МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
Пояснювальна записка до курсового проекту
за курсом: «Елементна база ЕА»
Тема проекту: «Конденсатор змінної ємності (мінімальна ємність, З min, пФ - 8; максимальна ємність, З max, пФ - 120; робоча напруга, U раб, В - 24; закон зміни ємності - прямоволновой)»
2009
ЗМІСТ
Введення
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Аналіз умов експлуатації
1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Розрахунок конденсатора
3.1 Розрахунок електричних і конструктивних параметрів
3.2 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
3.3 Розрахунок контактної пружини
4. Опис конструкції і технології
Паспорт
Висновки
Список літератури
ВСТУП
Важливою частиною радіоелектронної апаратури (РЕА) і побутової зокрема є електрорадіоелементи (ЕРЕ), які лежать в їх основі. З цієї причини нерозривно пов'язані: якість РЕА та радіокомпонентів. Основним етапом, на якому задаються параметри радіоелементів, є етап проектування. У ході проектування враховується конструктивні і технологічні фактори. Потрібно вибрати правильний варіант конструкції, погодивши мінімальні габаритні розміри і необхідні технічні характеристики.
Завданням даного курсового проектування є розробка конденсатора змінної ємності з заданими параметрами, а також придбання особистого досвіду розробки ЕРЕ. Курсове проектування повинно навчити студента самостійно працювати, а також сприяти його самовихованню, так як творче ставлення до праці - найважливіша якість фахівця будь-якої професії, а розвиток творчих здібностей є об'єктивною потребою, що диктується розвитком науки і техніки.
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Вихідні дані
Робоча напруга, U раб, В 24
Закон зміни ємності прямоволновий
Програма, шт. 2000
1.1 Аналіз умов експлуатації
Даний конденсатор буде експлуатуватися у побутовій радіоприймальної апаратури в широкомовному діапазоні. Виконання приладу соответствовия УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 - 69 - для районів з помірним і холодним кліматом.
Значення кліматичних факторів зовнішнього середовища при експлуатації та випробуваннях УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 - 69.
Виконання виробів - УХЛ; категорія виробів - 4.2.
Загальні норми кліматичних впливів на РЕА для виконання УХЛ наведено в табл. 1.1.
Таблиця 1.1 - Загальні норми кліматичних впливів на РЕА
Відповідно до ГОСТ 16019-78 РЕА повинна витримувати нормативні впливу, наведені в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 - Побутова РЕА. Норми кліматичних і механічних впливів для 1-ї групи
1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів
У ТЗ не обговорені вимоги до габаритів і масі запропонованого до розробки КПЕ. У зв'язку з цим можна застосувати повітря в якості діелектрика, що дозволить сконструювати конденсатор з більш високими якісними показниками у порівнянні з конденсаторами з твердим діелектриком. У наступному розділі будуть розглянуті різноманітні варіанти конструкцій КПЕ і обрані найбільш підходящі для отримання обумовлених в ТЗ характеристик.
Сумарне число пластин конденсатора вибирається з урахуванням того, що сумарна довжина секції повинна бути наближено дорівнює радіусу пластини ротора і сумарна довжина КПЕ не повинна перевищувати задане в ТЗ значення.
Число пластин вибираємо в залежності від максимальної ємності, то згідно ТЗ З max = 160, отже вибираємо N = 11 [1]
2. ПЕРЕГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ВИБІР НАПРЯМКИ ПРОЕКТУВАННЯ
Зміна ємності конденсатора може бути отримано двома принципово різними способами управління - механічним і електричним. Особливості конденсаторів з механічним керуванням полягає в можливості реалізації заданих законів зміни ємності при переміщенні пластин; отримання зміни широкого діапазону зміни ємності і великих величин добротності; забезпечення великих робочих напруг і малих значень температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ); незалежності величини ємності від прикладеної напруги; порівняно великому часі, необхідному для зміни ємності; залежності величини ємності від вологості і зовнішніх механічних впливів, відносної складності конструкції і великих габаритах.
Конденсатор змінної ємності з механічним керуванням представляє собою дві системи плоских пластин: нерухому (статор) і рухому (ротор), розташованих таким чином, що при обертанні ротора його пластини входять в зазори між пластинами статора.
