Розробка конструкції та техніко-економічне обґрунтування таймера-регулятора потужност

Іе max = Ік max + Ік max / h21е min (3.1.14)

Іе max = 1 + 1 / 40 = 1.025 А

1.13 Максимальний струм бази регулюючого транзистора

Іб max = Іе max / h21е min (3.1.15) Іб max = 1.025 / 40 = 0.0256 А

1.14 Шукаємо транзистор по величині струму

Ік2 = 1.1* Іб max (3.1.16)

Ік2 = 1.1 * 0.0256 = 0.2816 А

По струму Ік2 беремо транзистор П601БИ з параметрами

Uке max = 30 В

Ік max = 0.5 А

Рк доп. = 0.5 Вт

h21е min” = 80 при Ік = 0.5А

Іб2 = Іе max / h21е min*h21е min” = 1.025 / 40*80 = 0.00032 А < 0.0005 А

1.15 Величина опору автозміщення Rб транзистора П601БИ

ІRб = (1 ч 1.5)*Ік обр. (3.1.17)

ІRб = 1.2*0.015 = 0.018 А

Rб = Uвих. min / ІRб (3.1.18)

Rб = 12 / 0.018 = 670 Ом

Потужність на опорі

РRб = (ІRб)І*Rб (3.1.19)

РRб = (0.018)І*680 = 0,254 Вт

Беремо опір типу С2-23- 0.5 - 680 Ом

1.16 Потужність на транзисторі П601БИ

Рк2 = Рк max*Ік2 (3.1.20)

Рк2 = 9.85*0.028 = 0.278 Вт < Рк доп. = 0.5 Вт

2 Розрахунок пристрою порівняння та ППС

2.1 Величина еталонної напруги

Uоп. < Uвих. min - (2 ч 3)В (3.1.21)

Uоп. < 12 - 2 = 10 В

Іоп. cт. min > 5*Ібн (3.1.22)

Іоп. cт. min > 5*0,0004 = 0,002 А

Беремо стабілітрон типу Д810 з параметрами

Uст н = 10 В

Uст min = 9 В

Uст max = 10.5 В

Іст min = 0.002 А

Іст max = 0.026 А

бст 0.058 при Т = -20 ч +20єС

Rдин = 12 Ом при Іст = 0,005 А

2.2 Величина струму та напруги колектора транзистора

Іку ? 8*Ібн (3.1.23)

Іку ? 8*0.0004 = 0.0032 A

Uк = Uвих. max - Uст min (3.1.24)

Uк = 13 - 9 = 4 В

Беремо транзистор КТ342Б з параметрами:

Uке дод. = 20 В

Ік max = 0.02 A

Pк дод. = 0.15 Вт

h21е min = 50

2.3 Струм бази транзистора ППС

Uк = Uвих. max - Uст min (3.1.25)

Uк = 13 - 9 = 4 В

2.4 Вхідний опір транзистора ППС

Rвх. ппс = 1 / (25ч35)*Іку (3.1.26)

Rвх. ппс = 1 / 25*0,0032 = 12,5 Ом

2.5 Величина опору Rг2

Rг2 = Uвих. min - Uст max / Іст min + Іку (3.1.27)

Rг2 = 12 - 10.5 / 0.002 + 0.0032 = 290 Ом

Потужність розсіювання на ньому

Рг2 = (Іст min + Іку)І*Rг2 (3.1.28) Рг2 = 0.00002704*290 = 0.00784 Вт

Беремо резистор С2-23-0.125-320

2.6 Максимальний струм скрізь стабілітрон

Іст max =((Uвих.max - Uст min) / Rг2) + Іку (3.1.29)

Іст max = ((13 -9) / 320) + 0.0032 = 0.0157А = 15.7 мА < Іст max = 26 мА

2.7 Величина струму у опірному дільнику

Іділ >> Іб ппс = 30*0.000064 = 0.002А (3.1.30)

2.8 Опір резистивного дільника

Rділ = Uвих. min / Іділ (3.1.31)

Rділ = 12 / 0.002 = 6.25 кОм

2.9 Коефіцієнт зворотного зв'язку дільника

Кз.в. min = Uст min / Uвих. max (3.1.32)

Кз.в. min = 9 / 13 = 0.69

Кз.в. = Uст н / Uвих. (3.1.33)

Кз.в. = 10 / 12.5 = 0.8

Кз.в. max = Uст max / Uвих. min (3.1.34)

