Тольяттинский державний університет
Кафедра промислової електроніки
Курсова робота з дисципліни «Електричні кола»
РОЗРОБКА ЕЛЕКТРОННОГО РЕЛЕ
Варіант 12.
Студент: Моторин. С.К.
Група: Е - 306
Викладач: Шевцов А.А.
Зміст
2. СКЛАДАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ.
3. Розробка принципових схем.
4. РОЗРАХУНОК Номінальні параметри ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
ВИСНОВОК
Список використаної літератури
Метою даного проекту є проектування напівпровідникового реле струму із заданими параметрами спрацьовування і відпуску, а також максимальними значеннями комутованих струмів і напруг.
1. ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ І ВИХІДНІ ДАНІ
Розробити електронне реле струму з параметрами заданими в таблиці 1.1, розрахувати параметри елементів пристрою, виконати розведення друкованої плати.
Таблиця 1.1.
Вихідні дані.
2. СКЛАДАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
На вході електронного реле ставиться шунт, з якого знімається напруга, тому що у вхідному ланцюзі протікають великі струми вибираємо шунт, з маленьким опором. Далі ставляться два одновібратора які спрацьовують на різні величини вхідних імпульсів. Один одновібратор спрацьовує тоді, коли струм у вхідному ланцюзі стає рівним напрузі спрацьовування реле, тобто при 100 А і отже його напруга спрацьовування дорівнюватиме 15 мВ. Другий же одновібратор спрацьовує в той момент коли струм у вхідному ланцюзі досягає значення 150 А, і отже його напруга спрацьовування одно 22,5 мВ. Далі в схему ставиться віднімаючий пристрій, який представляє собою операційний підсилювач на не инвертирующий вхід якого підключається перший одновібратор, а на инвертирующий вхід підключається другий одновібратор. Якщо вхідний струм досяг значення спрацьовування то не інвертуючому вході операційного підсилювача з'являється сигнал, який далі надходить на оптопару і потім на електронний ключ, завдання якого виконує вихідний транзистор. Далі якщо струм вхідного ланцюга збільшився до значення параметра відпускання, то спрацює другий одновібратор що подає сигнал на инвертирующий вхід операціоноого підсилювача. Оскільки на виході одновібратором сигнал має однакову величину, то на виході операційного підсилювача сигналу не буде, а отже на оптопару сигнал теж не надходить і електронний ключ замкнений. Структурна схема електронного реле зображена на рис. 2.1. Також у даній оптопара виконує роль гальванічної розв'язки. При відсутності вхідного сигналу вихідний транзистор замкнений, отже, контакти розімкнуті.
Структурна схема електронного реле.
3. РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ
Шунт Rs вибирали виходячи з того, що падіння напруги на ньому не повинно бути занадто великим для вхідного транзистора одовібратора. Для одновібратором застосували готове схемотехнічне рішення, номінали елементів яких розраховуються для значень параметрів спрацьовування та відпускання реле. Операційний підсилювач вибирали з довідника по його вихідному струму. У даній схемі застосована транзисторна оптопара вихідний струм, якої не повинен бути менше базового струму вихідного транзистора в режимі насичення. На рис. 3.1. наведена отримана в результаті аналізу електрична схема реле.
Електрична схема реле струму.
4. РОЗРАХУНОК Номінальні параметри ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
Вихідний транзистор схеми вибрали з умов, максимальний колекторний струм не повинен бути менше максимального комутованого струму і напруга насичення колектор-емітер має бути якомога менше інакше будуть виділятися значні теплові втрати, що призвело б до необхідності радіатора. Відповідно до описаних вище умов за довідником вибрали транзистор КТ808А, його колекторний струм постійний Ік - 10 А, а коефіцієнт передачі струму в схемі з загальним емітером взяли рівним h 21Е = 55. Резистор R6 є термокомпенсірующім, діапазон його значень від 0,1 до 1МОм, R6 = 0,5 МОм. Далі за формулою 4.1. розрахували струм бази вихідного транзистора для того щоб вибрати оптопару.
I Б = Ік / h 21Е = 10 / 55 = 0,18 А; (4.1.)
