Конденсатор переменной емкости (стр. 2 из 2)
3. Электрический и конструкторский расчеты
Величина зазора d выбирается исходя из размеров конденсаторов, требуемой точности, необходимой стабильности и электрической прочности и производственно - технологических соображений. Чем больше зазор тем выше электрическая прочность, стабильность, надежность и точность закона изменения емкости. Следует также учесть, что при увеличении зазора увеличивается объем конденсатора.
Для приближенного, но удовлетворяющего практическим требованиям расчета можно исходить из того, что при нормальном давлении допустимая напряженность поля между пластинами составляет 650 - 700 в/мм. Тогда величина зазора будет равна:
d = Uр / 500 - 700, мм (3.1), где Uр - рабочее напряжение
d = 100/650 = 0,15 мм
Если рабочее напряжение конденсатора мало (Uр " 250 в), то из технических соображений диаметр принимают: d = 0,25 - 0,3 мм.
С точки зрения объема конденсатора величина зазора должна быть малой.
Но при малых зазорах понижается надежность. Считается, что конденсаторы с зазором меньше 0,15мм вызывают чрезмерное усложнение производства. В конденсаторах повышенной точности применяют большие зазоры, порядка 1,0 - 1,5 мм. Выбираю величину зазора 0,25мм.
Радиус выреза в статорных пластинах r0 определяется радиусом оси и зазором между роторными и статорными пластинами:
r0 = r0с + (2 ÷ 3) d, (3.2), где r0с - радиус оси.
r0 = 3 + 2 · 0,25 = 3,25 мм.
Закон изменения радиусов контура пластины
Rф =
02, мм (3.3)где n - число пластин,
dC / dф - производная зависимости емкости контура от угла поворота.
Зависимость емкости от угла поворота ротора:
C =
, мм (3.4)где Cmin - начальная емкость контура, пФ,
Cmax - максимальная емкость контура или номинальная, пФ
Из формулы (3.4) имеем:
(3.5)Подставляя (3.5) в (3.4) получим:
Rф =
r0 2, мм, (3.6)Длинна конденсаторной секции вычисляется по формуле:
L = h - d + d - (n - 1), (3.7), где h - толщина пластин;
h = 2-d = 2 - 0,25 = 0,50 мм, (3.8)
Общее количество пластин выбираю следующим образом: при большом числе пластин длинна конденсатора получается чрезмерной, при малом - возрастают размеры каждой пластины, что понижает их жесткость.
Поэтому выбираю количество пластин таким образом, чтобы длинна конденсаторной секции примерно была равна радиусу ротора.
Количество пластин n = 5. При n = 5 имеем:
Rф =
3,25 2 = 8,4 мм,L == 0,50-5 + 0,25 (5 - 1) = 3,5 мм
Влияние изменения температуры на параметры конденсатора сказывается в изменении свойств и объема материалов, из которых он изготовлен.
Изменение емкости под влиянием температуры в основном вызываются изменением линейным размеров пластин и зазоров и изменением диэлектрической проницаемости воздуха (диэлектрика), находящегося в электрическом поле конденсатора. Надо иметь в виду, что емкость КПЕ состоит из двух частей:
Постоянной части (представляет собой минимальную емкостью величина которой не зависит от положения ротора) и переменной части, величина которой изменяется при перемещении ротора.
Каждая из этих емкостей имеет определенный ТКЕ, зависящий как от материалов, так и от последней. Минимальная емкость для воздуха ТКЕ = 20 10-6 С°. Температурный коэффициент переменной части емкости (ТКЕ) конденсатора определяется по формуле:
ТКЕ ~= ТК
в 
TKSA + TKd (3.9)где ТК
в - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости воздуха (20-10-6),1/град;TKSAи TKd - температурные коэффициенты активной площади пластин и зазора, соответственно, 1/град
Температурный коэффициент активной площади пластин обуславливается температурным коэффициентом линейного расширения материала
мп, из которого они изготовлены, и относительным перемещением секции ротора и статора, вызванным температурным коэффициентом линейного расширения материала основания 
мо, т. е:TKSA = TKSs TKSl, (3.10)
где TKSs и TKSl - температурные коэффициент активной площади пластин и зазора;
TKSs = 2-
мп, (3.11)где
мп - температурный коэффициент линейного расширения материала, из которого изготовлены пластины;Так как температурный коэффициент активной площади пластин обуславливается температурным коэффициентом линейного расширения материала, из которого они сделаны, значит TKSs = TKSl, поскольку материал одинаков
TKSl = 0, (3.12). Тогда TKSs = 2 19,9 10-6 = 39,8 10-6
Подставляя полученные значения в (3.10) получим: TKSA = 39,8 10-6.
Температурный коэффициент зазора между пластинами рассчитывается по следующей формуле:
ТКd =
, (3.13)где
- температурный коэффициент линейного расширения, из которого изготовлена ось.l - расстояние между пластинами ротора
ТКd = 12,5 10-6 1,2 - 2 19,9 10-6 0,25/1,2 - 2 0,50 = 15,4 10-6
ТКЕ ~ = 20 10 - 6 + 39,8 10-6 + 15,4 10-6 = 75,2 10-6
Общий ТКЕ равен:
ТКЕ = 20 10-6+ 39,8 10-6 + 15,4 10-6 + 20 10-6= 95,2 10-6
Расчетный ТКЕ конденсатор ТКЕ заданного в техническом задании (95,2 10-6), значит параметры данного конденсатора соответствуют техническому заданию.
Заключение
В данном курсовом проекте был произведен расчет переменного конденсатора с прямоемкостной зависимостью. При проектировании и расчете КПЕ руководствуемся условиями эксплуатации (климатические УХЛ ГОСТ 15150 - 69 и механические ст. ж ГОСТ 16962 - 79). Это говорит о том, что данный конденсатор переменной емкости предназначен для использования в качестве регулировочного, для подстройки контуров.
К данному конденсатору не предъявляется особых требований, значит выбираем не очень дорогостоящие материалы и простую конструкцию.
В качестве материала пластин ротора и статора выбираем латунь, которая имеет коэффициент линейного расширения 19,9 10
Ось данного КПЕ изготовляем металлическую, т. е мы выбрали мягкую сталь с коэффициентом линейного расширения 12,5 10
Кроме этого, при проведении расчетов и при проектировании был определен температурный коэффициент емкости ТКЕ который равен 9,52 10 Выбрали форму пластин для данного КПЕ - полукруглые.
Функциональная зависимость емкости от угла поворота - линейная.
Был рассчитан радиус пластины ротора - 8,4 мм.
Количество выпущенных конденсаторов предусматривается n = 10 штук в год. Изготовляем пластины ротора и статора, и другие детали КПЕ методом штамповки.
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. 2003.