Программируемый таймер установки для подводного вытяжения позвоночника (стр. 5 из 13)

(3.7)

Рассчитаем параметры времязадающих цепей таймера, генерирующего тактовые импульсы для АЦП.

(3.8)

Выберем из ряда Е12 значение C=15пф

Рассчитаем значение резистора R2 по формуле 3.2.4:

(3.9)

Выберем из ряда Е12 значение R2=1.8Мом

По формуле (3.5) рассчитаем значение R1

(3.10)

Результаты рассчётов с учётом обозначений элементов по схеме электрической принципиальной приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Номиналы рассчитанных элементов

Элемент	Номинал	Тип элемента
R1	2.2Мом	С2-23-0,125
R2	2,2Ком	С2-23-0,125
R3	8,2Ком	С2-23-0,125
R4	3,3Ком	С2-23-0,125
R5	1,8Мом	С2-23-0,125
R6-R12	820 Ом	С2-23-0,125
C1	0,68мкф	КМ
C2	0,1мкф	К21У-2
C3	30пф	К21У-2
C4	30пф	К21У-2
C5	10мкф	К50-6
C6	15пф	К21У-2
C7	0,1мкф	К21-9

Номиналы резистора R3 и конденсаторов C3,C4,C5 взяты, как типовые для времязадающей цепочки микроконтроллера МК51. Произведём рассчёт коммутирующего транзисторного ключа для схемы управления шаговым двигателем. Типовые параметры шагового двигателя небольшой мощности приведены в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Параметры шагового двигателя

Параметр	Значение
Кол-во полюсов ротора	50
Коэффициент объединения	0,121 В*рад-1*сек
Инерция ротора	1,16*10-5кг*м2
Сопротивление обмотки статора	0,66 Ом
Индуктивность обмотки статора	1,52*10-3Гн
Номинальный ток обмотки статора	2А

Для рассчёта примем номинальный ток каждой из обмоток шагового двигателя равным 2А. Схема представлена на рисунке 3.7

Для рассчёта потребуются следующие данные:

H₂₁=750..18000

I_k.max=20А

U_бэ=1,2...2в

Ток базы транзистора в открытом состоянии не должен превышать максимально допустимый ток на выходе параллельного порта микроконтроллера. Максимальный ток на выходе составляет: не более 10мА.

При I_к=2А получим:

(3.11)

Определим величину ограничительного резистора R:

(3.12)

откуда:

(3.13)

Из ряда Е12 выберем R=820 Ом

3.3 Расчёт элементов блока питания

Блок питания включает в себя трансформатор, двухполупериодные выпрямители, сглаживающие конденсаторы и стабилизатор напряжения.(рисунок 3.8) Основным элементом блока питания является трансформатор. Ниже приведен расчёт питающего трансформатора для

Таблица 3.3 - Исходные данные для расчёта трансфрматора

Величина	Значение
Напряжение питающей сети, U1	220В
Напряжение вторичной обмотки, U2	5В
Напряжение вторичной обмотки, U3	12В
Напряжение вторичной обмотки, U4	36В
Ток вторичной обмотки I2	150мА+3мА+6мА
Ток вторичной обмотки I3	2А
Ток вторичной обмотки I4	10мА

Номинальной мощностью трансформатора питания называют сумму номинальных мощностей вторичных обмоток. Номинальная мощность вторичной обмотки определяется как произведение тока при номинальной нагрузке на номинальное напряжение.

Номинальная мощносьт трансформатора пропорциональна частоте напряжения сети, индукции в магнитопроводе, плотности тока обмоток, площади сечения стали в магнитопроводе и площади сечения меди, заполняющей окно магнитопровода.

КПД трансформатора:

(3.14)

где P_ном-номинальная мощность трансформатора, P_мп-мощность потерь в магнитопроводе, P_об-мощность потерь в обмотках

Определим номинальную мощность трансформатора:

(3.15)

Подставляя данные из таблицы 3.3 получим:

Определяем произведение:

(3.16)