де
Еп - напруга живлення - 15 В;
U вх - вхідна напруга оптопари - довідковий параметр, В;
I вихо - вихідний струм операційного підсилювача - довідковий параметр, мА;
Для розрахунку одновібратором вибрали за довідником транзистор вихідний струм якого незначно перевершує вхідний струм операційного підсилювача. Вибрали транзистор КТ333А. З умови Iк2 <Iкmax = 20 мА визначили колекторні струми транзисторів VT4 і VT5, отримали Iк2 = 10 мА. Виходячи із забезпечення режиму насичення взяли I б2 = 0,2 мА. Розрахували сумарний опір за формулою 4.4.:
R к 2 + R Е = (Е п - U КЕнас) / I R2 = (15-0,2) / 10 × 10 -3 = 1480 Ом; (4.4.)
З умови R к2> R Е вибрали значення резисторів згідно номінальному ряду R к2 = 1,2 кОм, R Е = 300 Ом. Відповідно до вищеописаного розрахунку отримали опору: R 13 = R 15 = 1,2 кОм і R 5 = 300 Ом. Поставивши собі за струмом дільника Iд = 1 мА за формулою 4.5. розрахували сумарний опір резисторів R 2 і R 3:
R2 + R3 = Uп / Iд = 15 / 10 -3 = 15 до Ом; (4.5.)
При закритому транзисторі VT1 (VT2 - для другого одновібратора):
Вибрали R3 = R8 = 1 кОм;
Тоді R2 розрахували за формулою 4.6.:
(R3 + R2) - R3 = 15 - 1 = 14 кОм; (4.6.)
Отримали: R2 = R7 = 14 кОм;
Опір R1 визначили за формулою 4.7.:
Отримали R10 = R14 = 56 кОм;
Ємності конденсаторів С1 і С2 вибирали виходячи з того, щоб час відновлення одновібратора було малим. Прийняли С1 = С2 = 0,01 ПКФ. Опір резисторів R4 = R11 = 3,75 кОм.
Для одновібратора спрацьовує при вхідному струмі в 150 А опір емітера R11 взяли рівним 480 Ом.
ВИСНОВОК
У даній роботі було спроектовано реле струму, яке спрацьовувало при вхідному струмі в 100 А і відключалася при 150 А. У даному реле було одновібратора були побудовані на дискретних елементах. Істотно скоротити та спростити розрахунок дає змогу застосування інтегральних мікросхем, оскільки тоді він зводиться тільки до вибору мікросхем. За розрахованими в роботі величинам вибрали значення елементів з номінального ряду. Схема електрична принципова отриманого за підсумками розрахунків реле струму наведена у додатку, також наведені друкована плата і складальне креслення.
Список використаної літератури
1. Бистров Ю. А., Мироненко І.Г. Електронні ланцюги й пристрої: Навчальний посібник для електротехнічних і енергетичних вузів. - М.: Вища школа., 1989 р. 287 с.
2. Воробйов Н.І Проектування електронних пристроїв: Навчальний посібник. - М.: Вища школа., 1989. - 223 с.
3. Аналогові інтегральні мікросхеми: Довідник / Б.П. Кудряшов, Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрін, В.А. Ушібишев. - М.: Радіо і зв'язок, 1981.-160 с.
4. Довідник з електроніки для молодого робітника: 4-е видання, перероблене і доповнене. - М.: Вища школа., 1987. - 272 с.
Кафедра промислової електроніки
Курсова робота з дисципліни «Електричні кола»
РОЗРОБКА ЕЛЕКТРОННОГО РЕЛЕ
Варіант 12.
Студент: Моторин. С.К.
Група: Е - 306
Викладач: Шевцов А.А.
Тольятті 2003
Зміст
ВСТУП
1. ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ І ВИХІДНІ ДАНІ.2. СКЛАДАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ.
3. Розробка принципових схем.
4. РОЗРАХУНОК Номінальні параметри ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
ВИСНОВОК
Список використаної літератури
ВСТУП
В даний час в промисловості дуже часто постає завдання комутації струмів, або напружень. Дуже поширеним рішенням цієї задачі є реле. Електромагнітні реле за своїми експлуатаційними показниками поступаються електронним реле, оскільки в електронному реле немає не контактів, не котушок намагнічування. Напівпровідникові реле більш прості при виготовленні, чим електромагнітні.Метою даного проекту є проектування напівпровідникового реле струму із заданими параметрами спрацьовування і відпуску, а також максимальними значеннями комутованих струмів і напруг.
1. ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ І ВИХІДНІ ДАНІ
Розробити електронне реле струму з параметрами заданими в таблиці 1.1, розрахувати параметри елементів пристрою, виконати розведення друкованої плати.
Таблиця 1.1.
Вихідні дані.
| I ср, А | I отп, А | Нормальний стан вихідних контактів | Вид комутованого струму | I max ком, А | U max ком, У |
| 100 | 150 | Розімкнене | Імпульсний | 5 | 15 |
2. СКЛАДАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
На вході електронного реле ставиться шунт, з якого знімається напруга, тому що у вхідному ланцюзі протікають великі струми вибираємо шунт, з маленьким опором. Далі ставляться два одновібратора які спрацьовують на різні величини вхідних імпульсів. Один одновібратор спрацьовує тоді, коли струм у вхідному ланцюзі стає рівним напрузі спрацьовування реле, тобто при 100 А і отже його напруга спрацьовування дорівнюватиме 15 мВ. Другий же одновібратор спрацьовує в той момент коли струм у вхідному ланцюзі досягає значення 150 А, і отже його напруга спрацьовування одно 22,5 мВ. Далі в схему ставиться віднімаючий пристрій, який представляє собою операційний підсилювач на не инвертирующий вхід якого підключається перший одновібратор, а на инвертирующий вхід підключається другий одновібратор. Якщо вхідний струм досяг значення спрацьовування то не інвертуючому вході операційного підсилювача з'являється сигнал, який далі надходить на оптопару і потім на електронний ключ, завдання якого виконує вихідний транзистор. Далі якщо струм вхідного ланцюга збільшився до значення параметра відпускання, то спрацює другий одновібратор що подає сигнал на инвертирующий вхід операціоноого підсилювача. Оскільки на виході одновібратором сигнал має однакову величину, то на виході операційного підсилювача сигналу не буде, а отже на оптопару сигнал теж не надходить і електронний ключ замкнений. Структурна схема електронного реле зображена на рис. 2.1. Також у даній оптопара виконує роль гальванічної розв'язки. При відсутності вхідного сигналу вихідний транзистор замкнений, отже, контакти розімкнуті.
Структурна схема електронного реле.
|
|
Одновібратор 2 |
Електроннийключ |
Одновібратор 1 |
| |||||||
3. РОЗРОБКА ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ
Шунт Rs вибирали виходячи з того, що падіння напруги на ньому не повинно бути занадто великим для вхідного транзистора одовібратора. Для одновібратором застосували готове схемотехнічне рішення, номінали елементів яких розраховуються для значень параметрів спрацьовування та відпускання реле. Операційний підсилювач вибирали з довідника по його вихідному струму. У даній схемі застосована транзисторна оптопара вихідний струм, якої не повинен бути менше базового струму вихідного транзистора в режимі насичення. На рис. 3.1. наведена отримана в результаті аналізу електрична схема реле.
Електрична схема реле струму.
Рис. 3.1. |
4. РОЗРАХУНОК Номінальні параметри ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ
Вихідний транзистор схеми вибрали з умов, максимальний колекторний струм не повинен бути менше максимального комутованого струму і напруга насичення колектор-емітер має бути якомога менше інакше будуть виділятися значні теплові втрати, що призвело б до необхідності радіатора. Відповідно до описаних вище умов за довідником вибрали транзистор КТ808А, його колекторний струм постійний Ік - 10 А, а коефіцієнт передачі струму в схемі з загальним емітером взяли рівним h 21Е = 55. Резистор R6 є термокомпенсірующім, діапазон його значень від 0,1 до 1МОм, R6 = 0,5 МОм. Далі за формулою 4.1. розрахували струм бази вихідного транзистора для того щоб вибрати оптопару.
I Б = Ік / h 21Е = 10 / 55 = 0,18 А; (4.1.)
По знайденому значенню базового струму в довіднику вибрали оптопару. Цьому значенню задовольняла транзисторна оптопара АОТ110А, її максимальний вихідний струм дорівнює I вих = 200 мА.
Так як опір R6 велике, то струм через резистор R9 буде більше струму через R6, отже опір R9 визначили за формулою 4.2.:
R9 = U БЕнас VT3 / (I вих - I Б) = 1,4 × 10 3 / (20-18) = 700 Ом; (4.2.)
де
U БЕнасVT3 - довідковий параметр, В;
I вих - вихідний струм оптопари - довідковий параметр, мА;
I Б - струм бази VT3 - довідковий параметр, мА;
R9 вибираємо з номінального ряду R9 = 680 Ом.
Також з довідника взяли дані по вхідному струмі I вх = 20 мА. По вхідному струмі оптопари, який є вихідним для операційного підсилювача вибрали операційний підсилювач К140УД9. Вихідний струм даного операційного підсилювача дорівнює I вихо = 22 мА. Опір резистора R1 визначили за формулою 4.3.:
R1 = (Е п - U вх) / I вихо = (15 - 2) × 10 3 / 22 = 590 Ом; (4.3.)де
Еп - напруга живлення - 15 В;
U вх - вхідна напруга оптопари - довідковий параметр, В;
I вихо - вихідний струм операційного підсилювача - довідковий параметр, мА;
Для розрахунку одновібратором вибрали за довідником транзистор вихідний струм якого незначно перевершує вхідний струм операційного підсилювача. Вибрали транзистор КТ333А. З умови Iк2 <Iкmax = 20 мА визначили колекторні струми транзисторів VT4 і VT5, отримали Iк2 = 10 мА. Виходячи із забезпечення режиму насичення взяли I б2 = 0,2 мА. Розрахували сумарний опір за формулою 4.4.:
R к 2 + R Е = (Е п - U КЕнас) / I R2 = (15-0,2) / 10 × 10 -3 = 1480 Ом; (4.4.)
З умови R к2> R Е вибрали значення резисторів згідно номінальному ряду R к2 = 1,2 кОм, R Е = 300 Ом. Відповідно до вищеописаного розрахунку отримали опору: R 13 = R 15 = 1,2 кОм і R 5 = 300 Ом. Поставивши собі за струмом дільника Iд = 1 мА за формулою 4.5. розрахували сумарний опір резисторів R 2 і R 3:
R2 + R3 = Uп / Iд = 15 / 10 -3 = 15 до Ом; (4.5.)
При закритому транзисторі VT1 (VT2 - для другого одновібратора):
Вибрали R3 = R8 = 1 кОм;
Тоді R2 розрахували за формулою 4.6.:
(R3 + R2) - R3 = 15 - 1 = 14 кОм; (4.6.)
Отримали: R2 = R7 = 14 кОм;
Опір R1 визначили за формулою 4.7.:
Отримали R10 = R14 = 56 кОм;
Ємності конденсаторів С1 і С2 вибирали виходячи з того, щоб час відновлення одновібратора було малим. Прийняли С1 = С2 = 0,01 ПКФ. Опір резисторів R4 = R11 = 3,75 кОм.
Для одновібратора спрацьовує при вхідному струмі в 150 А опір емітера R11 взяли рівним 480 Ом.
ВИСНОВОК
У даній роботі було спроектовано реле струму, яке спрацьовувало при вхідному струмі в 100 А і відключалася при 150 А. У даному реле було одновібратора були побудовані на дискретних елементах. Істотно скоротити та спростити розрахунок дає змогу застосування інтегральних мікросхем, оскільки тоді він зводиться тільки до вибору мікросхем. За розрахованими в роботі величинам вибрали значення елементів з номінального ряду. Схема електрична принципова отриманого за підсумками розрахунків реле струму наведена у додатку, також наведені друкована плата і складальне креслення.
Список використаної літератури
1. Бистров Ю. А., Мироненко І.Г. Електронні ланцюги й пристрої: Навчальний посібник для електротехнічних і енергетичних вузів. - М.: Вища школа., 1989 р. 287 с.
2. Воробйов Н.І Проектування електронних пристроїв: Навчальний посібник. - М.: Вища школа., 1989. - 223 с.
3. Аналогові інтегральні мікросхеми: Довідник / Б.П. Кудряшов, Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрін, В.А. Ушібишев. - М.: Радіо і зв'язок, 1981.-160 с.
4. Довідник з електроніки для молодого робітника: 4-е видання, перероблене і доповнене. - М.: Вища школа., 1987. - 272 с.