У залежності від кута повороту розрізняють:
- Конденсатори з нормальним кутовим діапазоном, при якому кут повороту дорівнює 180 о;
- Конденсатори з розширеним діапазоном кутовим-кут повороту ротора більше 180 о;
- Конденсатори з зменшеним кутовим діапазоном, наприклад рівним 90 о.
У залежності від величини прикладеної напруги конденсатори змінної ємності розраховують:
- Для електричних ланцюгів з малим напругою (менше 200В);
- Для електричних ланцюгів з підвищеним напругою (більше 200В);
- Для електричних ланцюгів з великою напругою (більше 1000В).
За законом зміни ємності конденсатори підрозділяють на прямоемкостние, прямоволновие, прямочастотние і логарифмічні.
За типом діелектрика конденсатори розрізняють на:
- Конденсатори з повітряним діелектриком;
- Конденсатори, заповнені стисненим газом;
- Вакуумні конденсатори;
- Конденсатори з рідким діелектриком;
- Конденсатори з твердим діелектриком.
За кількістю секцій конденсаторів, одночасно змінюють свою ємність, конденсатори ділять на односекційні і багатосекційні.
Для одночасної настройки кількох контурів застосовуються багатосекційні конденсатори. У залежності від того, які з блоків цього роду застосовані в апаратурі, до схеми з'єднання окремих секцій пред'являють різні вимоги. Наприклад, у тих випадках, коли блок конденсаторів повинен бути простіше і дешевше, використовують схеми, в яких всі ротори гальванічно з'єднані між собою загальною металевої віссю. Однак при цьому між окремими секціями конденсатора виникає електричний зв'язок, яка пояснюється електричну провідність осі, що з'єднує ротори. В інших випадках, коли істотно важливо якомога більше зменшити зв'язок між змінними контурами, застосовують блоки, у яких і статори і ротори ізольовані один від одного, а вісь, яка з'єднує ротори, зроблена з ізоляційного матеріалу.
Конденсатори змінної ємності з механічним керуванням між собою різняться виглядом діелектрика (твердий, рідкий або газоподібний) і способом завдання функціональної залежності зміни ємності від кута повороту (конденсатори з фігурними пластинами ротора або з вирізом в статорних пластинах).
Повітря в порівнянні з твердими і рідкими діелектриками володіє рядом позитивних властивостей: нікчемними втратами, малою провідністю, незалежністю діелектричної проникності від частоти і малої залежністю від температури, вологості та тиску.
До недоліків повітря, як діелектрика слід віднести малі значення діелектричної проникності і пробивної напруги, що впливає на габаритні розміри КПЕ.
Перераховані позитивні властивості повітря як діелектрика дозволяють створити найбільш прості конструкції конденсаторів з високими технічними характеристиками. Виходячи з цього-у проектованому КПЕ в якості діелектрика буде використовуватися повітря.
У конденсаторів зі змінним радіусом вирізу в статорної пластині пластини ротора мають більш жорстку конструкцію, що дає суттєву перевагу тільки для прямоволнового закону зміни ємності. Для прямоволновой залежності таке конструктивне рішення є недоцільним.
3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ І КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК
Величина зазору між пластинами ротора і статора вибирається з урахуванням вимог електричної міцності, точності, температурної стабільності, габаритних розмірів та виробничо-технічних міркувань.
При великому зазорі збільшується електрична міцність, збільшується температурна стабільність, але збільшуються і габаритні розміри КПЕ. Маленький ж зазор дає погані стабільність та електричну міцність при малих габаритних розмірах. У зв'язку з цим з цим вибираємо d = 0,3 мм, вважаючи це значення оптимальним з точки зору ставлення характеристик і габаритних розмірів.
Для запобігання короткого замикання між роторними і статорними пластинами в статорних пластинах робиться виріз. Його радіус визначається з урахуванням зазору d і радіуса осі r осі = d осі / 2 = 4 / 2 = 2 мм за формулою:
r 0 = r осі + (2ч3) d = 2 + (2ч3) · 0,3 = 2.5ч2.75 мм,
Вибираємо максимальне значення r 0 = 2.75 мм, так як при більшому радіусі зменшується значення паразитної ємності.