где S_м-площадь сечения магнитопровода, см²; S_ок-площадь окна магнитопровода, см²; P_ном-мощность, Вт; f- частота питающей сети, Гц; B_m- амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Т; j- плотность тока, А/мм²; k_ок- коэффициент заполнения окна магнитопровода; k_м- коэффициент заполнения сечения стержня магнитопровода. Значение B_m- можно выбирать по графику (рисунок 3.9) в зависимости от габаритной мощности трансформатора P_г»(1,05..1,3)P_ном и марки стали. Наибольшее значение коэффициента при P_ном соответствует трансформаторам с P_ном<10 В*А, наименьшее – трансформаторам с P_ном>100 В*А. Плотность тока в обмотках выбирают от 2 (при P_ном>200 В*А) до 6 А/мм² (при P_ном=10 А*В и менее) Коэффициент k_ок, тем меньше, чем тоньше провода обмоток (чем меньше номинальная мощность трансформатора). Для броневых трансформаторов с P_ном=15..50 В*А можно принимать k_ок=0,22..0,28, с P_ном=50..150 В*А – k_ок=0,28..0,34 и для трансформаторов большей мощности k_ок=0,35..0,38

Коэффициент k_м – зависит от толщины листов, их вида и изоляции. Для магнитопроводов из Ш-образных пластин толщиной 0,1 мм, изолированных лаком, можно принять k_м=0,7; при толщине пластин 0,2мм - k_м=0,85; при толщине пластин 0,35 мм k_м=0,91. Если пластины изолированны фосфатной плёнкой, то можно принимать k_м=0,75; 0,89 ;0,94 соответственно.

Выбранные значения коэффициентов приведены в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Выбранные из условий значения

Коэффициент	Значение
Pг	1,2*Pном=1,2*25,16=30,192Вт
Bm	1,28Т (марка стали Э41)
j	4 А/мм2
kок	0.24
kм	0.7

Определяем произведение S_м*S_ок из формулы (3.16):

Определяем размеры магнитопровода (см. таблицы 3.5, 3.6).

Таблица 3.5 - Размеры нормализованных броневых магнитопроводов из штампованных пластин. (см. рисунок 3.10)

Тип	y,мм	y1,мм	b,мм	h,мм	L,мм	H,мм	Средняя длина пути магн. линии
Ш	9	9; 12	9	22,5	36	31,5	7,72

12	10; 12; 16; 20; 25; 32	12	30	48	42	10
16	10; 12; 16; 20; 25; 32; 40	16	40	64	56	13,7
20	12; 16; 20; 25; 32; 40; 50	20	50	80	70	17,4
25	16; 20; 25; 32; 40; 50; 64	25	62,5	100	87,5	21,4
32	20; 25; 32; 40; 50; 64;80	32	80	128	112	27,4
40	25; 32;40; 50; 64; 80; 100	40	100	160	140	34,3
ША	5	6,3; 10	5	12,5	20	17,5	4,3
	6	8; 12,5	6	15	24	21	5,2
	8	10; 16	8	20	32	28	6,3
	10	16; 20	10	25	40	35	8,6
	12	25	12	30	48	42	10,3
ШВ	3	4; 6,3	3,5	8	14	12	2,8
	4	4; 8	5	10	20	15	3,4

Таблица 3.6 - Размеры нормализованных ленточных броневых магнитопроводов (см. рисунок 3.11)

Тип	y,мм	y1,мм	b,мм	h,мм	L,мм	H, мм	Средняя длина пути магн. линии, см
ШЛ	4	4; 5; 6,5; 8	4	10	16	14	3,4
5	5; 6,5; 8; 10	5	12	20	17	4,2
6	6,5; 8; 10; 12,5	6	15	24	21	5,1
8	8; 10; 12,5; 16	8	20	32	28	6,8
10	10; 12,5; 16; 20	10	25	40	35	8,5
12	12,5; 16; 20; 25	12	30	48	42	10,2
16	16; 20; 25; 32	16	40	64	56	13,6
20	20; 25; 32; 40	20	50	80	70	17,1
25	25; 32; 40; 50	25	62,5	100	87,5	21,3
32	32; 40; 50; 64	32	80	128	112	27,3
40	40; 50; 64; 80	40	100	160	140	34,2
ШЛМ	8	8; 10; 12,5; 16	5	14	26	22	5
10	10; 12,5; 16; 20	6	18	32	28	6,4
12	12,5; 16; 20; 25	8	23	40	35	8,1
16	16; 20; 25; 32	10	26	52	42	9,7
20	20; 25; 32; 40	12	36	64	56	12,7
25	25; 32; 40; 50	15	45	80	70	16
ШЛО	4	5; 6,5; 8; 10	5	13	18	17	4,4
5	5; 6,5; 8; 10	6,2	16	22,4	21	5,6
6	6; 8,5; 10; 12,5	7,5	23	27	29	7,3
8	8; 10; 12,5; 16	10	27	36	35	9,6
10	10; 12,5; 16; 20	12,5	32	45	42	11
12	12,5; 16; 20; 25	20	44	65	57	14,7
16	16; 20; 25; 32	24	64	81	71	18,1