Разработка блока управления электромеханическим замком (стр. 8 из 16)
При компоновке РЭС необходимо решать вопросы электромагнитной совместимости элементов, в частности, защиты от электромагнитных, электрических и магнитных помех.
При защите РЭС от воздействий помех, определяют максимальное значение сигналов помехи на выходах схем, усложняют схему введением фильтров на линиях входа-выхода, устраняют помехи по линиям электропитания с помощью радиочастотных фильтров, экранируют входные цепи чувствительных схем, для элементов РЭС разрабатывают кожухи-экраны.
В качестве метода конструирования выбираем базовый (модульный) метод конструирования.
Исходя из сказанного проведем деление схемы электрической принципиальной на функционально законченные узлы. Схему прибора целесообразно разделить на 3 узла:
- базовый модуль;
- микропроцессорный модуль;
- модуль звуковой и световой индикации.
Радиоэлементы каждого функционального узла предлагается разместить на отдельных печатных платах. Силовой трансформатор необходимо закрепить непосредственно на плате базового модуля. Связь между базовым и микропроцессорным модулем обеспечивается с помощью штырькового разъема, а между базовым модулем и модулем звуковой и световой индикации посредством гибких монтажных проводов.
При данном разбиении схемы электрической принципиальной обеспечивается минимальное количество соединительных проводников, т.е. минимум электрических связей между узлами, высокая ремонтопригодность.
5 Выбор способов и средств теплозащиты,
герметизации, виброзащиты и экранирования
5.1 Выбор способов охлаждения на ранней стадии
проектирования
Для обеспечения нормального теплового режима необходимо выбрать такой способ охлаждения блока управления электромеханическим замком (далее "блока"), при котором количество тепла, рассеиваемого в окружающую среду, будет равным мощности теплоты выделения блока, при этом также необходимо учесть теплостойкость элементной базы.
Расчет температуры всех входящих в блок элементов представляет собой чрезвычайно трудоемкий процесс. В связи с этим встает вопрос: для каких элементов необходимо рассчитывать температуру, чтобы с заданной достоверностью можно было судить о соответствии теплового режима всего блока требованиям технического задания.
Методика определения числа элементов РЭС, подлежащих расчету теплового режима, состоит в следующем [3]:
1. Задаемся вероятностью правильного расчета р.
Если вероятность p > 0,8, то можно остановиться на выбранном способе охлаждения. При вероятностной оценке 0,8 > р > 0,3 можно применить выбранный способ охлаждения, однако при конструировании РЭС обеспечению нормального теплового режима следует уделить тем больше внимания, чем меньше вероятность. При вероятности 0,3 > р > 0,1 не рекомендуется использовать выбранный способ охлаждения.
Исходя из вышеизложенного, задаемся вероятностью правильного расчета р > 0,8.
2.Определяем средний перегрев нагретой зоны.
Исходными данными для проведения последующего расчета являются:
- коэффициент заполнения по объему 0,6;
- суммарная мощность, рассеиваемая в блоке, Вт 24;
- давление окружающей среды, кПа 103;
- давление внутри корпуса, кПа 103;
- габаритные размеры корпуса, м 0,183x0,130x0,065;
Средний перегрев нагретой зоны герметичного корпуса блока с естественным воздушным охлаждением определяется по следующей методике [4]:
1. Рассчитывается поверхность корпуса блока:
Sk = 2 × [ L1 × L2 + ( L1 + L2 ) × L3 ] (5.1.1)
где L1, L2 - горизонтальные размеры корпуса, м;
L3 - вертикальный размер, м.
Для разрабатываемой конструкции блока L1 = 0,183м, L2= 0,130м, L3 = 0,065м. Подставив данные в (5.1.1), получим:
Sk = 2·[0,183·0,130+(0,183+0,130)·0,065]=0,44 м2.
2. Определяется условная поверхность нагретой зоны:
Sз = 2 × [ L1 × L2 + ( L1 + L2 ) × L3 × Кз] (5.1.2)
где КЗ - коэффициент заполнения корпуса по объему. В нашем случае
КЗ = 0,6. Подставляя значение КЗ в (5.2.2), получим:
Sз = 2 · [0,183·0,130+(0,183+0,130)·0,065·0,6]=0,036 м2.
3. Определяется удельная мощность корпуса блока:
Qk = P \ Sk (5.1.3)
где Р - мощность, рассеиваемая в блоке. Для разрабатываемого блока мощность, рассеиваемая в дежурном режиме Р =1,5 Вт.
Тогда:
Qk = 1.5 \ 0,44 = 3,41 Вт/м2.
4. Определяется удельная мощность нагретой зоны:
Qз = P \ Sз (5.1.4)
Qз = 1,5 \ 0,036 = 41,6 Вт/м2.