3.1 Визначення форми і розмірів пластин
Прямоволновая залежність ємності від кута повороту математично описується функцією
С = (aφ + b) 2, (3.1)
де a = (
b = Сmin;
K =
φ - кут повороту ротора.
N - загальне число пластин статора і ротора
Залежність радіусу ротора від кута повороту для отримання необхідної функціональної залежності описується наступним виразом:
R =
де d - зазор між пластинами, см;
k - постійна;
r 0 - радіус вирізу в пластині статора;
φ - кут повороту.
Обчислимо значення коефіцієнтів a і b:
a = (
b = 8;
Розрахунок R зробимо за допомогою пакету прикладних програм Excel. Результати роботи програми (з кроком 10є) наведені в таблиці 3.1.
Довжина секції визначається за формулою:
l 0 = h пл N + d (N-1); (3.3)
де h пл - товщина пластини (вибираємо h пл = 0,6 мм);
N - сумарна кількість пластин в секції;
d - зазор між пластинами ротора і статора, мм.
l 0 = 0,6 · 11 + 0,3 · 9 = 8,7 мм ;
3.2 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
При зміні температури повітря змінюються як фізичні, так і геометричні розміри (s і d) конденсатора, що призводить до зміни ємності. Ємність КПЕ складається з двох складових: постійної (представляє собою мінімальну ємність С min, величина якої не залежить від положення ротора) і змінної З пер, величина якої змінюється при переміщенні ротора. Кожна з цих ємностей має свій певний ТКЕ.
Мінімальна ємність утворюється як сума ємностей через твердий діелектрик і повітря між деталями, що знаходяться під різними потенціалами. У загальному вигляді можна сказати, що
ТКЕ min =
Так як ємність через діелектрик становить значно меншу частину, ніж ємність через повітря, то можна приблизно вважати це значення рівним 20.10 -6 єС (ТКЕ для повітря).
Температурний коефіцієнт змінної частини ємності можна обчислити, використовуючи формулу
ТКЕ? = ТКЕ в + ТКS a, (3.5)
де ТКS a і ТКD - температурні коефіцієнти активної площі пластин і зазору відповідно.
обумовлюється температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу α мп, з якого вони зроблені і відносним переміщенням секцій ротора і статора, викликаними температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу корпусу α мк, тобто
ТКS a = ТКS s ± ТКS l, (3.6)
де ТКS s - температурні коефіцієнти активної площі пластин, зумовлені α мп і α мк відповідно.
Тоді
ТКS s = ΔS / (S · Δt) = 2 α мп · SΔt / (S · Δt) = 2 α мп, (3.7)
а ТКS l буде визначатися при коливаннях температури навколишнього середовища по зміні відстані між ротором і статором. У зв'язку з тим, що пластини і корпус виконані з одного матеріалу, можна допустити, що зміна активної площі пластин досить мало і ТКS l можна знехтувати.
Підставивши значення коефіцієнта лінійного розширення для інвару в (3.9), отримаємо
ТКS s = 2.0, 9.10 -6 = 1,8 · 10 -6 єС -1
Тепер знайдемо ТКS a з виразу (3.8)
ТКS a = 1,8 · 10 -6 + 0 = 1,8 · 10 -6 єС -1,
Для знаходження скористаємося формулою
ТКS d = (α МОL - 2 α МОD) / (l - 2d п), (3.8)
де d = 0,5 (l - 2d п) - величина зазору, мм;
d п - товщина пластини, мм;
l - відстань між пластинами (по середній лінії), мм;
α МОL і α МОD - температурні коефіцієнти лінійного розширення матеріалу осі і пластин відповідно, єС -1.
Підставимо чисельні значення
d = 0,5 (1-2 · 0,3) = 0,2 мм,
ТКS d = (4,5 · -2 · 0,9 · 0,3) / (1-2 · 0,6) = 10.10 -6 єС -1,
Підсумувавши всі складові, спочатку отримаємо значення ТКЕ змінної складової ємності
ТКЕ? = 20.10 -6 + 1,8 · 10 -6 + 10.10 -6 = 31,8 · 10 -6 єС -1,
а потім і загальне ТКЕ
ТКЕ = ТКЕ? + ТКЕ min = 31,8 · 10 -6 + 20.10 -6 = 51,8 · 10 -6 єС -1,
Розроблена конструкція конденсатора задовольняє вимогам ТЗ по стабільності.
