Однофазний тиристорний випрямляч з цифровою індикацією

Національний Технічний Університет Україна

Київський політехнічний інститут

Кафедра промислової електроніки

Курсова робота

за курсом: Конструювання та технологія електронних приладів і пристроїв

Однофазний тиристорний випрямляч з цифровою індикацією

Київ 2009

Зміст

Введення

1. Розрахунок конструкції

2. Тепловий розрахунок

3. Розрахунок надійності

Висновки

Література

Додаток

Введення

У розрахунково-графічної роботи проведені розрахунок конструкції однофазного тиристорного випрямляча, тепловий розрахунок, а також розрахунок надійності

Основною метою даної розрахунково-графічної роботи є отримання навичок конструювання електронної апаратури. До конструкції сучасної апппаратури пред'являються високі вимоги: надійність, мініатюризація, дизайн, безпеку для життя і здоров'я людей, простота утилізації та ін

Для зниження трудомісткості, термінів і вартості конструювання і підвищення його якості необхідна його автоматизація. Однією з головних завдань конструктора є вибір оптимального варіанту конструктивного рішення шляхом оцінки теплових режимів роботи, розрахунку надійності і т. д.

1. Розрахунок конструкції

Для знаходження площі друкованої плати і розмірів кожуха по довідниках знаходимо визначають розміри елементів і заносимо їх у таблицю 1

Таблиця 1

Ескізи деяких елементів, які використовуються в цьому пристрої, наведені у Додатку 1.

Розміщуємо дані елементи на плату, яка наведена в Додатку 2. Визначаємо розмір плати:

L = 156 м м, B = 119 мм.

Плату кріпимо на чотирьох кріпильних отворів розміром 5ммХ5мм.

Висота плати визначається за найвищим елементу. Конструкція радіатора має найбільшу висоту - 50 мм. З урахуванням товщини плати і висновків, розташованих на протилежному боці плати, її висота становить 2 мм.

Складаємо таблицю 2, в яку заносимо елементи, розміщені на платі. Установчі площі визначаємо за формулою S = 1,3 * B * L.

Таблиця 2

Площа плати S пл = 6614 мм ²

Вибираємо орієнтовний розмір плати:

L = 100 м м, B = 66 мм.

Так як довжина плати менше 120 мм, то досить чотирьох кріпильних отворів розміром 10ммХ10мм. Точка подпайкі має розмір 5ммХ5мм.

Висота плати визначається за найвищим елементу. Мікросхеми виконані в корпусі DIP, який має найбільшу висоту - 7,6 мм. З урахуванням товщини плати і висновків, розташованих на протилежному боці плати, її висота складає 15 мм.

Обчислюємо інсталяційний обсяг кожного елемента:

V _{C 1,2,3,4,5,6,10} = 14 * 5,6 * 4,0 * 5,0 * 1,5 = 2352 мм ^3;

V _{С7, 8,9} = 6 * 7,5 * 5,0 * 5,0 * 1,5 = 1687,5 мм ^3;

V _{R 1,2,3,4,5,6,7,8,9} = 1,5 * 9 * 11,0 * 4,5 * 4,5 = 3007,1 мм ^3;

V _{R 10,11,12,13,14} = 1,5 * 5 * 11 * 4,5 * 4,5 = 1670,6 мм ³

V _{1 VT 1-2 VT, 2 VT 1-2 VT 2, VT 1-3} = 1,5 * 5 * 19,23 * 5,3 = 764,4 мм ³

V _{1-2 DA 1,2,3} = 1,5 * 25,6 * 10,6 * 7,62 * 6 = 18609,9 мм ³

V _{DA 1} = 1,5 * 25,6 * 10,6 * 7,62 = 3101,6 мм ³

V _{DA 2} = 1,5 * 15,44 * 10,6 * 7,62 = 1870,7 мм ³

V _{DD 2,3} = 1,5 * 23,06 * 10,6 * 7,62 = 2793,9 мм ³

Отримаємо сумарний інсталяційний об'єм:

V сум = 207900 мм ^3.

Вибираємо розміри кожуха: L = 110 мм, B = 70 мм, H = 27 мм.

Отриманий сумарний обсяг визначає мінімальний обсяг кожуха. Фактичний же обсяг визначимо, домножимо кожен з параметрів на 1.13:

L ф = 110 * 1.13 = 124,3 мм, B ф = 70 * 1.13 = 79,1 мм, H ф = 27 * 1.13 = 30,5 мм.

V к = L ф * B ф * H ф = 299879,9 мм ^3.

2.Тепловой розрахунок

Тепловий розрахунок зроблений для режиму природної конвекції. Задаємося температурою середовища ТСР = 313 К.

Визначальна температура між середовищем і стінкою:

Різниця температур між стінкою і середовищем:

Розрахунок теплового обміну для бічних поверхонь.

Для аналізу процесу теплообміну використовуємо критерії Грасгофа і Нуссельта:

,

де n (Тст) - визначається за таблицею при різній температурі.

,

де Pr (Тст) - визначається за тією ж таблиці.

Визначаємо закон теплообміну за твором Pr · Gr. Для закону теплообміну "1 / 4" одержуємо

,

так як 500 <Pr · Gr <2 · 10 ^7.

Визначаємо коефіцієнт теплообміну для бічній поверхні:

,

де коефіцієнт теплопровідності l визначається за таблицею.

Визначаємо площу бічних поверхонь:

Визначаємо теплову провідність для бічних поверхонь:

Далі проводимо розрахунок за аналогічними формулами для кришки.

Визначаємо площу кришки кожуха:

При розрахунку будемо вважати, що теплообмін між нижньою поверхнею кожуха і середовищем не здійснюється, тому що пристрій буде встановлено на який-небудь поверхні.