Кз.в. max = 10.5 / 12 = 0.875

2.10 Величина опорів R1 та R3 дільника

R1 ? (1 - Кз.в. max )*Rділ (3.1.35)

R1 ? 0.125*6000 = 750 Ом

РR1 = (Іділ)І*R1 (3.1.36)

РR1 = 0.000004*750 = 0.003 Вт

Беремо резистор С2-23-0.125-750

R3 ? Кз.в. min*Rділ (3.1.37)

R3 ? 0.69*6000 = 4100

РR3 = (Іділ)І*R3 (3.1.38)

РR3 = 0.000004*4000 = 0.016 Вт

Беремо резистор С2-23-0.125-4.3к±10%

2.11 Опір змінного резистора R2

R2 ? Rділ - R1 - R3 (3.1.39)

R2 ? 6000 - 750 - 4300 = 950 Ом

Беремо резистор СП2-2а-1.3к

2.12 Максимальний ККД

Ю = Uвих. max *Ін max / Uо max*Ік max (3.1.40)

Ю = 13*1 / 20.9*1 = 0.622

2.13 Основний коефіцієнт стабілізації

Кст. осн = (Кз.в. / Rвх. ппс)*(Rк.с / А)*( Uвих. / Uон) , де (3.1.41)

а) 1/ Rк.с = (Rк1+Rк2) / Rк1*Rк2 = (240000 + 30000) / 72*100000000

Rк1 = R1к*h21е min” = 3000*80 = 240000 Ом

Rк2 = 30000 Ом (для транзистора П601БИ)

Rк.с = 720000 / 27 = 26.7 *1000 Ом

б) А = 1 + (Rділ *(1 - Кз.в.)*Кз.в. / h21е min ) / Rвх. ппс = 1 + (6000*0.2*0.8/50)/ 12.5 = 1 + 1.536 = 2.536

Кст. осн = 0.8*26700*12.5 / 12.5*2.536*19 = 267000 / 602.3 = 443.3

2.14 Коефіцієнт стабілізації

Кст. = Кст. осн = 443.3 > 200 (3.1.42)

2.15 Фактичний коефіцієнт пульсацій та амплітуда на виході стабілізатора

Кп. вих. = Кп. вх. / Кст. (3.1.43)

Кп. вих. = 5.9 / 443.3 = 0.0133 %

U~m вих. = Кп. вих.*Uоп. (3.1.44)

U~m вих. = 0.000133*10 = 0.00133 =1.33 мВ

3.2 Розрахунок випрямляча з фільтром

Згідно до завдання на ДП необхідно розрахувати випрямляч з фільтром (рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 - Схема електрична принципова випрямляча з фільтром

Дані для розрахунку

1 Напруга в навантаженні

Uо = 19 В

2 Струм навантаження

Iо = 0,5 А

3 Коефіцієнт пульсацій напруги в навантаженні

Кп = 5,9 % = 0,059

4 Напруга і частота живлячої мережі

Uмер. = 220 В з f = 50 Гц

Розрахунок

1.Потужність нагрузки:

Ро = Io * Uо (3.2.1)

Ро = 0,5 * 19 = 9,5 Вт

2. Падіння напруги на дроселі

Uдр = 0,15 Uо (3.2.2)

Uдр = 2,85 В

3 Постійна напруга на вході згладжуючого випрямляча

Uпост = Uо + Uдр (3.2.3)

Uпост = 19 + 2,85 = 21,85 В

4 Обираємо однофазну мостову схему.

Визначаємо активний опір трансформатора

Rтр = Kr * Uпост * a / Io * f * Bm (3.2.4)

де a = = 2,53

Kr = 3,5 Bm = 1,4 Тл

S = 1

Rтр = 3,5 * 21,85 * 2,53 / 0,5 * 50 * 1,4 = 5,53 Ом

5 Обираємо тип вентилю

Іов = 0,5Iо (3.2.5)

Іов = 0,25 А

Iтв = 0,5F * Iо (3.2.6)

Iтв = 0,5 * 6 * 0,5 = 1,5 А

Uобр = 1,41В * Uпост (3.2.7)

Uобр = 1,41 * 21,85 = 30,8 В

де В = 1

F = 6

Обираємо вентиль типу Д214 (4 шт.) з параметрами:

Uобр = 100 В

Іов макс = 2 А

Середня пряма напруга Uпр ? 1 В

6 Внутрішній опір вентилю

Ri = Uпр / 3 Іов (3.2.8)

Ri = 1 / 3 * 0,75 = 1,33 Ом

7 Повний активний опір фази вентилю

Rв = Rтр + 2Ri (3.2.9)

Rв = 5,53 + 2,66 = 8,2 Ом

8 Індуктивність дроселя трансформатора

Ls = KL * S * Uпост / Io * f * Bm * a (3.2.10)

Ls = 0,005*1*21,85 / 0,5*50*1,4*2,53 = 0,0012 Гн

де KL = 0,005

9 Величина розрахункового параметра

А = П * Io * Rв / m * Uпост (3.2.11)

А = 3,14*0,5*8,2 / 2*21,85 = 0,29

10 Кут зсуву фаз за рахунок Ls

Ј = arctg(2П*f* Ls / Rв) (3.2.12)

Ј = arctg 0,0459 = 3°

В = 1,09

D = 2,17

F = 6

H = 600

11 Визначимо величини необхідні для розрахунку трансформатора

U2 = B*Uпост (3.2.13)

U2 = 1,09*21,85 = 23,82 В

I2 = 0,707* D*Io (3.2.14)

I2 = 0,707 * 2,17* 0,5 = 0,77 А

I1 = Kтр * I2 (3.2.15)

I1 = 0,07 А

де Kтр = U2 / U1 = 0,108

Ртип = 0,707 * В * D * Io * Uпост (3.2.16)

Ртип = 0,707*1,09*2,17*0,5*21,85 = 18,27 В*А

12 Уточнюємо величину Rтр та Rв

При Ртип до 40 В*А і f = 50 Гц для сталі Е340 значення Bm = 1,55 Тл

Rтр = 3,12 Ом

Ls = 0,0015 Гн

Rв = 3,12 + 2,66 = 5,78 Ом

13Уточнюємо параметри вентилю та трансформатора

А = 0,21

Ј = arctg(2П*f* Ls / Rв) (3.2.17)

Ј = arctg 0,081 = 5°

В = 1

D = 2,21

F = 6,4

H = 440

Iов = 0,5 А

Uобр = 1,41*1*21,85 = 30,8 В < Uобр доп = 100 В

U2 = 1*21,85 = 21,85 В

I2 = 0,707*2,21*0,5 = 0,78 А

Ктр = 21,85/220 = 0,099

I1 = 0,099*0,707*2,21*0,5 = 0,077А

Ртип = 0,707*0,78*2,21*21,85 = 26,63 В*А

14 Вибираємо П-образний LC фільтр

Коефіцієнт пульсацій на вході фільтру:

Кп.вх. = 100Н / RвСо (3.2.18)

Задаємося ємкістю конденсатора на вході фільтру такої величини, щоб значення Кп.вх було менше 3 %

Со = 100 мкФ

Кп.вх. = 76%

15 Коефіцієнт згладжування фільтру

q = Кп.вх. / Кп.вих. (3.2.19)

q = 0,76/ 0,1 = 7,6

16 Амплітуда змінної напруги на конденсаторі Со

U~m = Кп.вх. * Uo (3.2.20)

U~m = 0,076*21,85 = 1,7 В

Вибираємо конденсатор типу К50-27 з умови:

Uраб конд = 50 В > U2m = 1,41U2 = 33,6 В

U-m конд > U~m

U~m конд = 6%

Uраб конд = 0,06*50 = 3 В > U~m = 1,7 В

Конденсатор С1 на виході фільтру вибераєм того ж типу що і С0

17 Індуктивність дроселя фільтру

L = 10(q + 1) / mІ * C1 (3.2.21)

L = 10*8,6 / 4 * 100 = 0,215 Гн

Вибираємо уніфікований дросель типу Д4-0,6-0,12 параметри якого наступні:

L = 0,6 Гн

I0 = 0,12 А

U~др доп = 5 В

U~ m др доп = 1,41 U~др доп = 7 В > U~m = 3,8 В

18 Фактичний коефіцієнт згладжування

q = mІ * C1 * L / 10 (3.2.22)

q = 24

Фактичний коефіцієнт пульсації напруги в навантаженні

Кп.вих. = Кп.вх. / q (3.2.23)

Кп.вих. = 0,76 / 24 = 0,032

19 ККД випрямляча

n = Ро ном / Ро ном + Рв + Ртр + Рф (3.2.24)

де Ро ном = Ро = 9,5 Вт

Рв = Io * 2 * Uпр = 1 Вт

Ртр = Ртип(1- nтр) = 26,63*0,1 = 2,663 Вт

Рф = Uдр*Io = 2,85*0,5 = 1,425 Вт

n = 9,5 / 9,5+1+2,663+1,425 = 0,65 або 65%

4 КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

4.1 Конструкторська частина

Згідно з технічним завданням було розроблено корпус для схеми „Регулятор потужності з таймером”. Друкована плата має три отвори для кріплення на корпус.