Визначимо відповідний контакт зусилля, виходячи з умови забезпечення необхідної активної складової перехідного опору R п за формулою:
де
Товщину контактного елемента розрахуємо за формулою:
де
За сортаментом на використовуваний матеріал отримане значення товщини округлимо до найближчого табличного значення
4. Опис конструкції і технології
Річний випуск проектованого конденсатора дорівнює 2000 штук, отже, використовується серійне виробництво.
За основу конструкції вибираю штампований конденсатор.
Головними частинами розрахованого конденсатора змінної ємності є ротор і статор. Пластини ротора і статора виготовляються штампуванням з листової латуні ГОСТ 931-52 завтовшки 0,6 мм. Пластини ротора до осі ротора кріпляться припоєм ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Корпус виготовлений з прес-порошку К-21-22 ГОСТ 20478-75 методом пресування. Втулки, виготовлені мул латуні ГОСТ 931-52, призначені для вибудовування положення ротора відносно статора. Токос'ем, виготовлений з Бр. КМЦ 3-1 ГОСТ 493-54, клеїмо до корпусу клеєм ВК ОСТ4ГО.029.204.
Штамповані конденсатори зручні для серійного виробництва, хоча по електричних характеристиках вони поступаються попереднім типам. Такий конденсатор може виготовлятися в серійному виробництві, збірку може здійснювати складальник з низьким розрядом.
ПАСПОРТ
Робоча напруга, U раб, В 24
Число секцій 1
Температурний коефіцієнт ємності, єС -1 51,8 · 10 -6
Робочий кут, 180
Діаметр осі, мм 4
Закон зміни ємності КПЕ прямоволновий
Програма, шт. 2000
Виконання по ГОСТ 15150-69 відноситься до першої групи виконання УХЛ, категорія розміщення 4.2
ВИСНОВКИ
У даному курсовому проекті було зроблено розрахунок КПЕ з прямоволновой залежністю, який призначений для використання в стаціонарній апаратурі.
Як матеріал пластин ротора і статора вибираємо нікель, який має коефіцієнт лінійного розширення 13 * 10 -6 С.
Вісь даного КПЕ виготовляємо з кераміки, з коефіцієнтом лінійного розширення рівним 4.5 * 10 -6 С.
Крім цього, при проведенні розрахунків і при проектуванні було визначено температурний коефіцієнт ємності ТКЕ, що дорівнює 52 10 -6 С -1.
Функціональна залежність ємності від кута повороту - прямоволновая.
Були розраховані радіуси пластин ротора.
Кількість випущених конденсаторів передбачається n = 2000 штук на рік.
Виготовляємо пластини ротора і статора, а так само інші деталі КПЕ методом штампування, так як цей метод найбільш зручний для серійного виробництва, хоча по електричних характеристиках він поступається іншим методам.
Перевагою конструкції такого конденсатора є малі розміри і можливість використання типового виробничого обладнання.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Волго В.А. Деталі й вузли РЕА. -М.: Енергія. 1977. -656 С.
2 .- Пристрої функціональної радіоелектроніки та електрорадіоелементи: Конспект лекцій. Частина I / М.Н. Мальков, В.М. Світенко. - Харків: ХІРЕ. 1992. - 140 с.
3. Довідник конструктора РЕА: Загальні принципи конструювання / За редакцією Р.Г. Варламова. - М.: Сов. Радіо. 1980. - 480 с.
4. Фрумкін Г.Д. Розрахунок і конструювання радіоапаратури. - М.: Вища школа. 1986. - 339 с.
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
Пояснювальна записка до курсового проекту
за курсом: «Елементна база ЕА»
Тема проекту: «Конденсатор змінної ємності (мінімальна ємність, З min, пФ - 8; максимальна ємність, З max, пФ - 120; робоча напруга, U раб, В - 24; закон зміни ємності - прямоволновой)»
2009
ЗМІСТ
Введення
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Аналіз умов експлуатації
1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Розрахунок конденсатора
3.1 Розрахунок електричних і конструктивних параметрів
3.2 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
3.3 Розрахунок контактної пружини
4. Опис конструкції і технології
Паспорт
Висновки
Список літератури
ВСТУП
Важливою частиною радіоелектронної апаратури (РЕА) і побутової зокрема є електрорадіоелементи (ЕРЕ), які лежать в їх основі. З цієї причини нерозривно пов'язані: якість РЕА та радіокомпонентів. Основним етапом, на якому задаються параметри радіоелементів, є етап проектування. У ході проектування враховується конструктивні і технологічні фактори. Потрібно вибрати правильний варіант конструкції, погодивши мінімальні габаритні розміри і необхідні технічні характеристики.
