Курсовая работа (т): Автоматизированная загрузка бетоносмесителя

6*8*6*15=4.32>3.73

5. Определяется число витков первичной обмотки

w₁ = =  = 2617

и вторичной обмотки.

w₁ = =  = 166

где U_i = 14 - напряжение на 2-й обмотке, В; = 12 - допустимое относительное падение напряжения на i-й обмотке, % ; - частота, Гц;

В_т=1.5- амплитуда магнитной индукции, Тл; S_M=2.22 - площадь сечения магнитной цепи, см².

. Определяются диаметры проводов обмоток

d₁ = 1.13

d₂ = 1.13

где I_i - ток в обмотке, А; j - плотность тока, А/ мм.

Число витков в слое обмотки:

w_cл1 =_cл2 = , где

h - высота окна, мм;

 - толщина материала каркаса, мм;

 - диаметр проводника с изоляцией, мм.

Количество слоев обмотки:

n_{сл1 = сл2 =}

Толщина обмотки:

 n_сл1*87*0,26=2,3

 n_сл2*11*0,53=5,8

Расчет схемы компенсационного стабилизатора

Рис. 6.1. Схема компенсационного стабилизатора.

Данная схема состоит из регулирующего элемента, источника опорного напряжения и усилителя обратной связи. Роль регулирующего элемента играет комплиментарный транзистор (состоит из 2х транзисторов VТ2 и VТЗ). Источник опорного напряжения -VD1R1,R2VТ1. Усилитель обратной связи - R4VD2VТ4,R5R6R7.

Исходные данные для расчета

Согласно схеме находим наименьшее напряжение на выходе стабилизатора:

U вх min = Uh + U_кз min = 9 + 3 = 12 В,

где U_k3 min - минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT3.

Исходя из того, что VT3 предположительно кремневый, то U_k3 min выбираем в пределе 3..5 В.

Учитывая нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора ±10%, находим среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

U вх сер = U вх min / 0.9 = 12 / 0.9 = 13 В ,

U вх max =1.1 ' U вх сер =1.1 ' 13 = 14 В .

Определяем максимальное значение на регулирующем транзисторе

U _кЗ max = U вх max -Uh = 14 - 9 = 5 В .

Мощность, которая рассеивается на коллекторе транзистора VT3, равняется

РЗ = U_k3 max ' Ін = 5 ' 1,5 = 7,5 Вт.

По полученным значениям U_k3 max , Ін , РЗ выбираем тип регулирующего транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора                                                                   КТ815 А

Тип транзистора                                                                      NPN

Допустимый ток коллектора, Ік доп                                         1,5 А

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, U_{k доп}                             25 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред                             10 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21ЭЗ min             40

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

hllЭ3 = 800 Ом,

m3 = 1 / h12ЭЗ = 1 / 1,5 = 0,66,

где h1ЭЗ - входное сопротивление транзистора, Ом; mЗ - коэффициент передачи напряжения; h12ЭЗ - коэффициент обратной связи.

Находим ток базы транзистора VT3

ІБЗ = 1н / h21ЭЗ min = 5 / 750 = 6.67' 10-3 А .

Определяем начальные данные для выбора транзистора VT2. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT2

U_k2 max = U_k3 max - U_бэЗ = 5- 0.7 = 4.3 В,

где U_бэЗ - падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT3 (0.7 В).

Ток коллектора VT2 состоит из тока базы VT3 и тока потерь, который протекает через резистор R3,

к2 = 1б3 + IR3 = 37,5' 10-3 + 5' 10-4 = 38' 10-3 А.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT2, равняется

Р2 = 1_к2 ' U_k2 max = 38'10-3 '4.3 = 163.410-3 Вт.

По полученным значениям U_k2 max , Ік2 , Р2 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора 2Т603Б

Тип транзистора                                                                     NPN

Допустимый ток коллектора, Iк доп                                      300 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, U_{k доп}                          30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред                         0.5 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э2 min          60

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h1 1Э2 = 36.36 Ом,

m2 = 1 / h12Э2 = 1 / 0.022 = 45.45 .

Рассчитываем ток базы VТ2

IБ2 = Iк2 / h21Э2 min = 3.8' 10-2 / 60 = 6.3' 10-4 А.

Находим сопротивление резистора RЗ

RЗ = (U_н + UбэЗ) / IRЗ = (9 + 0.7) / 5' 10-4 =19400 Ом.

Выбираем ближайший по стандарту номинал с учетом рассеиваемой на резисторе мощности

РRЗ = (Uн + UбэЗ)' IRЗ = (9 + 0.7) ' 5'10-4 = 4.85'10-3 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ-0.125 20 кОм ±5%.