Корпус являє собою пластикова коробка (120х92,5х20), що складається з двох деталей. Товщина пластика складає 5мм у всіх стінках. Перша, основна, має на основі чотири піднесені циліндри зі спеціальними отворами для шурупів на місцях, які зазначені на рисунку друкованої плати. Вони піднесені на 7 мм від стінки основи. Завдяки їм плата тримається у корпусі нерухомою.

В корпусі є отвори для змінних опорів R7 та R20, перемикачів SA1 та SA2,а також індикатора HL1.

В якості вмикача живлення існують клеми з фіксацією, що кріпляться укомплектованою гайкою на праву стінку корпусу, що входить до першої деталі. Провідниками (ПХВ.М - 2.5) з`єднуються із самою платою.

Таким чином ми маємо зручний і досить компактний корпус для регулятора потужності з таймером.

4.2 Технологічна частина

4.2.1 способи виготовлення друкованої плати

Друкована плата є плоскою ізоляційною підставкою, на одному чи обох боках якої розташовані металеві провідники, відповідно до електричної схеми.

Друкована плата служить для монтажу на ній електрорадіоелементів за допомогою напівавтоматичних і автоматичних установок з подальшим одночасним паянням всіх ЕРЕ зануренням в розплавлений припій або на хвилі рідкого припою ПОС.

До друкованої плати пред'являється ряд вимог по точності розташування провідного малюнка, по величині опору ізоляції діелектрика, механічної міцності і тд. (ГОСТ 23752--79). Однією з основних вимог є забезпечення здатності до паяння, що досягається відповідним вибором гальванічного покриття і технологією металізації, тому у виробництві друкованої плати особливу увагу надається хіміко-гальванічним процесам.

Виготовлення друкованої плати (ГОСТ 2.417-91) здійснюється хімічним, електрохімічним або комбінованим способом. Останнім часом набули поширення нові способи виготовлення - аддетивні. Нижче дана коротка характеристика кожного із способів.

Вихідним матеріалом при хімічному способі служить фольгований діелектрик, на поверхню якого з одного або двох боків наклеєна мідна фольга завтовшки 35-50 мкм.

На поверхню мідної фольги спочатку наноситься захисний малюнок (рельєф) так, щоб він закрив провідники при витравленні міді. Захисний малюнок схеми виконується стійкими до дії травильних розчинів матеріалами. Потім слідує операція витравлення, в результаті якої повністю витравлюється мідь і створюється провідний малюнок.

У зарубіжній практиці даний спосіб називають субтрактивним. Отвори для установки виводів електрорадіоелементів свердляться або штампуються після витравлення міді і не металізуються. Паяння виводів електрорадіоелементів проводиться безпосередньо до контактних майданчиків друкованих провідників.

Електрохімічний спосіб в зарубіжній літературі і частково у вітчизняній практиці називають напіваддитивним від латинського слова «additio» (складання), оскільки провідний малюнок створюється в результаті електрохімічного осадження металу, а не витравляння. Префікс «напів» означає, що в технології виготовлення збережена операція витравлення тонкого шару металу, який утворюється по всій поверхні плати при хімічній металізації.

Вихідними матеріалами в цьому випадку служать нефольговані діелектрики. Захисний малюнок на відміну від попереднього методу наносять так, щоб відкритими залишалися ті ділянки поверхні, які підлягають металізації з метою утворення провідникових елементів схеми.

Електрохімічний спосіб передбачає отримання металізованих отворів одночасно з провідниками і контактними майданчиками.

Комбінований спосіб є поєднанням перших двох способів. Вихідним матеріалом служить фольгований з двох сторін діелектрик, тому провідний малюнок одержують витравленням міді, а металізація отворів здійснюється за допомогою хімічного міднення з подальшим електрохімічним нарощуванням шару міді. Паяння виводів електрорадіоелементів проводиться за допомогою заповнення припоєм монтажних отворів в платі.

Страницы: 1, 2, 3