Завданням даного курсового проектування є розробка конденсатора змінної ємності з заданими параметрами, а також придбання особистого досвіду розробки ЕРЕ. Курсове проектування повинно навчити студента самостійно працювати, а також сприяти його самовихованню, так як творче ставлення до праці - найважливіша якість фахівця будь-якої професії, а розвиток творчих здібностей є об'єктивною потребою, що диктується розвитком науки і техніки.
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Вихідні дані
Мінімальна ємність, З min, пФ 8
Максимальна ємність, З max, пФ 160Робоча напруга, U раб, В 24
Закон зміни ємності прямоволновий
Програма, шт. 2000
1.1 Аналіз умов експлуатації
Даний конденсатор буде експлуатуватися у побутовій радіоприймальної апаратури в широкомовному діапазоні. Виконання приладу соответствовия УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 - 69 - для районів з помірним і холодним кліматом.
Значення кліматичних факторів зовнішнього середовища при експлуатації та випробуваннях УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 - 69.
Виконання виробів - УХЛ; категорія виробів - 4.2.
Загальні норми кліматичних впливів на РЕА для виконання УХЛ наведено в табл. 1.1.
Таблиця 1.1 - Загальні норми кліматичних впливів на РЕА
| Виконання | Категорія розміщення | Впливу температури, ° С | Впливу відносної вологості,% | ||||
| Робітники | Граничні | ||||||
| Верхн | Ниж | СР | Верхн | Нижн | |||
| УХЛ | 4.2 | +35 | +10 | +20 | +40 | +1 | 98% при 25 ° С |
Таблиця 1.2 - Побутова РЕА. Норми кліматичних і механічних впливів для 1-ї групи
| Вид впливу, характеристики | Норми впливів |
| Міцність при транспортуванні: прискорення, g тривалість ударного імпульсу, мс число ударів, не менш | 15 11 1000 |
| Теплотривкість: робоча температура, ° С гранична температура, ° С | 40 55 |
| Знижений атмосферний тиск, кПа | 70 |
| Холодостійкість: гранична температура, ° С | -40 |
| Вологостійкість: вологість,% температура, ° С | 93 25 |
У ТЗ не обговорені вимоги до габаритів і масі запропонованого до розробки КПЕ. У зв'язку з цим можна застосувати повітря в якості діелектрика, що дозволить сконструювати конденсатор з більш високими якісними показниками у порівнянні з конденсаторами з твердим діелектриком. У наступному розділі будуть розглянуті різноманітні варіанти конструкцій КПЕ і обрані найбільш підходящі для отримання обумовлених в ТЗ характеристик.
Сумарне число пластин конденсатора вибирається з урахуванням того, що сумарна довжина секції повинна бути наближено дорівнює радіусу пластини ротора і сумарна довжина КПЕ не повинна перевищувати задане в ТЗ значення.
Число пластин вибираємо в залежності від максимальної ємності, то згідно ТЗ З max = 160, отже вибираємо N = 11 [1]
2. ПЕРЕГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ВИБІР НАПРЯМКИ ПРОЕКТУВАННЯ
Зміна ємності конденсатора може бути отримано двома принципово різними способами управління - механічним і електричним. Особливості конденсаторів з механічним керуванням полягає в можливості реалізації заданих законів зміни ємності при переміщенні пластин; отримання зміни широкого діапазону зміни ємності і великих величин добротності; забезпечення великих робочих напруг і малих значень температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ); незалежності величини ємності від прикладеної напруги; порівняно великому часі, необхідному для зміни ємності; залежності величини ємності від вологості і зовнішніх механічних впливів, відносної складності конструкції і великих габаритах.