Источником эталонного напряжения берем параметрический стабилизатор напряжения на кремневом стабилитроне VD2 из расчета UVD2 = 0.7н = 0.7 ' 9 = 6.3 В. Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры: стабилитрон 2С156А;

I VD2 = 5' 10-3 А - средний ток стабилизации;

r VD2 = 25 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона. Вычисляем сопротивление резистора R4, задавши средний ток стабилитрона (I R4 = I VD2)

R4 = 0.3 Uн / I R4 = 0.3 ' 9 / 5'10-3 = 540 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R4, равняется

РR4 =0.3Uн ' I R4 = 0.3'9' 5'10-3 = 13.5'10-3 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125 560 Ом ±5%.

Определяем начальные данные для выбора транзистора VТ4. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер транзистора

Uк4mах = Uн + UбэЗ + Uбэ2 - UVD2 = 4.1 В

Задаем ток коллектора VТ4 меньшим нежили средний стабилитронаVD2

К4 = 4`10-3 А .

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VТ4

Р4 = Iк4 ' Uк4 шах = 4'10-3 '4.1 = 16.4 10-3 Вт

По полученным значениям Uк4 шах , Ік4 , Р4 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзисторa КТЗ12В

Тип транзистора                                                                    NPN

Допустимый ток коллектора, Iк доп                                     30 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, U_{k доп}                          15 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред                         0.22 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21 Э4 min        50

По статическим ВАХ выбранного транзистора находим:

h11Э4 = 208,3 Ом,

mЗ = 1 / h12Э4 = 1 / 0.034 = 29.41

Рассчитываем ток базы VТ4

ІБ4 = Iк4 / h21Э4 min = 4'10-3 / 50 = 8' 10-5 А.

Ток последовательно соединенных резисторов R5, R6, R7 берем равным 5Iб4 и определяем суммарное сопротивление делителя

Rдел = Uн / Iдел= 9 / (5 ' 8 10-5) = 22500 Ом.

Находим сопротивления резисторов:

R5 = 0.3 Rдел = 0.3 ' 22500 = 6750 Ом;

R6 = 0.1 Rдел = 0.1' 22500 = 2250 Ом;7 = 0.6 Rдел = 0.6 ' 22500 = 13500 Ом.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор R5 типа MJIT- 0.125

6.8 кОм ±5%, резистор R7 типа МЛТ- 0.125 15кОм ±5% . Резистор R6 выбираем СПЗ-44 0.25Вт 2.2кОм.

Рабочее напряжение стабилитрона VDІ определяем из соотношения

UVDІ =0.1 Uвх mах = 0.1 ' 14= 1.4 В.

Выбираем тип стабилитрона и выписываем его основные параметры: стабилитрон 2С113А;

І VD1 = 5'10-3 А - средний ток стабилизации; VDІ = 12 Ом - дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Вычисляем сопротивление резистора R1, задавши средний ток стабилитрона (I R1 =I VDІ)

R1 =0.9 Uвх mах/I R1 =0.9' 14/5`10-3 =2520 Ом.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, равняется

P1 = 0.9Ubх mах ' I R1 =0.9' 14' 5'10-3 = 6З'10-ЗВт

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа МЛТ- 0.125 2.7 кОм ±5%.

Определяем начальные данные для выбора транзистора VТ1. Рассчитываем ток коллектора транзистора VТ1

Ік 1 = 1к4 + 1б2 = 4' 10-3 + 6.3' 10-3 =670' 10-4 А

Находим напряжение коллектор-эмиттер VТ1

Uкlmах = Uвх шах - UR2 + Uк4mах - UVD2 = 2.8 В, где UR2 = UVDІ - Uбэ1 - падение напряжения на резисторе R2.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VТ1

Р1 = UкImах ' Ікl =2.8 ' 670'10-4 = 187.6'10-3 Вт.

По полученным значениям Uкl mах , Ікl , Р1 выбираем тип транзистора и выписываем его параметры:

Марка транзистора КТ313Б

Тип транзистора РNР

Допустимый ток коллектора, 1к доп                              350 мА

Доп. напряжение коллектор-эмиттер, Uk доп                         30 В

Рассеиваемая мощность коллектора, Рпред                            0.30 Вт

Минимальный коэф. передачи тока базы, h21Э1 min 50

Рассчитываем сопротивление резистора R2

R2 = UR2 / IK1 = 0.7 / 670`10-4 = 10.4 Ом,

PR2 = UR2 ' IK1 =0.7 ' 670' 10-4 = 469' 10-4 Вт.

В соответствии с рядом Е24 выбираем резистор типа MЛT- 0.125 15 Ом ±5%.

