объем аналога, мм3;
Sa полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм2;
γа удельная масса аналога, кг/мм3.
Способ состоит в следующем.
Выбирают аналог проектируемому преобразователю с удовлетворительным тепловым режимом с известными активной мощностью Ракт.а габаритными размерами LaxBaxHa (длина х глубина х высота), массой Ма и КПД. Выбирают коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога в пределах 0,8-1,2 и коэффициенты соотношения длины l, глубины b и высоты h проектируемого преобразователя относительно желаемых его габаритных размеров L, B, H в соответствии с выражением
L: B: H=l:b:h Затем определяют объем аналога Va=LaxBaxHa, полную поверхность аналога с естественным охлаждением
Sa=2(La Ba+La Ha+Ba Ha) и удельную массу аналога
γa . Определяют величины Lи, Ви, Ни, Ми и LE, BE, HE, ME по следующим выражениям:
Lи=k·l (1)
Bи=k·b (2)
Hи=k·h (3)
LE=k·l (4)
BE=k·b (5)
HE=k·h (6)
МИ=k ˙Lп ˙Вп ˙Нп ˙ γа; (7)
МЕ=k ˙LE ˙BE ˙HE ˙ γa; (8) где LИ, ВИ и НИ соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;
LE, BE и НЕ соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;
Ми и МЕ соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;
k коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога, выбираемый в пределах 0,8-1,2;
l, b и h соответственно коэффициенты соотношения длины L, глубины В и высоты Н проектируемого преобразователя, выбираемые в соответствии с выражением
L:B:H=l:b:h
Ракт.п и Ракт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;
ηп и ηа соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительные единицы;
Va объем аналога, мм3;
Sa полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм2;
γa удельная масса аналога, кг/мм3.
При пользовании выражениями (1).(8) необходимо учитывать, что выражения (1), (2), (3), (7) и (4), (5), (6), (8) соответственно используют для определения габаритов, массы преобразователей с искусственным и естественным охлаждением, а в выражениях (1)-(6) 0< ηи<1 и 0< ηа<1.
> П р и м е р. Способ реализуем на примере определения габаритных размеров и массы статических преобразователей для нагружающих устройств типа ПТД-315 и ПТД-25 соответственно преобразователей с искусственным и естественным охлаждением, например на стадии технического предложения или эскизного проекта, когда не известны принципиальные схемы и конструкция преобразователей.
Известны для ПТД 315:
охлаждение искусственное воздушное;
активная мощность Ракт.п 130000 Вт;
КПД ηп=0,95,
Известны для ПТД 25:
охлаждение естественное воздушное;
активная мощность Ракт.п 13000 Вт;
КПД ηп=0,95.
Выбирают известные аналоги для проектируемых преобразователей с удовлетворительными тепловыми режимами типа ШАЭ, причем для ПТД-315 аналог-преобразователь с искусственным охлаждением типа ШАЭ 6701-53 с исходными данными:
активная мощность Ракт.а=55000 Вт;
КПД ηа=0,95;
габаритные размеры LaxBaxHa 2600х600x2200, мм;
масса Ма=920 кг;
Для ПТД-25 выбирают аналог-преобразователь с естественным охлаждением типа ШАЭ 6701-23 с исходными данными:
активная мощность Ракт.а=25000 Вт;
КПД ηа=0,95;
габаритные размеры LaxBaxHa 1550x600x2200 мм;
масса Ма=480 кг.
Выбирают коэффициенты сложности проектируемых преобразователей типа ПТД относительно аналогов типа ШАЭ в пределах от 0,8 до 1,2:
для ПТД-315 коэффициент сложности k=0,9;
для ПТД-25 коэффициент сложности k=0,8.
Выбираем коэффициенты соотношения длины l, глубины b и высоты h проектируемых преобразователей относительно желаемых их же габаритных размеров LxBxH:
для ПТД-315 L:B:H=l:b:h=0,4:0,8:1;
для ПТД-25 L:B:H=l:b:h=0,4:0,8:1.
Определяют объем аналогов
для ШАЭ 6701-53:
Va=2600x600x2200=3,4x1010 мм3;
для ШАЭ 6701-23
Va=1550x600x2200=2,0x1010 мм3;
Определяют полную поверхность аналога ШАЭ 6701-53 с естественным охлаждением Sa= 2(La˙Ba+La˙Ha+Ba˙Ha) 2(1550x600+1550x2200+600x2200)= 15,2x106 мм2
Определяют удельную массу аналогов по выражению
γa
Удельная масса для ШАЭ 701-53
γa 38·10-9 кг/мм3
Удельная масса для ШАЭ 701-23
γa 24·10-9 кг/мм3
Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением ПТД-315 по выражениям:
0,9·0,4
k 0,9·0,8
0,9·1
Ми= k˙ Lи ˙Ви ˙Ни ˙ γа= 0,9 ˙1770˙ 880· 2220 ˙38˙ 10-9 ≈ 1120 кг. Определяют габариты и массу проектируемого преобразователя с естественным охлаждением ПТД-25 по выражениям:


h
МE=k ˙LE ˙ВE ˙НE γа=0,8 ˙ 795˙ 795·1800˙ 24˙ 10-9=220 кг.
Габаритные размеры проектируемого преобразователя ПТД-315 будут, мм
LxBxH=1770x880x2200, а масса 1120 кг.
Габаритные размеры проектируемого преобразователя ПТД-25 будут в мм;
LxBxH=795x795x1800, а масса 220 кг.
Изобретение позволяет обеспечить возможность определения габаритных размеров и массы на ранних стадиях проектирования преобразователя, когда не известны принципиальная схема и конструкция преобразователя, что в целом сокращает затраты на проектирование и изготовление макетных образцов.
Формула изобретения: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ И МАССЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, отличающийся тем, что выбирают относительно аналога в пределах 0,8 1,2 коэффициент сложности проектируемого преобразователя и коэффициенты соотношения его длины, глубины и высоты в зависимости от желаемых габаритных размеров, определяют объем, полную поверхность и удельную массу аналога, затем определяют габаритные размеры и массу проектируемого преобразователя по следующим выражениям:






Mи= k·Lп·Bп·Hп·γa;
Me= k·Le·Be·He·γa,
где Lп, Bп и Hп соответственно длина, ширина и высота проектируемого преобразователя с искусственным охлаждением, мм;
Lе, Bе и Hе соответственно длина, глубина и высота проектируемого преобразователя с естественным охлаждением, мм;
Mп и Mе соответственно масса проектируемого преобразователя с искусственным и естественным охлаждением, кг;
r 0,8 1,2 коэффициент сложности проектируемого преобразователя относительно аналога;
l, b, h соответственно коэффициенты соотношения длины, глубины, высоты проектируемого преобразователя, выбираемые в зависимости от его габаритных размеров в соотношении L B H l b h;
Pакт.п и Pакт.а соответственно активная мощность проектируемого преобразователя и аналога, Вт;
ηп и ηa соответственно КПД проектируемого преобразователя и аналога, относительно. ед.
Vа объем аналога, мм3;
Sа полная поверхность аналога с естественным охлаждением, мм2;
γa удельная масса аналога, кг/мм3.