Конденсатор змінної ємності з механічним керуванням представляє собою дві системи плоских пластин: нерухому (статор) і рухому (ротор), розташованих таким чином, що при обертанні ротора його пластини входять в зазори між пластинами статора.
У залежності від кута повороту розрізняють:
- Конденсатори з нормальним кутовим діапазоном, при якому кут повороту дорівнює 180 о;
- Конденсатори з розширеним діапазоном кутовим-кут повороту ротора більше 180 о;
- Конденсатори з зменшеним кутовим діапазоном, наприклад рівним 90 о.
У залежності від величини прикладеної напруги конденсатори змінної ємності розраховують:
- Для електричних ланцюгів з малим напругою (менше 200В);
- Для електричних ланцюгів з підвищеним напругою (більше 200В);
- Для електричних ланцюгів з великою напругою (більше 1000В).
За законом зміни ємності конденсатори підрозділяють на прямоемкостние, прямоволновие, прямочастотние і логарифмічні.
За типом діелектрика конденсатори розрізняють на:
- Конденсатори з повітряним діелектриком;
- Конденсатори, заповнені стисненим газом;
- Вакуумні конденсатори;
- Конденсатори з рідким діелектриком;
- Конденсатори з твердим діелектриком.
За кількістю секцій конденсаторів, одночасно змінюють свою ємність, конденсатори ділять на односекційні і багатосекційні.
Для одночасної настройки кількох контурів застосовуються багатосекційні конденсатори. У залежності від того, які з блоків цього роду застосовані в апаратурі, до схеми з'єднання окремих секцій пред'являють різні вимоги. Наприклад, у тих випадках, коли блок конденсаторів повинен бути простіше і дешевше, використовують схеми, в яких всі ротори гальванічно з'єднані між собою загальною металевої віссю. Однак при цьому між окремими секціями конденсатора виникає електричний зв'язок, яка пояснюється електричну провідність осі, що з'єднує ротори. В інших випадках, коли істотно важливо якомога більше зменшити зв'язок між змінними контурами, застосовують блоки, у яких і статори і ротори ізольовані один від одного, а вісь, яка з'єднує ротори, зроблена з ізоляційного матеріалу.
Конденсатори змінної ємності з механічним керуванням між собою різняться виглядом діелектрика (твердий, рідкий або газоподібний) і способом завдання функціональної залежності зміни ємності від кута повороту (конденсатори з фігурними пластинами ротора або з вирізом в статорних пластинах).
Повітря в порівнянні з твердими і рідкими діелектриками володіє рядом позитивних властивостей: нікчемними втратами, малою провідністю, незалежністю діелектричної проникності від частоти і малої залежністю від температури, вологості та тиску.
До недоліків повітря, як діелектрика слід віднести малі значення діелектричної проникності і пробивної напруги, що впливає на габаритні розміри КПЕ.
Перераховані позитивні властивості повітря як діелектрика дозволяють створити найбільш прості конструкції конденсаторів з високими технічними характеристиками. Виходячи з цього-у проектованому КПЕ в якості діелектрика буде використовуватися повітря.
У конденсаторів зі змінним радіусом вирізу в статорної пластині пластини ротора мають більш жорстку конструкцію, що дає суттєву перевагу тільки для прямоволнового закону зміни ємності. Для прямоволновой залежності таке конструктивне рішення є недоцільним.
3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ І КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК
Величина зазору між пластинами ротора і статора вибирається з урахуванням вимог електричної міцності, точності, температурної стабільності, габаритних розмірів та виробничо-технічних міркувань.
При великому зазорі збільшується електрична міцність, збільшується температурна стабільність, але збільшуються і габаритні розміри КПЕ. Маленький ж зазор дає погані стабільність та електричну міцність при малих габаритних розмірах. У зв'язку з цим з цим вибираємо d = 0,3 мм, вважаючи це значення оптимальним з точки зору ставлення характеристик і габаритних розмірів.
Для запобігання короткого замикання між роторними і статорними пластинами в статорних пластинах робиться виріз. Його радіус визначається з урахуванням зазору d і радіуса осі r осі = d осі / 2 = 4 / 2 = 2 мм за формулою:
r 0 = r осі + (2ч3) d = 2 + (2ч3) · 0,3 = 2.5ч2.75 мм,
Вибираємо максимальне значення r 0 = 2.75 мм, так як при більшому радіусі зменшується значення паразитної ємності.
