Гаситель комутаційних завад (стр. 5 из 7)

Із довідника [3] підбираємо найближчий номінальний опір – 270 Ом.

6.10 Знаходимо максимальний струм, що протікає через стабілітрон. Для цього корисуємось законом Ома для ділянки кола:

I_R3max = (U_{вих max} – U_{ст min}) / R3; (6.14)

I_R3max = (4,3 – 2,5) / 280 = 0,006 A.

6.11 Визначаємо максимальну потужність розсіяння на резисторі:

P_{R3 max} = I²_{R3 max} * R3; (6.15)

6.12 Далі визначаємо параметри подільника напруги, що побудований на резисторі R5. Для цього задаємося струмом, що протікає через подільника. Даний параметр зазначаємо із довідника [3]. У даному випадку струм подільникаI_п складає 0,002 А. За допомогою даного параметра знаходимо опір загальний опір резистора R5:

R5 = U_вихmax/ I_п;(6.16)

R5 = 4,3 / 0,002 = 2150 Ом.

Із довідника [3] визначаємо тип і опір потрібного резистора. У даному випадку задовольняє резистор СП3-19А із опором 2,2 кОм.

6.13 Обчислюємо мінімальний коефіцієнт передачі подільника:

α_min = U_{ст min} / U_вихmax;(6.17)

α_min = 2,5 / 4,3 = 0,58.

6.14 Обчислюємо максимальний коефіцієнт передачі подільника:

α_mах =U_{ст max} / U_вихmin; (6.18)

α_mах = 2,9 / 3,9 = 0,74.

6.15 Оскільки у даному стабілізаторі буде застосований змінний резистор, то розрахуємо опори його обох частин відносно ротора. Спочатку розрахуємо опір його першої частини, з’єднаної із анодом стабілітрона:

R_1ч = α_min * R_п; (6.19)

R_1ч = 0,58 * 2200 = 1276 Ом;

Визначаємо опір другої частини, з’єднаної з емітером регулюючого транзистора:

R_2ч = R_1ч* (1 - α_mах) / α_min; (6.20)

R_2ч = 1276 * (1 – 0,74) / 0,58 = 572,4 Ом.

6.16 Після того, як був вибраний стандартний номінал подільника, потрібно уточнити значення протікаючого через резистор струму. Для цього застосовуємо закон Ома для ділянки кола:

І_п = U_{вих max} / (R_1ч + R_2ч); (6.21)

І_п = 4,3 / (1276 + 572,4) = 0,0105 А.

6.17 Обчислюємо потужності, що розсіюються на обох частинах резистора:

P_1ч = I²_п * R_1ч;(6.22)

P_1ч = 0,0105² * 1276 = 0,14 Вт;

P_2ч = I²_п * R_2ч; (6.23) P_2ч = 0,063 Вт.

6.18 Знаходимо коефіцієнт корисної дії (ККД) стабілізатора:

η = U_вх * І_н / U_вх * І_вх; (6.24)

η = 4,2 * 0,025 / 12 * 0,030 * 100%= 30%

6.19 Далі розраховуємо коефіцієнт стабілізації.Цей параметр розраховуємо по формулі (6.25):

К_ст = (U_{мп вх} * U_вх) / (U_{мп вих} * U_вих). (6.25)

Проте значення U_{мп вих} не відоме, тому розрахуємо його:

U_{мп вих} = 0,1 * (U_{вх min} + U_{КEр max}); (6.26)

U_{мп вх} = 0,1 * (8 + 11,784) = 1,97 В;

К_ст = (1,97 * 12) / (0,5 * 4,2) = 11,25.

6.20 Визначаємо вихідний опір стабілізатора:

R_вих = U_{мп вих} / ΔІ_н, (6.27)

де ΔІ_н – зміна номінального струму, ΔІ_н = І_{н max} – І_н;

ΔІ_н = 0,005 А.

Rвих = 0,5 / 0,005 А = 100 Ом.