Зробимо розрахунок теплового обміну за рахунок лучеиспускания.

Коефіцієнт теплообміну визначаємо за формулою:

,

де j ₁₂ - коефіцієнт взаємного опромінення, e - приведена чорнота тіла (в даному випадку e = 0.92 для емалевою фарби).

Визначаємо площу поверхні кожуха, яка бере участь у теплообміні за рахунок лучеиспускания:

Визначаємо провідність теплообміну лучеиспускания:

Визначаємо сумарну провідність теплообміну за такою еквівалентної схемою:

Визначаємо потужність, яка розсіюється на кожусі при заданому перепаді температур за такою формулою:

Змінюючи температуру стінки в межах від 313 К до 325 К, будуємо графік залежності розсіюваною потужності від різниці температур між стінкою і середовищем:

Всі розрахункові значення величин, які були отримані по вищеперелічених формулах для досліджуваного діапазону зміни температури стінки, наведені нижче в таблицях.

За отриманим графіком для шуканої потужності Р = 8 Вт знаходимо, що перепад температур між стінкою і середовищем складає 5 градусів.

Визначимо перепад температур. Температура кожуха:

Будемо вважати, що корпус зроблений із сталі товщиною L = 0.001 м. Для сталі коефіцієнт теплопровідності l = 45,5 Вт / (м · К).

Визначаємо тепловий опір:

Визначаємо перепад температур:

Так як перепад температур малий, у подальших розрахунках їм нехтуємо. Зробимо розрахунок температур між внутрішньою поверхнею кожуха і нагрітої зоною. Також будемо вважати, що всі елементи нагріті до температури нагрітої зони.

Нагріта зона має такі розміри (в метрах):

Знаючи товщину кожуха, визначаємо величину, рівну половині товщини кожуха:

З урахуванням d отримуємо такі величини лінійних розмірів, які будуть використовуватися далі при розрахунку:

Температура кожуха становить

Температура повітря на половині проміжку кожух-нагріта зона:

Середня температура між нагрітої зоною і половиною проміжку кожух-нагріта зона:

Середня температура між кожухом і половиною проміжку кожух-нагріта зона:

Перепад температур між кожухом і нагрітої зоною:

Розрахунок теплового обміну для бічних поверхонь кожуха і нагрітої зони.

Для аналізу процесу теплообміну використовуємо критерії Грасгофа і Нуссельта:

,

де n (Тст) - визначається за таблицею при різній температурі.

,

де Pr (Тст) - визначається за тією ж таблиці.

Визначаємо закон теплообміну за твором Pr · Gr. Для закону теплообміну "1 / 4" отримуємо:

,

так як 500 <Pr · Gr <2 · 10 ^7.

Визначаємо коефіцієнт теплообміну для бічній поверхні кожуха:

,

де коефіцієнт теплопровідності l визначається за таблицею.

Визначаємо площу бічних поверхонь кожуха:

Визначаємо теплову провідність для бічних поверхонь кожуха:

Зробимо аналогічний розрахунок для бічній поверхні нагрітої зони за такими формулами:

Визначаємо площу бічних поверхонь нагрітої зони:

Визначаємо теплову провідність для бічних поверхонь нагрітої зони:

Аналогічно проводимо розрахунок для верхньої поверхні кожуха:

Зробимо розрахунок теплообміну за рахунок лучеиспускания.

Визначаємо коефіцієнт взаємного опромінення між кожухом і нагрітої зоною:

Визначаємо приведену чорноту тіла:

, Де

.

Знаходимо коефіцієнт теплообміну за рахунок лучеиспускания:

Провідність теплообміну лучеиспускания:

Визначаємо сумарну провідність теплообміну за такою еквівалентної схемою:

Використовуючи формулу

будуємо графік залежності розсіюваною потужності від різниці температур між стінкою і кожухом, змінюючи температуру стінки від 318 До до 358 К.

Визначимо за графіком перепад температур для даної потужності розсіювання 8 Вт. Таким чином, температура нагрітої зони дорівнює 32 градуси.

Всі розрахункові значення величин, які були отримані по вищеперелічених формулах для досліджуваного діапазону зміни температури стінки, наведені нижче в таблицях.

3. Розрахунок надійності

Для розрахунку надійності пристрою складаємо таблицю 3, куди заносимо надійності окремих елементів, коефіцієнти навантаження, фактичну надійність.

Таблиця 3

К - коефіцієнт надійності

Сумарна інтенсивність відмов:

Середній час безвідмовної роботи:

Імовірність безвідмовної роботи:

P (t) = exp [- * 4000ч] = 0.599

Висновки

Зменшення габаритів кожуха може бути досягнуто за рахунок іншої компоновки елементів в об'ємі. Але прагнути до дуже щільною компонуванні елементів немає сенсу, так як це погіршить тепловий режим роботи пристрою.

При тепловому розрахунку пристрою вдалося з'ясувати, що температура нагрітої зони становить 80 градусів Цельсія.

Розрахунок надійності пристрою показав, що середній час роботи пристрою складає 2.365 · 10 ⁶ год (близько 270 років).

Застосування сучасних малогабаритних елементів, зокрема конденсаторів, дозволить зменшити розміри плати, а використання елементів з більшою середньої напрацюванням на відмову - підвищити надійність. Також для підвищення надійності необхідно прагнути до зменшення коефіцієнта навантаження.

Література

1. В. Т. Бєлінський, В. П. Гондюл, А. Б. Грозін, К.Б.Круковскій-Сіневич, Ю. Л. Мазор "Практичний посібник з навчального конструювання РЕА." - К.: Вища школа, 1992.

2. Савельєв О.Я., Овчинников В.А. "Конструювання ЕОМ і систем"-М.: Вищ. шк., 1984.

3. Радіо № 9, 1989 р., с.64.