3.1 Визначення форми і розмірів пластин
Прямоволновая залежність ємності від кута повороту математично описується функцією
С = (aφ + b) 2, (3.1)
де a = (
b = Сmin;
K =
φ - кут повороту ротора.
N - загальне число пластин статора і ротора
Залежність радіусу ротора від кута повороту для отримання необхідної функціональної залежності описується наступним виразом:
R =
де d - зазор між пластинами, см;
k - постійна;
r 0 - радіус вирізу в пластині статора;
φ - кут повороту.
Обчислимо значення коефіцієнтів a і b:
a = (
b = 8;
Розрахунок R зробимо за допомогою пакету прикладних програм Excel. Результати роботи програми (з кроком 10є) наведені в таблиці 3.1.
| φ, ° | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 |
| R, мм | 7,64 | 8,03 | 8,4 | 8,76 | 9,1 |
| φ, ° | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 |
| R, мм | 9,4 | 9,75 | 10,06 | 10,35 | 10,65 |
l 0 = h пл N + d (N-1); (3.3)
де h пл - товщина пластини (вибираємо h пл = 0,6 мм);
N - сумарна кількість пластин в секції;
d - зазор між пластинами ротора і статора, мм.
l 0 = 0,6 · 11 + 0,3 · 9 =
3.2 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
При зміні температури повітря змінюються як фізичні, так і геометричні розміри (s і d) конденсатора, що призводить до зміни ємності. Ємність КПЕ складається з двох складових: постійної (представляє собою мінімальну ємність С min, величина якої не залежить від положення ротора) і змінної З пер, величина якої змінюється при переміщенні ротора. Кожна з цих ємностей має свій певний ТКЕ.
Мінімальна ємність утворюється як сума ємностей через твердий діелектрик і повітря між деталями, що знаходяться під різними потенціалами. У загальному вигляді можна сказати, що
ТКЕ min =
Так як ємність через діелектрик становить значно меншу частину, ніж ємність через повітря, то можна приблизно вважати це значення рівним 20.10 -6 єС (ТКЕ для повітря).
Температурний коефіцієнт змінної частини ємності можна обчислити, використовуючи формулу
ТКЕ? = ТКЕ в + ТКS a, (3.5)
де ТКS a і ТКD - температурні коефіцієнти активної площі пластин і зазору відповідно.
обумовлюється температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу α мп, з якого вони зроблені і відносним переміщенням секцій ротора і статора, викликаними температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу корпусу α мк, тобто
ТКS a = ТКS s ± ТКS l, (3.6)
де ТКS s - температурні коефіцієнти активної площі пластин, зумовлені α мп і α мк відповідно.
Тоді
ТКS s = ΔS / (S · Δt) = 2 α мп · SΔt / (S · Δt) = 2 α мп, (3.7)
а ТКS l буде визначатися при коливаннях температури навколишнього середовища по зміні відстані між ротором і статором. У зв'язку з тим, що пластини і корпус виконані з одного матеріалу, можна допустити, що зміна активної площі пластин досить мало і ТКS l можна знехтувати.
Підставивши значення коефіцієнта лінійного розширення для інвару в (3.9), отримаємо
ТКS s = 2.0, 9.10 -6 = 1,8 · 10 -6 єС -1
Тепер знайдемо ТКS a з виразу (3.8)
ТКS a = 1,8 · 10 -6 + 0 = 1,8 · 10 -6 єС -1,
Для знаходження скористаємося формулою
ТКS d = (α МОL - 2 α МОD) / (l - 2d п), (3.8)
де d = 0,5 (l - 2d п) - величина зазору, мм;
d п - товщина пластини, мм;
l - відстань між пластинами (по середній лінії), мм;
α МОL і α МОD - температурні коефіцієнти лінійного розширення матеріалу осі і пластин відповідно, єС -1.