Далі будемо розраховувати параметри формувача синхроімпульсів. Для цього користуємось методикою розрахунку [3]. Розрахунок дозволить визначити номінальну ємність розділового конденсатора С2 та вхідний опір даного формувача. Вузол генератора зображено на рисунку 6.2.

Рисунок 6.2

6.21 Визначаємо вхідний опір генератора за формулою (6.28):

R_вх = (1 + h_21e) * R_н.е., (6.28)

де R_н.е. = R1 * r_K / R7 + R8.

Значення r_K у даному випадку – опір колектора транзистора VT3, його зазначаємо із довідника [3].

R_н.е. = 2700 * 125000 / 20000 + 5100 = 21,9 кОм;

R_вх = (1 + 300) * 21900 = 6591900 Ом.

6.22 Уточнюємо опір резистора R7, виходячи з рівності

R7 ≈ 10 * R_вх / h_21e; (6.29)

R7 ≈ 10 * 659100 / 300 = 21678 Ом.

6.23 Визначаємо ємність розділового конденсатора С2. Використовуємо для цього формулу (6.30):

С2 = 2π * 0,1 / f_p; (6.30)

f_p у даному випадку робоча частота імпульсів, яку формує вузол. У нашому випадку потрібна частота складає 50 Гц, нею і задаємося.

C2 = 2π * 0,1 / 50 = 10 нФ.

Розрахунок надійності виробу

Надійність пристрою у роботі – ключовий фактор доцільності його застосування у побуті. Розрахунок надійності визначає точний час безвідмовної роботи, час напрацювання до першої відмови, виходи з ладу елементів. Можна обґрунтувати означення параметрів надійності для кращого розуміння справи.

Надійність – це властивість виробу виконувати функцію у зазначених умовах експлуатації при збереженні показників в раніше зазначених параметрах.

Відмова – це порушення працездатності виробу при роботі всієї системи.

Довговічність – це властивість виробу зберігати працездатність до настання граничного стану при умові виконання вимог по технічному обслуговуванню.

Граничний стан – це критична параметрична точка, при якій ще можливе використання апарату. Після переходу такої точки до більшого значення апарат уже непридатний до застосування.

Інтенсивність відмов – це кількість відмов елементів або всього пристрою на протязі зазначеного інтервалу часу.

7.1 Із довідника [4] визначаємо номінальні значення інтенсивності відмов для кожного типу елементів (λ_н).

Конденсатори:

CD263 – 0,035;

2A103K – 0,03;

CL21 – 0,03;

Діоди:

1N4007 – 0,2;

КС126А – 0,2;

Резистори:

C2-23 – 0,016;

C2-33 – 0,016;

МЛТ – 0,016;

СП3-19 – 0,08;

Транзистори:

КТ3107Б – 0,84;

КТ3102Б – 0,84;

Мікросхеми:

К561ТМ2 – 0,04;

Симистор:

BT136-600 – 0,07;

Клемники гвинтові 300-5.0-02P-12– 0,01;

Пайка (ПОС-61) – 0,01.

7.2 Визначаємо інтенсивність відмов елементів з урахуванням експлуатаційних умов:

Λ_i= λ_н * K_λ,(7.1)

Де K_λ- коефіцієнт поправки, дорівнює K_λ1 * K_λ2 * K_λ3;

K_λ1 - коефіцієнт впливу механічних факторів (вібрація, механічний тиск);

K_λ2 - кліматичний фактор (температура оточуючого середовища, вологість, газове середовище;

K_λ3 - фактор атмосферного тиску.

Із перелічених в таблиці [4] значень умов роботи пристрою вибираємо стаціонарні умови, оскільки система призначена для роботи саме в стаціонарних умовах.

Отже, K_λ1 = 1,07;

K_λ2 = 1,0 при температурі +40˚ за Цельсієм (така температура утворюється через нагрівання силового симістора та розсіяння тепла радіатором) та відносній вологості повітря 70…80%;

K_λ3 = 1,0 при нормальному атмосферному тиску.