5. Находится коэффициент Q1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока формула (5.1.5):
Q1 = 0,1472 × Qk – 0,2962 × 10 –3 × Qk2 + 0,3127 × 10 –6 × Qk3 (5.1.5)
Q1 = 0,1472 × 2,41 – 0,2962 × 10 –3 × 3,412 + 0,3127 × 10 –6 × 3,413 = 0,49
Находится коэффициент Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны формула (5.1.6):
Q2 = 0,1390 × Qз – 0,1223 × 10 –3 × Qз2 + 0,0698 × 10 –6 × Qз3 (5.1.6)
Q1 = 0,1390 × 41,6 – 0,1223 × 10 –3 × 41,62 + 0,0698 × 10 –6 × 41,63 = 5,56
6. Определяется коэффициент КН1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока:
KH1 = 0,82 + 1 \ (0,925 + 4,6 × 10-5 × H1) (5.1.7)
где Н1 - давление окружающей среды в Па. В нашем случае Н1=87кПа. Подставив значение Н1 в (5.1.7), получим:
KH1 = 0,82 + 1 \ (0,925 + 4,6 × 10-5 × 87 × 103) = 1,87
7. Определяется коэффициент КН2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока:
KH2 = 0,8 + 1 \ (1,25 + 3,8 × 10-5 × H2) (5.1.8)
где Н2 - давление внутри корпуса в Па.
В нашем случае Н2=Н1=87кПа. Тогда:
KH2 = 0,8 + 1 \ (1,25 + 3,8 × 10-5 × 87 × 103) = 1,598
8. Рассчитывается перегрев корпуса блока:
Qk = Q1 × KH1 (5.1.9)
Qк = 0,49 · 1,87 = 0,9163
10. Рассчитывается перегрев нагретой зоны:
Qз = Qk +(Q2 - Q1 ) × KH2 (5.1.10)
Qз = 0,9163 + (5,56 – 0,49) · 1,598 = 9,01
11. Определяется средний перегрев воздуха в блоке:
Qв = (Qк - Qз ) × 0,5 (5.1.11)
Qв = 0,5 · (0,9163 + 9,01) = 4,96
12. Определяется удельная мощность элемента:
Qэл = Pэл \ Sэл (5.1.12)
где Рэл - мощность, рассеиваемая элементом (узлом), температуру которого требуется определить, Вт
Sэл - площадь поверхности элемента, омываемая воздухом, см.кв
Наименее теплостойкий элемент базового модуля в дежурном режиме стабилизатор. Для него Рэл = 0,15 Вт, Sэл = 1,5 см.кв.
Qэл = 0,15 \ 1,5 = 0,1
13. Определяется перегрев поверхности элементов:
Qэл = Qз × (0,75 + 0,25 × Qэл \ Qз ) (5.1.13)
Qэл = 9,01 × (0,75 + 0,25 × 0,1 \ 41,6 ) = 6,76
14. Определяется перегрев среды, окружающей элемент:
Qэс = Qв × (0,75 + 0,25 × Qэл \ Qз ) (5.1.14)
Qэл = 4,96 × (0,75 + 0,25 × 0,1 \ 41,6 ) = 3,72
15. Определяется температура корпуса блока:
Тк = Qк + Тс (5.1.15)
где Тс - температура среды, окружающей блок.
Тк = 0,9163 + 45 = 45,916
16. Определяется температура нагретой зоны:
Тз = Qз + Тс (5.1.16)
Т з = 9,01 + 45 = 54,01
17. Определяется температура поверхности элемента:
Тэл = Qэл + Тс (5.1.17)
Тэл = 6,76 + 45 = 51,76
18. Определяется средняя температура воздуха в блоке:
Тв = Qв + Тс (5.1.18)
Тв = 4,96 + 45 = 49,96
19. Определяется температура среды, окружающей элемент:
Тэс = Qэс + Тс (5.1.19)
Тэс = 3,72 + 45 = 48,72
Для выбора способа охлаждения исходными данными являются следующие данные:
- суммарная мощность Рр, рассеиваемая в блоке, Вт 1,5;
- диапазон возможного изменения температуры окружаю-
щей среды:
микроклимат +20…+24°C
и по ГОСТ 15150-69, +10…+45 °C;
- пределы изменения давления окружающей среды:
Рмах, кПа (мм рт. ст.) 106,7 (800);
Pmin, кПа (мм рт. ст.) 84,0 (630);
- допустимая температура элементов
(по менее теплостойкому элементу), Тmax, °C +75;
- коэффициент заполнения по объему 0,6;
Выбор способа охлаждения часто имеет вероятностный характер, т.е. дает возможность оценить вероятность обеспечения заданного в техническом задании теплового режима РЭС при выбранном способе охлаждения, а также те усилия, которые необходимо затратить при разработке будущей конструкции РЭС с учетом обеспечения теплового режима.
Выбор способа охлаждения можно выполнить по методике [3]. Используя графики, характеризующие области целесообразного применения различных способов охлаждения и расчеты, приведенные ниже, проверим возможность обеспечения нормального теплового режима блока в герметичном корпусе с естественным воздушным охлаждением.
Условная величина поверхности теплообмена рассчитывается по (5.1.2).
Sп = 0,036м2.
Определив площадь нагретой зоны, определим удельную мощность нагретой зоны: плотность теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена, рассчитывается по (5.1.4). qЗ = 41,6 Вт/м2.
Тогда: lg qЗ =
lg 41,6 = 1,619.Максимально допустимый перегрев элементов рассчитывается по (5.1.13)
, (5.1.13)Тогда:
