Розрахунок малогабаритного конденсатора
ЗМІСТ
Введення
1. Аналіз технічного завдання
Вихідні дані
Вибір конструкції КПЕ
2. Аналіз аналогічних конструкцій і напрямок проектування
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Вибір числа і геометричних розмірів пластин
3.2 Визначення форми і розмірів пластин
3.3 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
Зміст
Паспорт
Список літератури
Програми
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Вихідні дані
Мінімальна ємність, З min, пФ
Максимальна ємність, З max, пФ - 1000
Робоча напруга, U раб, У
Температурний коефіцієнт ємності, º С -1 - 63
Робочий кут, - 180 º
Закон зміни ємності - прямоемкостной
Річний випуск, шт. - 5000
Умови експлуатації - за ГОСТ 15150-69 УХЛ 4.2
Вибір конструкції КПЕ
У ТЗ вказані вимоги до габаритів запропонованого до розробки КПЕ. Про відсутність жорстких вимог говорить і місце його установки - стаціонарна апаратура. 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.
Введення
Терміном радіоелектронна апаратура (РЕЗ) називають пристрій або сукупність пристроїв, в яких використовуються напівпровідникові, електронні, газорозрядні і їм аналогічні прилади. Найбільше застосування в РЕЗ знаходять резистори, конденсатори, моточні вироби. Їх називають елементами (радіокомпонентів) загального застосування. Можна вказати, що на один підсилювальний прилад (наприклад, транзистор) в середньому припадає від 4 до 25 резисторів, від 2 до 15 конденсаторів. Тому світове виробництво резисторів і конденсаторів складає мільярди штук на рік. У меншій мірі застосовуються конструктивно більш складні вироби - різні коливальні контури і фільтри, звані спеціальними елементами. Елементи загального застосування є виробами масового виробництва, Тому вони зазнали досить широкої нормалізації і стандартизації. Стандартами і нормами встановлені техніко-економічні та якісні Показники, параметри і розміри. Такі елементи називають типовими. Вибір типових елементів проводиться по параметрах і характеристикам, що описують їх властивості як при нормальних умовах, так і при різних впливах (кліматичних, механічних і ін.) Конденсатори змінної ємності (з механічним управлінням) складаються з двох систем паралельних пластин, одна з яких може пластин, одна з яких може плавно переміщатися і її пластини при цьому заходять в зазори між пластинами другої системи: це змінює активну площу, а отже і ємність конденсатора .
Неподвижною систему називають статором, а рухому - ротором.
Найбільш часто застосовують конденсатори з повітряним діелектриком, тому що вони відрізняються більшою точністю встановлення ємності, малими втратами і високою стабільністю.
Конденсатори з твердим діелектриком дещо простіше у виготовленні, мають менші розміри, але мають порівняно низькою точністю і стабільністю, а тому застосовуються в основному в якості регулювальних в низькочастотних контурах і в радіо тракті малогабаритних транзисторних приймачів.
Основне застосування КПЕ знаходять як елементів настроювання діапазонних коливальних контурів. Тому важливою його характеристикою є закон зміни ємності - функціональна характеристика, яка визначає характер зміни частоти коливального контуру при налагодженні. За цими ознаками КПЕ поділяють на прямо-ємнісні (лінійні), прямо-хвильові (квадратичні), прямо-частотні, логарифмічні (середньо лінійні) і спеціальні.
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
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.
Газонаповнені конденсатори, вакуумні і конденсатори з рідким діелектриком відрізняються складністю конструкції, тому мають дуже обмежене застосування, переважно в радіобудови.
За способом виконання електричного контакту з рухомою частиною конденсатори поділяють на конденсатори з трущимся, гнучким і ємнісним струмозніманні.
За типом апаратури, в якій використовуються конденсатори, вони поділяються на конденсатори для масової радіомовної апаратури і конденсатори для професійної радіоапаратури.
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.
Відповідно до технічного завдання, обсяг конструкції конденсатора змінної ємності повинен бути мінімальним.
За основу конструкції вибираю штампований конденсатор з напівкруглими пластинами ротора. При цьому ротори між собою не ізолюються.
3. Електричний і конструктивний розрахунок
3.1 Вибір геометричних розмірів пластин
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.
Приймаються число пластин N = 31.
Величину зазору знаходимо з наступного виразу:
D = (3.1)
де U раб. - максимальний робочий напруга, В;
Е - допустима напруженість поля, В / мм.