Підставляючи значення в формулу (7.1), оримуємо:

K_λ= 1,07 * 1,0 * 1,0 = 1,07;

Λ_i= λ_н * 1,07.(7.2)

7.3 Визначаємо інтенсивність відмов Λ_iдля усіх однотипних елементів:

Λ_i (CD263) = 0,035 * 1,07 = 0,037 * 10^-6;

Λ_i (2A103K) = 0,03 * 1,07 = 0,0321 * 10^-6;

Λ_i (CL21) = 0,03 * 1,07 = 0,0321 * 10^-6;

Λ_i(1N4007) = 0,2 * 1,07 = 0,21 * 10^-6;

Λ_i(КС126А) = 0,2 * 1,07 = 0,21 * 10^-6;

Λ_i(C2-23) = 0,016 * 1,07 = 0,01712 * 10^-6;

Λ_i(C2-33) = 0,016 * 1,07 = 0,01712 * 10^-6;

Λ_i(МЛТ) = 0,016 * 1,07 = 0,01712 * 10^-6;

Λ_i(СП3-19) = 0,089 * 1,07 = 0,95 * 10^-6

Λ_i(КТ3107Б) = 0,84 * 1,07 = 0,8988 * 10^-6;

Λ_i(КТ3102Б) = 0,84 * 1,07 = 0,8988 * 10^-6

Λ_i(К561ТМ2) = 0,84 * 1,07 = 0,8988 * 10^-6;

Λ_i(BT136-600) = 0,07 * 1,07 = 0,0749 * 10^-6;

Λ_i(300-5.0-02P-12) = 0,01 * 1,07 = 0,0107 * 10^-6;

Λ_i(ПОС-61) = 0,01 * 1,07 = 0,0107 * 10^-6.

7.4 Використовуючи отримані значення із 7.3, можна визначити інтенсивність відмов усієї системи:

7.5

Λ_с =(λ₁ + λ₂ + λ₃ + … + λ_n) * n_i,(7.3)

Де λ₁, λ₂ – числове значення інтенсивності відмов групи однотипних елементів, n_i – кількість однотипних елементів у кожній групі.

Λ_с = (0,074 + 0,96 + 1,89 + 0,204 + 0,95 + 1,78 + 0,89 + 0,07 + 0,02 + 0,83) * 10^-6 = 7,3 * 10^-6.

7.5 При розрахунку надійності проектованого апарата також враховується час, протягом якого проектований пристрій буде працювати без збоїв та виходу з ладу будь-якого елемента. Цей час називається час безвідмовної роботи (Т_ср). В даному проекті також застосуємо цей норматив:

Т_ср =

;(7.4)

Т_ср =

= 136986,3 год.

7.6 Визначаємо коефіцієнт впливу зовнішніх чинників на режим роботи однотипних елементів. Змінні коефіцієнта впливу позначимо

. Необхідні змінні визначаємо з табл. [ ].

Для електролітичних конденсаторів

= 1;

Для металоплівкових конденсаторів

= 1;

Для транзисторів КТ310

= 0,42;

Для мікросхеми К561ТМ2

= 1;

Для симетричного тиристора

=0,87;

Для резисторів МЛТ, С2-23, С2-33 та СП3-19

=0,76;

Для діодів та стабілітронів

=0,76;

Для пайок та контактних елементів

=1.

7.7 Тепер потрібно визначити інтенсивність відмов системи з урахуванням зовнішніх факторів. Для цього використаємо формулу (7.3) і з використанням значень із пункту 7.6 модифікуємо формулу (7.3):

Λ_с = (λ₁ + λ₂ + λ₃ + … + λ_n) * n_i*

; (7.6)

Λ_с = (0,074 + 0,96 + 1,43 + 0,155 + 0,74 + 0,89 + 0,06 + 0,83) * 10^-6;

Λ_с = 5,139 * 10^-6 .