Электрический и конструктивный расчет

3. Электрический и конструктивный расчет

3.1 Выбор геометрических размеров пластин

Суммарное число пластин конденсатора выбирается с учётом того, что суммарная длинна секции должна быть приближённо равна радиусу пластины ротора и суммарная длина КПЕ не должна превышать заданное в ТЗ значение.

Принимаем число пластин N=31.

Величину зазора находим из следующего выражения:

D = (3.1)

где U_раб. – максимальное рабочее напряжение, В;

Е - допустимая напряженность поля, В/мм.

Е = (400-700)В/мм

D=

Для предотвращения в статорных пластинах их электрического замыкания с осью вычисляем радиус r₀ :

r_{o =} r_oc+(2-3)d  (3.2)

где r_oc – радиус оси. d = 1мм;

r_o= 1 + 3 * 0.375 = 2,125мм

3.2 Определение формы и размеров пластин

Для расчета радиуса пластины, обеспечивающей прямоемкостную зависимость емкости, пользуемся формулой:

R = ²  (3.3)

Где С_max – максимальная емкость конденсатора, пФ;

С_min – минимальная емкость конденсатора, пФ;

r_о - радиус выреза в статорных пластинах, мм;

К =  (3.4)

Подставим данные в формулу (3.4) и (3.3)

К =

R = ² = 8.2мм

Длинна секции определяется по формуле:

l_c = h_пл N_р + d N_ст (3.5)

Где h_пл - толщина пластины (выбираем h_пл = 0.3мм);

N_р – число пластин на роторе ;

N_ст – число пластин на статоре;

d - зазор между пластинами ротора и статора, мм.

l_c = 0.3*15 + 0.375*16 = 10,5мм

3.3 Вычисление температурного коефициента емкости

При изменении температуры воздуха изменяются как физические, так и геометрические размеры (s и d) конденсатора, что приводит к изменению ёмкости. Ёмкость КПЕ состоит из двух составляющих: постоянной (представляет собой минимальную ёмкость С_min, величина которой не зависит от положения ротора) и переменной С_пер, величина которой изменяется при перемещении ротора. Каждая из этих емкостей имеет свой определённый ТКЕ

Температурный коэффициент переменной части емкости вычисляем, пользуясь формулой:

TKE = TKE_В + TKS - TKd (3.6)

Где TKS – температурный коэффициент активной площади пластин;

TKd – температурный коэффициент активной площади зазора;

TKS = TKS_L + TKS_S (3.7)

Где TKS_Lи TKS_S – температурные коэффициенты активной площади пластин, обусловленные l_мп и l_м;

TKS_S = 2l_мп (3.8)

где l_мп – коэффициент линейного расширения материала пластины.

L_мп = 22,5 *10^-6

Подставим значения коэффициента линейного расширения для алюминия в формулу (3.8) получим :

TKS_S = 2 *22,5*10^-6 = 45*10^-6 С^-1

Теперь найдем TKS из выражения (3.7):

TKS = 45*10^-6 + 0 = 45*10^-6оС^-1

Температурный коэффициент зазора между пластинами рассчитывается по формуле:

TKd = ; (3.9)

TKd=(a_mo*l-2a_mпd_п)/(l-2_*d_п),°C,

где l_мо – коэффициент линейного расширения материала, из которого изготовлена ось.

Ось изготовлена из алюминия.

l_мо =22,5*10^-6

L – расстояние между пластинами ротора;

L = 0,105см

d_n - ширина пластины;

d_п = 0,03см

Подставим данные в формулу (3.9):

TKd =  

Рассчитаем общее ТКЕ по формуле (3.6):

ТКЕ = 18*10^-6+45*10^-6 = 63*10^-6оС^-1

Полученное значение ниже требуемого, следовательно, не усчитанные здесь составляющие не могут поднять параметр КПЕ выше допустимого значения. Разработанная конструкция конденсатора удовлетворяет требованиям ТЗ по стабильности.

Выводы

В данном курсовом проекте был произведен расчет КПЕ с нейтральным ротором с прямоемкостной зависимостью, который предназначен для использования в стационарной аппаратуре.

Материал оси и пластин был выбран с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения,- для уменьшения ТКЕ.

В качестве материала пластин ротора и статора выбираем алюминий, которая имеет коэффициент линейного расширения 22,5* 10^-6.

Ось данного КПЕ изготавливаем тоже из алюминия, с таким же коэффициентом расширения.

Кроме этого, при проведении расчетов и при проектировании был определен температурный коэффициент емкости ТКЕ, который равен 63* 10^-6оС^-1.

Функциональная зависимость емкости от угла поворота – линейная. Был рассчитан радиус пластины ротора, который равен 8,2 мм.

Количество выпущенных конденсаторов предусматривается n = 5000 штук в год.

Изготавливаем пластины ротора и статора, а также другие детали КПЕ методом штамповки, так как этот метод наиболее удобен для массового производства, хотя по электрическим характеристикам он уступает другим методам.

Соединение пластин производится при помощи расчеканки, оно отличается простотой и удобством выполнения.

Достоинством конструкции такого конденсатора являются малые размеры и возможность использования типового производственного оборудования.

Список литературы

1.  Волгов В.А. Детали и узлы РЭА – М. Энергия. 2007.- 656с.

2.  Устройства функциональной радиоэлектроники электрорадиоэлементы: Конспект лекций. Часть 1/М.Н.Мальков, В.Н. Свитенко. – Харьков: ХИРЭ 2002. – 140с.

3.  О.Ю. Савельев Конденсаторы. Конструкция и устройство – Москва. ЕлАтомИздат. 1983

4.  Т.А. Рычина, А.В. Зеленский “Устройства функциональной электроники и радиоэлементы” Москва “Радио и связь”.1989г.

5.  Г.Д. Фрумкин “Расчет и конструирование радиоаппаратуры” Москва “Высшая школа”1989

6.  В.Т. Ренне “Расчет и конструирование конденсаторов” Киев “Техника”1966

ПАСПОРТ

Минимальная ёмкость, С_min, пФ - 4

Максимальная ёмкость, С_max, пФ - 1000

Рабочее напряжение, U_раб, В - 150

Число секций -.1

Температурный коэффициент ёмкости, ºС^-1 - 63*10^-6

Рабочий угол - 180º

Диаметр оси, мм - 2

Закон изменения ёмкости КПЕ - прямоемкостной

Программа, шт. - 5000

Условия эксплуатации - по ГОСТ 15150-69