Е = (400-700) В / мм
D =
Для запобігання в статорних пластинах їх електричного замикання з віссю обчислюємо радіус r 0:
r o = r oc + (2-3) d (3.2)
де r oc - радіус осі. d = 1мм;
r o = 1 + 3 * 0.375 = 2,125 мм
3.2 Визначення форми і розмірів пластин
Для розрахунку радіуса пластини, що забезпечує прямоемкостную залежність ємності, користуємося формулою:
R = 2 (3.3)
Де З max - максимальна ємність конденсатора, пФ;
З min - мінімальна ємність конденсатора, пФ;
r о - радіус вирізу в статорних пластинах, мм;
К = (3.4)
Підставимо дані у формулу (3.4) та (3.3)
К =
R = 2 = 8.2мм
Довжина секції визначається за формулою:
l c = h пл N р + d N ст (3.5)
Де h пл - товщина пластини (вибираємо h пл = 0.3мм);
N р - число пластин на роторі;
N ст - число пластин на статорі;
d - зазор між пластинами ротора і статора, мм.
l c = 0.3 * 15 + 0.375 * 16 = 10,5 мм
3.3 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
Температурний коефіцієнт змінної частини ємності обчислюємо, користуючись формулою:
TKE = TKE В + TKS - TKd (3.6)
Де TKS - температурний коефіцієнт активної площі пластин;
TKd - температурний коефіцієнт активної площі зазору;
TKS = TKS L + TKS S (3.7)
Де TKS L і TKS S - температурні коефіцієнти активної площі пластин, зумовлені l мп і l м;
TKS S = 2 l мп (3.8)
де l мп - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу пластини.
L мп = 22,5 * 10 -6
Підставимо значення коефіцієнта лінійного розширення для алюмінію в формулу (3.8) отримаємо:
TKS S = 2 * 22,5 * 10 -6 = 45 * 10 -6 С -1
Тепер знайдемо TKS з виразу (3.7):
TKS = 45 * 10 -6 + 0 = 45 * 10-6о С -1
Температурний коефіцієнт зазору між пластинами розраховується за формулою:
TKd = ; (3.9)
TKd = (a mo * l -2 a m п d п) / (l -2 * d п), ° C,
де l мо - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлена вісь.
Вісь виготовлена з алюмінію.
l мо = 22,5 * 10 -6
L - відстань між пластинами ротора;
L = 0,105 см
d n - ширина пластини;
d п = 0,03 см
Підставимо дані у формулу (3.9):
TKd =
Розрахуємо загальна ТКЕ за формулою (3.6):
ТКЕ = 18 * 10 -6 +45 * 10 -6 = 63 * 10-6о С -1
Отримане значення нижче необхідного, отже, не усчітанние тут становлять не можуть підняти параметр КПЕ вище допустимого значення. Розроблена конструкція конденсатора задовольняє вимогам ТЗ по стабільності.
Висновки
У даному курсовому проекті було зроблено розрахунок КПЕ з нейтральним ротором з прямоемкостной залежністю, який призначений для використання в стаціонарній апаратурі.
Матеріал осі і пластин був обраний з однаковим температурним коефіцієнтом лінійного розширення, - для зменшення ТКЕ.
Як матеріал пластин ротора і статора вибираємо алюміній, яка має коефіцієнт лінійного розширення 22,5 * 10 -6.
Вісь даного КПЕ виготовляємо теж з алюмінію, з таким же коефіцієнтом розширення.
Крім цього, при проведенні розрахунків і при проектуванні було визначено температурний коефіцієнт ємності ТКЕ, що дорівнює 63 * 10-6о С -1.
Функціональна залежність ємності від кута повороту - лінійна. Був розрахований радіус пластини ротора, який дорівнює 8,2 мм.
Кількість випущених конденсаторів передбачається n = 5000 штук на рік.
Виготовляємо пластини ротора і статора, а також інші деталі КПЕ методом штампування, так як цей метод найбільш зручний для масового виробництва, хоча по електричних характеристиках він поступається іншим методам.
З'єднання пластин здійснюється за допомогою розкарбування, воно відрізняється простотою та зручністю виконання.
Перевагою конструкції такого конденсатора є малі розміри і можливість використання типового виробничого обладнання.
Список літератури
Волго В.А. Деталі й вузли РЕА - М. Енергія. 2007 .- 656с.
Пристрої функціональної радіоелектроніки електрорадіоелементи: Конспект лекцій. Частина 1/М.Н.Мальков, В.М. Світенко. - Харків: ХІРЕ 2002. - 140с.
О.Ю. Савельєв Конденсатори. Конструкція і пристрій - Москва. ЕлАтомІздат. 1983
Т.А. Ричіна, А.В. Зеленський "Пристрої функціональної електроніки і радіоелементи" Москва "Радіо і зв'язок". 1989р.
Г.Д. Фрумкін "Розрахунок і конструювання радіоапаратури" Москва "Вища школа" 1989
В.Т. Ренні "Розрахунок і конструювання конденсаторів" Київ "Техніка" 1966
ПАСПОРТ
Мінімальна ємність, З min, пФ - 4
Максимальна ємність, З max, пФ - 1000
Робоча напруга, U раб, У - 150
Число секцій -. 1
Температурний коефіцієнт ємності, º С -1 - 63 * 10 -6
Робочий кут - 180 º
Діаметр осі, мм - 2
Закон зміни ємності КПЕ - прямоемкостной
Програма, шт. - 5000
Умови експлуатації - за ГОСТ 15150-69