Рассчитываем основные параметры составного транзистора: входное сопротивление транзистора

hl 1Э ск =h 11Э2+h 11 Э3h21Э2min= 36.36 + 32000 =32 кОм; коэффициент передачи напряжения транзистора

mcк = m2mЗ / (m2 + mЗ) = 45.4'0.66 / (45.4 + 0.66)=0.65 выходное сопротивление транзистора

rск = mcк h 11 Э _CK / h21 Э2min h21 Э3min = 8.68 Ом.

Рассчитываем входное сопротивление источника стабильного тока

RTD= R1 ' R2 / r VD1 =2520' 10.4/ 12 = 2184 Ом.

Рассчитываем параметры усилителя обратной связи: сопротивление нагрузки усилителя

RK = h 11 Э ск RTD / (h 11 Э ск + RTD) = 2044.46 Ом;

коэффициент усиления напряжения усилителя

Ku = 0.7 h21 Э 4min RK / (h 11 Э 4 + h21 Э 4min r VD2) = 49.1 .

Рассчитываем коэффициент стабилизации рассчитанного стабилизатора напряжения, а также величину пульсаций на выходе

Кст = mскКиUн /Ubx = 0.65 '41.1 '9/14 = 205,

DUbhx = DUbx / тскКи = 9 / 0.65 '49.1 =28.2'10-3

Рассчитываем коэффициент пульсаций

Кп = DUвих ' 100/Uвх = 28.2'10-3' 100/9 = 3.13`10-3%.

Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора будет

Rвых = rск / mскКu = 8.68 / 0.65 ' 49.1= 0.270м.

Проверяем соответствие рассчитанных параметров заданным условиям:

Кст = 205 > Кст.зад = 100;

Кп = 3.13`10-3% <Кп.зад = 10`10-3%.

Найденные параметры удовлетворяют заданным условиям.

. Расчет надежности

Анализ схемы показывает, что все элементы, входящие в схему устройства, влияют на безотказность работы его. Таким образом, структурная схема устройства с точки зрения надежности представляет собой цепочку последовательно соединенных элементов. В соответствии с принципиальной схемой все элементы на группы по числу разнотипных элементов. Для каждого типа элементов по найдем интенсивность отказов, что в конечном итоге позволит определить результирующую интенсивность отказов всех элементов рассматриваемой схемы.

Таблица 7.1.

Ожидаемая частота отказов устройствa λ_ус =21,726-10^-6 1/ч.

Среднее время безаварийной работы устройства: Т₀= 1/λ_ус= 10⁶/24,436=46027,8

Теперь рассмотрим интенсивность отказов элементов контактной схемы (табл.7.2.):

Таблица 7.2.

Ожидаемая частота отказов устройства λ_уc = 41,13*10^-6 1/ч. Среднее время безаварийной работы устройства: Т₀= 1 /λ_уc= 10⁶/41,13 = 243 1 3

Интенсивность отказов λ(1) и вероятность безотказной работы Р(t) связаны между собой соотношением. Р(t)=

Построим график зависимости вероятности безотказной работы бесконтактного Р1(t) и контактного Р2(t) устройств от времени (рис.7.1).

Таблица 7.3.

Примем, что срок нормальной эксплуатации 1=40000 ч. Результирующая вероятность безотказной работы бесконтактного устройства:

Ррeз(t)=   

контактного устройства:

Ррeз(t)=    

Рис.7.1. График вероятности безотказной работы бесконтактного P1(t) и контактного P2(t) устройств от времени.

Выводы

В результате выполнения курсового проекта, была разработана система управления загрузкой бетонной смеси. Была разработана принципиальная электрическая схема управления на контактных и бесконтактных элементах на логических серии К176. К логическому блоку принципиальной схемы разработана печатная плата. Полученное устройство достаточно простое в исполнении и использовании, что позволяет применять его в системах автоматического контроля и управления. Стандартные компоненты изделия делают эту систему унифицированной и позволяют осуществлять быструю замену неисправных элементов.

Проведенный расчет надежности системы показал, что схема управления загрузкой бетонной смеси на бесконтактных элементах более надежна,чем схема на контактных элементах, а результирующая вероятность безотказной работы устройства в течении 40 тыс. часов составила 0,376. Следовательно, разработанное устройство повысит долговечность работы системы , управления загрузкой бетонной смеси.

Литература

1.      Мартыненко И. И., Лысенко В. Ф. Проектирование систем автоматики - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1990. - 243 с.

2.          Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник / под ред. Коваленко И. В. - М.: Радио и связь, 1989. - 384 с.

.            Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.-304 с.

4.      Справочник по схемотехнике для радиолюбителя / под ред. В. П. Боровского - К.: Тэхника. 1989. - 480 с.

.        Терещук Р. М. И др. Полупроводниковые приемно- усилительные устройства: Справ. Радиолюбителя. - Киев: Наук. Думка, 1989.-800 с.

Приложение