Разработка системы автоматического контроля уровня сыпучих материалов в цилиндрическом резервуаре (стр. 7 из 15)

. (6.12)

Определяем размеры магнитопровода из аморфного сплава ГМ43ДС:

, (6.13)

где Вmax – максимальная индукция при напряжённости поля 8 А/м

Выбираем магнитопровод К12х5х5 с размерами: объём, мм3 – 133.5, у которого площадь окна составляет 19,6мм2 и площадь сечения магнитопровода 17,5 мм2, длина магнитной линии, мм – 26,7мм. Кол – во сердечников – 2.

Число витков:

. (6.14)

Диаметр обмоточного провода:

. (6.15)

Выбираем провод ПЭВ – 2 с диаметром с изоляцией 0.08 мм.

Так как коэффициент трансформации равен 1, то число витков первичной обмотки такое же, т.е. 81 и площадь сечения провода такое же, т.к. токи обмоток одинаковы.

Коэффициент заполнения окна:

, (6.16)

где Sизол – площадь сечения провода по изоляции.

Индуктивность вторичной обмотки:

. (6.17)

Сопротивление провода вторичной обмотки:

, (6.18)

где

- средняя длина витка, равная периметру площади поперечного сечения.

. (6.19)

Добротность контура определяется как:

, (6.20)

где

- динамическое сопротивление излучателя;

Rnp - сопротивление обмоточного провода обмотки;

- сопротивление монтажных сигнальных проводов, соединяющие излучатель и прибор;

Rшунт – сопротивление резистора цепи сброса энергии, подбираемой подбором.

Граничные частоты контура: нижняя граница:

(6.21)

Верхняя граничная частота:

(6.22)

В цепи стока транзистора VT1 стоят два одинаковых по параметрам колебательных контура, настроенных на первую гармонику импульсов. Шунтирующая цепь VD2 и R2 осуществляют сброс энергии дросселя и понижает добротность контура для того, чтобы была малая инерционность системы излучателя.

6.8 Расчет стабилизированного источника питания

У данного прибора имеется свой собственный источник стабилизированного напряжения. Аналоговая часть, как уже говорилось ранее, схема питается напряжением ±15В, цифровая часть питается напряжением уровня ТТЛ – логики, т.е. +5В. Как показано на рисунке 6.11 стабилизация напряжений всех уровней осуществляется стабилизаторами непрерывного действия L7805S – на напряжение +5В, L7815S – то же самое, но на +15В, L7915S – то же самое на -15В. Стабилизаторы упакованы в корпус ТО220. максимальный выходной ток всех стабилизаторов 1.5А.

Рисунок 6.11 – Источник питания

Для расчёта тока, протекаемого через стабилизаторы источника питания, необходимо просуммировать токи потребления всех микросхем, причём для канала напряжений ±15В свои токи (микросхем аналоговой части), а для +5В – потребляемые токи всех цифровых микросхем. Для расчёта токов необходимо воспользоваться схемой структурной принципиальной.

Рассчитаем ток потребления аналоговой части:

, (6.23)

где Iключ – ток намагничивания ключа с трансформатором пьезокерамического излучателя.

Примем коэффициент запаса по току 1,5, тогда ток потребления:

. (6.24)

Здесь ток потребления является одинаковым, как для +15В, так и для -15В.

Рассчитаем ток потребления цифровой части:

(6.25)

Ток потребления с коэффициентом запаса:

. (6.26)

6.8.1 Расчет канала 5В

Примем на входе (рисунок 6.12) микросхемы L7805 напряжение Uin= 7B, тогда мощность рассеивания при выходном напряжении Uout = 5B определяется как:

. (6.27)

Рисунок 6.12 – Канал 5В

Индуктивность сглаживающего дросселя:

, (6.28)

, (6.29)

где В – коэффициент пропорциональности, служащий для вывода индуктивности из режима критического тока.

Ёмкость сглаживающего конденсатора при коэффициенте пульсаций 10%

. (6.30)

Диоды однополупериодного выпрямителя выбираются по среднему току, т.е. по току нагрузки, но так как ток короткого замыкания достигает 0,75А, то выбираем диоду по нему. Диоды выпрямителя: КД212В (1А, 100В).

Действующее напряжение вторичной обмотки W23 (см. рисунок 4.9)

. (6.31)

Действующий ток вторичной обмотки:

. (6.32)

Максимальный ток дросселя:

. (6.33)

Действующий ток дросселя:

. (6.34)

Данный ток считается так, если принять ток дросселя треугольной формы.

Конструкторский расчет дросселя

Материалом магнитопровода дросселя можно применить электротехническую сталь марки 1521 (Э44 – новое обозначение). Выберем из справочных данных [15] индукцию 1,2 Тл при 500 А/м. при толщине ленты магнитопровода 0,25мм примем коэффициент стали – 0,93. Данные для расчёта см. п. 6.8.1.

Находим размеры магнитопровода:

(6.35)

Выберем магнитопровод типоразмером – ОЛ 20х12х8. Параметры, которого:

ScmSok = 0.362см4; длина магнитного пути – 5 см; Площадь сечения магнитопровода – 0,32 см2; площадь окна сердечника –1,13см2.

Число витков (Wдр) обмотки дросселя:

. (6.36)

Диаметр провода (d) обмотки дросселя:

, (6.37)

где J – плотность тока, равная 3 А/мм2

Выбираем провод – ПЭТВ диаметром 0,44мм площадь сечения, которого 0,15мм2 [15].

Коэффициент окна:

. (6.38)

Индуктивность:

. (6.39)

Зазор немагнитный вычисляется, как:

. (6.40)

Потери (Робм) в обмотке дросселя:

, (6.41)

где Rпгн – погонное сопротивление провода;

lвит – длина витка.

Потери (Pмгн) в магнитопроводе дросселя:

, (6.42)

где Ммгн – масса выбранного магнитопровода;

Руд – удельные потери магнитопровода.

Полные потери дросселя:

. (6.43)

Пересчитаем ёмкость конденсатора

. (6.44)

Выбираем ёмкости номиналами 470мкФ и 47мкФ.

6.8.2 Расчет канала ±15В

Методика расчета данного канала аналогичная предыдущей, только отличие состоит в том, что выпрямитель здесь уже двухполупериодный. Выберем напряжение Uin1 и Uin2 - 17В. Падение напряжения (Uпад) на стабилизаторах составит 2В. Данный стабилизированный источник питания (рисунок 6.13) применяется исключительно только для аналоговой части прибора.

Мощность рассеиваемая каждым стабилизатором составит.

Рисунок 6.13 – Стабилизированный источник питания

, (6.45)

где Iанлг – ток аналоговой части, взятый из предыдущих расчётов.

При токе короткого замыкания 1А эта вырастит до 2Вт, но у таких микросхем есть в своей схеме защита от короткого замыкания, которая отключает микросхему при перегреве.

Индуктивность фильтра вычисляется, как:

, (6.46)

где А – коэффициент соотношения между индуктивностью и ёмкостью сглаживающего фильтра, т.е. при уменьшении индуктивности в А раз увеличивается ёмкость в А раз.

Физический объём дросселя гораздо больше объёма конденсатора. Если конденсатор предназначен для низковольтного применения, то его массогабаритные показатели предпочтительнее, чем сам дроссель.

Максимальный ток дросселя при учёте его формы (рисунок 6.14), близкой к треугольной: