Расчетно-конструктивная часть

 

2.1.2 Расчет электронного ключа

При расчете электронных ключей на биполярных транзисторах необходимо рассматривать два основных аспекта: статический режим ключа и его быстродействие. При этом основными показателями ключа являются: остаточное выходное напряжение на открытом ключе, мощность рассеяния на активном элементе (в статическом и динамическом режимах), длительности переходных процессов (отпирания и запирания ключа).

При расчете статического режима необходимо обеспечить надежное запирание транзистора в выключенном состоянии и насыщение в открытом состоянии. Глубина насыщения определяет быстродействие ключа (и мощность цепи управления) и не должна быть чрезмерно большой.

Так как нам необходимо открыть Реле РЭС 9, параметры которого I_ср.=30mA, и рабочее напряжение U_раб.=23-32B, соответствующее нашему напряжению питания.

Рисунок 8,9 – Реле РЭС 9 РС4.524.201.

Выбираем транзистор КТ815А, который имеет следующие параметры: β =100, U_кэнас=0,6 В, I_кбоmax=50 мкА. Считать, что напряжение отсечки равно U_бэотс=1 В, напряжение источника питания +24В.

Расчет схемы сводится к определению номиналов сопротивлений в цепи коллектора(реле) и базы(резистор R9).

Так как известно, что ток коллектора должен быть равен 30 мА, (ток необходимый для открытия реле РЭС9) то для коллекторной цепи можно записать:

E_к= (U_кэнас+U_vd)+ I_к*R_к. (2.21)

Отсюда R_к= 470,6 Ом.

Это сопротивление соответствует сопротивлению Реле, равному 500 Ом.

Выбираем марку диода КД522:

Для надежного запирания транзистора необходимо выполнение условия:

U_вх+ I_кбоmax*R_б<_Uбэотс, (2.22)

откуда Rб<; .

Условие насыщения можно записать в виде:

Uвх1= Uбэотс +Iб*Rб, (2.23)

где Iб - ток базы в режиме насыщения. Учитывая β=100, выберем Iб >; .

Учитывая коэффициент запаса (2…3), Iб =0,8 мА, откуда, Rб<12кОм. Очевидно, условие насыщения более жесткое, следовательно, из ряда номинальных сопротивлений выберем 10кОм. Очевидно, источник сигнала не перегружен (0,6<12).

Рисунок 8 – Схема электронного ключа

2.1.3 Расчет сечения и длины проводов для схемы подключения

Электрические сети должны удовлетворять многим технико-экономическим требованиям, из которых отметим основные: безопасность для жизни и здоровья людей, пожарная безопасность, надежность и бесперебойность электроснабжения, высокое качество электроэнергии (прежде всего отклонение напряжения в сети от номинального напряжения электроприемников должно быть в допустимых пределах), высокая экономичность (наименьшие капитальные и эксплуатационные расходы).

Выполнение этих и других требований обеспечивается правильным выбором материалов, проводов и кабелей, высоким качеством строительной части и монтажа, выполнением всех правил ПУЭ. Рассмотрим вопросы выбора проводов и кабелей применительно к монтажу системы автомата управления на участке термической стабилизации.

Определим сечение провода для подключения блока управления к сети на напряжение 220 В.

Найдем номинальный ток при напряжении сети равному 220 В по формуле:

I_н = P_р/U_н, (2.24)

где P_р – расчетная мощность трансформатора;

U_н – номинальное напряжение сети.

Iн=12 /220 = 0,05 А.

Определим сечение провода по формуле:

S = I_н/J, (2.25)

где J – допустимая плотность тока для выбранного типа проводов

S = 0,05/3 = 0,016 мм²

Сечение проводников выбираются с учетом допустимой плотности тока и требований ПУЭ по обеспечению электробезопасности. Выбранный проводник должен удовлетворять обоим требованиям.

В соответствии с ПУЭ проводники выбираются по максимальному длительному току и рабочему напряжению.

Для одиночных медных проводов, прокладываемых открыто, для токов менее 6 А и по условиям прокладки минимально допустимое сечение жилы 0,5 мм² (таблица 1.3.4 [ПУЭ]), что больше рассчитанного 0,016 мм². Выбираем провода ПВ-1 (0,5 мм²) для монтажа цепей внутри щитка.

Для монтажа силовых цепей: подключение к распределительному щиту выбираем трехжильный алюминиевый кабель с ПВХ изоляцией. В соответствии с таблицей 1.3.5 [ПУЭ] для кабеля, прокладываемого в трубе, для тока 7,2 А и менее минимально допустимое сечение 1,5 мм². Выбираем кабель АВВГ.

В соответствии с расположением элементов на схеме подключения определяем длину проводов по формуле для подключения:

l = Σl_i + l_o, (2.26)

где l_o – запас длины провода для монтажа и перемонтажа;

l – длина кабеля;

l_i – длина проводников по отдельным элементам.

Определим длину кабеля для подключения распределительного щита к сигнализации с телефонным вызовом по формуле (2.26)

L₁ =9+1= 10,0 м

Для подключения распределительного щита к устройству выбран трехжильный кабель АВВГ.

Определим длину кабеля для подключения датчика по формуле (2.26)

L₂ =9+1= 15 м

Определим длину кабеля для подключения сигнализации с телефонным вызовом к телефонному аппарату.