Підставимо чисельні значення
d = 0,5 (1-2 · 0,3) = 0,2 мм,
ТКS d = (4,5 · -2 · 0,9 · 0,3) / (1-2 · 0,6) = 10.10 -6 єС -1,
Підсумувавши всі складові, спочатку отримаємо значення ТКЕ змінної складової ємності
ТКЕ? = 20.10 -6 + 1,8 · 10 -6 + 10.10 -6 = 31,8 · 10 -6 єС -1,
а потім і загальне ТКЕ
ТКЕ = ТКЕ? + ТКЕ min = 31,8 · 10 -6 + 20.10 -6 = 51,8 · 10 -6 єС -1,
Розроблена конструкція конденсатора задовольняє вимогам ТЗ по стабільності.
3.3 Розрахунок контактної пружини
Як матеріал для виготовлення контактної пружини будемо використовувати Бронзу Бр. КМЦ 3-1 (ГОСТ 493-54).Визначимо відповідний контакт зусилля, виходячи з умови забезпечення необхідної активної складової перехідного опору R п за формулою:
де
Товщину контактного елемента розрахуємо за формулою:
де
За сортаментом на використовуваний матеріал отримане значення товщини округлимо до найближчого табличного значення
4. Опис конструкції і технології
Річний випуск проектованого конденсатора дорівнює 2000 штук, отже, використовується серійне виробництво.
За основу конструкції вибираю штампований конденсатор.
Головними частинами розрахованого конденсатора змінної ємності є ротор і статор. Пластини ротора і статора виготовляються штампуванням з листової латуні ГОСТ 931-52 завтовшки 0,6 мм. Пластини ротора до осі ротора кріпляться припоєм ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Корпус виготовлений з прес-порошку К-21-22 ГОСТ 20478-75 методом пресування. Втулки, виготовлені мул латуні ГОСТ 931-52, призначені для вибудовування положення ротора відносно статора. Токос'ем, виготовлений з Бр. КМЦ 3-1 ГОСТ 493-54, клеїмо до корпусу клеєм ВК ОСТ4ГО.029.204.
Штамповані конденсатори зручні для серійного виробництва, хоча по електричних характеристиках вони поступаються попереднім типам. Такий конденсатор може виготовлятися в серійному виробництві, збірку може здійснювати складальник з низьким розрядом.
ПАСПОРТ
Мінімальна ємність, З min, пФ 8
Максимальна ємність, З max, пФ 160Робоча напруга, U раб, В 24
Число секцій 1
Температурний коефіцієнт ємності, єС -1 51,8 · 10 -6
Робочий кут, 180
Діаметр осі, мм 4
Закон зміни ємності КПЕ прямоволновий
Програма, шт. 2000
Виконання по ГОСТ 15150-69 відноситься до першої групи виконання УХЛ, категорія розміщення 4.2
ВИСНОВКИ
У даному курсовому проекті було зроблено розрахунок КПЕ з прямоволновой залежністю, який призначений для використання в стаціонарній апаратурі.
Як матеріал пластин ротора і статора вибираємо нікель, який має коефіцієнт лінійного розширення 13 * 10 -6 С.
Вісь даного КПЕ виготовляємо з кераміки, з коефіцієнтом лінійного розширення рівним 4.5 * 10 -6 С.
Крім цього, при проведенні розрахунків і при проектуванні було визначено температурний коефіцієнт ємності ТКЕ, що дорівнює 52 10 -6 С -1.
Функціональна залежність ємності від кута повороту - прямоволновая.
Були розраховані радіуси пластин ротора.
Кількість випущених конденсаторів передбачається n = 2000 штук на рік.
Виготовляємо пластини ротора і статора, а так само інші деталі КПЕ методом штампування, так як цей метод найбільш зручний для серійного виробництва, хоча по електричних характеристиках він поступається іншим методам.
Перевагою конструкції такого конденсатора є малі розміри і можливість використання типового виробничого обладнання.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Волго В.А. Деталі й вузли РЕА. -М.: Енергія. 1977. -656 С.
2 .- Пристрої функціональної радіоелектроніки та електрорадіоелементи: Конспект лекцій. Частина I / М.Н. Мальков, В.М. Світенко. - Харків: ХІРЕ. 1992. - 140 с.
3. Довідник конструктора РЕА: Загальні принципи конструювання / За редакцією Р.Г. Варламова. - М.: Сов. Радіо. 1980. - 480 с.
4. Фрумкін Г.Д. Розрахунок і конструювання радіоапаратури. - М.: Вища школа. 1986. - 339 с.