L₃ = 1,65 м

Определяем сечение провода от щита к сигнализации с телефонным вызовом:

(2.27)

гдеS – сечение жилы провода, мм²;

L - длина провода, м;

P – мощность нагрузки, Вт;

ΔU – допустимое падение напряжения на участке, (%);

Uн² – номинальное напряжение устройства, (U).

(мм²)

Исходя из рассчитанных данных, в соответствии с ПУЭ выбираем кабель двужильный ШВ ВП сечением S=0.15 мм².

Расчет сечения провода от сигнализации до телефона:

(мм²)

Исходя из рассчитанных данных, в соответствии с ПУЭ выбираем кабель двужильный ШВ ВП сечением S=0.1 мм².

Т.к. выбрали датчик ИО-102-2 (СМК-1), то его мощность максимальная 10Вт.

Расчет сечения провода от сигнализации до датчика:

(мм²)

Исходя из рассчитанных данных, в соответствии с ПУЭ выбираем кабель двужильный ШВ ВП сечением S=0.1 мм².

2.1.4 Расчет затрат электроэнергии за год.

Рассчитываем потребляемую энергию изделия за год по формуле:

Эгод= (Роб*Т)/(Кс*Ки) (2.28)

где Роб – потребляемая мощность сигнализации, Вт

Т – время работы изделия за год, час

Кс – коэффициент, учитывающий потери в сети (0,9)

Ки - коэффициент, учитывающий потери в автомате (0,7)

Разработанная сигнализация будет работать максимум 12 часов в сутки и 365 дней в году, т.к. во время рабочих дней рабочий день 8 часов. Так же взяты в расчет выходные дни и отпуск. Из этого следует, что время его работы за год будет составлять 4380 часов.

Следовательно, потребляемая электроэнергия будет равна:

Эгод= (44*4380)/0,9*0,7 = 305,94 кВт час

2.1.5 Расчет надежности изделия

В связи с возрастающей сложностью аппаратуры перед конструктором стоит задача создания долговечной и надежной аппаратуры. Одна из основных задач радиоэлектронной промышленности - получение требуемой надежности, иначе отказ аппаратуры будет происходить очень часто и придется затрачивать дополнительные средства на ее ремонт.

При расчете надежности изделия необходимы следующие данные:

- схема электрическая принципиальная и перечень элементов к ней;

- режимы работы всех элементов, главным образом, а также электрические, тепловые и механические характеристики;

- интенсивность отказов всех элементов для всех элементов для нормальных условий работы.

Исходные данные для расчета надежности изделия:

- температура эксплуатации – 30 ⁰С;

- относительная влажность – 50…85%

- время наработки на отказ – 10000 часов.

Для каждого из этих элементов определяем номинальную интенсивность отказов _о и заносим в таблицу.

Определяем реальную интенсивность отказов для каждого элемента ( _pi) и для группы элементов ( _pin).

_pi= _о * к₁ * к₂, (2.29)

_pin= _pi * n, (2.30)

где _о – номинальная интенсивность отказов, 1/час;

к₁ - коэффициент, учитывающий влияние среды и режимов работы;

к₂ - коэффициент, учитывающий механическое воздействие в определенной влажности окружающей среды;

n - число элементов в группе.

Данные, полученные при расчете, заносим в таблицу 2.

Таблица 2.

Наименование элементов	Тип элемента	Кол., шт.	о*10-6 (1/час)	Кн	К1	К2	р* 10-6 (1/час)	pi* 10-7 (1/час)
Конденсатор	К50-6	1	0,55	0,5	0,1	1	0,0275	0,00275
Конденсатор	КМ-5	7	0,05	0,5	0,1	1	0,0025	0,00175
Микросхема (стабилизатор)	КР142ЕН8Б	1	0,45	10	0,3	1	1,35	0,135
Вставка плавная	ВП-1-5	2	5	0,5	0,5	1	1,25	0,25
Резистор	С1 - 4	6	0,05	1	0,2	1	0,01	0,006
Резистор	СП5-1ВБ	1	1,2	1	0,2	1	0,24	0,024
Трансформатор	ТТП - 308	1	0,5	2	0,5	1	0,5	0,05
Диод	КД503Б	3	0,5	10	0,2	1	1	0,3
Диод	КЦ405А	4	0,8	10	0,2	1	1,6	0,64
Тумблер	ТВ1-1	1	0,01	10	0,2	1	0,02	0,002
Транзистор	КТ3102Б	3	0,45	15	0,2	1	1,35	0,135
Реле	РЭС-10	1	2,5	10	0,3	1	7,5	0,75
Светодиод	АЛ307Б	1	0,7	10	0,2	1	1,4	0,14
Пайка платы	---	86	0,4	1	0,4	1	0,16	13,76
ИТОГО:	16,1965

2.1.5.4 Определяем реальную интенсивность отказов всего изделия:

_изд= * _pin, (2.19)

_pin = 16,1965* 10 .

2.1.5.5 Определяем среднюю наработку изделия на отказ:

Т_ср = 1 / _изд, (2.20)

Т_ср = 1 / 16,1965* 10 617417часов.

2.1.5.6 Определяем вероятность безотказной работы всего изделия:

, (2.21)

.

По результатам расчета можно сделать вывод, что изделие является надежным, так как Р(t_p) = 0,98, т.е. близко к единице, средняя наработка изделия до первого отказа 617417часов.

 

Расчетно-конструктивная часть

 

 

Изм.

Лист

№ докум. докум.№ докум.

ПодписьПодписьПодпись

ДатаДатаДата

ЛистЛистЛист

Расчетно-конструктивная часть

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетно-конструктивная часть