Рассчет электронного реле

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современной техники нельзя представить без широкого внедрения электронных устройств. Широкие возможности, быстродействие, универсальность - во многом определяют их применение.

В сельскохозяйственной технике электронные устройства нашли широкое применение в системах автоматического управления, в защитных и регулирующих системах. Применение электронных приборов позволяет значительно улучшить параметры и характеристики устройств.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Cтуденту:1 электронный реле стабилизатор напряжение

Рассчитать электронное реле со следующими параметрами:

Тип реле: фотореле. Порог срабатывания: 100 люкс.

Датчик включен по схеме делителя напряжения.

Исполнительный элемент: два тринистора.

Стабилизатор в источнике питания: параметрический.

Схема фильтра: C-L-C.

Схема выпрямителя: двухполупериодная с выводом от средней точки.

Hапряжениe питающей сети: 220 +-12%

Мощность нагрузки: 6 кВт.

Составить алгоритм и программу на любом языке программирования для построения графика зависимости напряжения на выходе операционного усилителя от изменения освещённости в пределах +-2% с шагом 0,2% от порога срабатывания.

При построении графика учитывать, что напряжение на выходе ОУ не может быть больше Uвых.мах. и меньше Uвых.мин.

Реле отключает нагрузку при увеличении порога срабатывания на + 2 %

Задание выдал преподаватель:

Погрешность срабатывания устройства + 2 %

1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Необходимо спроектировать и рассчитать фотореле, которое должно отключать нагрузку при увеличении освещённости на 2% от заданного значения. Устройство должно содержать следующие основные каскады. Датчик освещённости; задатчик опорного напряжения; каскад сравнения сигналов; усилитель сигналов; формирователь управляющего напряжения; исполнительное устройство; нагрузка.

Блоксхема фотореле

1 - фотоэлектрический датчик; 2 - задатчик; 3 - схема сравнения; 4 - усилитель; 5 - преобразователь сигналов; 6 - исполнительное устройство; 7 - нагрузка.

Рис. 1.

Для питания электронной схемы необходимо разработать источник питания. Операционный усилитель требует двухполярного источника. Для питания входных цепей можно использовать питающее напряжение ОУ, используя дополнительный параметрический стабилизатор. Блоксхема источника питания будет иметь следующий вид.



1,2,7 - стабилизаторы напряжения; 3,8 - фильтры; 4,9 - выпрямители; 5 - понижающий трансформатор; 6 - цепи коммутации.

Рис. 2.

2. РАСЧЁТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

2.1 Расчёт входной цепи электронного реле

Принципиальная схема входного устройства

Рис. 3.

Выбираем микросхему А1 К140УД6 с параметрами: U_п.вх..= 15 В; I_потр.= 3 мА; U_вых.= 12 В; е_см.= 8 мВ; i_вх.= 50 нА; R_н.= 1,0 кОм.

Определяем напряжение питания делителя из условия: U_вх.= (0,3 - 0,5)U_п.ус.

Выбираем U_п.вх.= 10 В.

Сопротивление фоторезистора определяется по формуле:

Выбираем фоторезистор ФСК-Г1 с параметрами: U_max.= 50 В; Р_доп.= 50 мВт; К=7000 мкА/лм.В; S = 30 мм².

Определяем R_св. при нулевых условиях:

Задавшись выходным напряжением U_вых.0= 3 В определяем ток делителя

Определяем минимально допустимое значение тока I_1min.

Проверяем фоторезистор на допустимую мощность:

Р_ф Р_доп.- условие выполняется.

Определяем суммарное сопротивление делителя

Определяем R1:

Выбираем R1 = 270 кОм.

Уточняем значение тока I₁:

Определяем изменение светового сопротивления при изменении входного параметра на заданную величину:

Определяем U:

Определяем коэффициент усиления усилителя:

Задаёмся значением сопротивления R6 = 560 кОм и определяем R4 и R5.

Принимаем R4 = R5 = 2.4 кОм.

Принимаем ток делителя задатчика I₂ = 50 мкА.

Определяем суммарное сопротивление делителя:

Величина сопротивления R2 = 0.2R = 0.2*200 = 40 кОм.

Выбираем значение сопротивления R2 = 39 кОм.

Определяем величину сопротивления R2:

Принимаем сопротивление R2 = 39 кОм.

Определяем сопротивление резистора R2:

Сопротивление R2 необходимо реализовать из двух последовательно соединённых резисторов с номинальными сопротивлениями 100 кОм и 22 кОм.

Определяем величину пульсации питающего напряжения и допустимый уровень изменения питающего напряжения:

Коэффициент пульсации:

Нестабильность питающего напряжения:

2.2 Расчёт параметрического стабилизатора для питания входной цепи

Данные для расчёта:

U₂ = 10 В; I_н = I₁+I₂ = 26+50 = 76 мкА; ₁ = 0,5%; ₂ = 8,8*10^-5; R_н = U₂/I_н = 10/76*10^-6 = 132 кОм.

Выбираем стабилитрон КС210Ж с параметрами:

U_ст.= 10 В; I_ст.min.= 0.5 мА; I_ст.max.= 13 мА; Р_max.=125 мВт; r_д= 25 Ом.

Определяем минимальный входной ток:

I_1min.= I_н+ I_ст.min.= 0.076*10^-3+0.5*10^-3 = 0.576*10^-3 А.

Определяем максимальное значение балластного сопротивления:

Выбираем R₀ = 7.5 кОм.

Определяем U_1min. и U_1max.

U_1min= U_1ном.(1-₁)=15(1-0,005)=14,9996 В.

U_1max.= U_1ном.(1+₁)=15(1+0,005)=15,075 В.

Определяем минимальное и максимальное значение токов через стабилитрон:

Стабилитрон КС210Ж проходит по предельным параметрам.

Определяем коэффициент стабилизации:

Определяем относительное изменение выходного напряжения:

_{2 2}, что удовлетворяет условию.

Определяем необходимый коэффициент сглаживания:

Определяем ёмкость конденсатора С_ст.

Выбираем С = 100 мкФ.

2.3 Расчёт выходной цепи и формирователя управляющего напряжения

Схема силовой цепи

Рис. 4.

Определяем ток нагрузки:

Для управления током нагрузки выбираем тиристоры КУ210А с параметрами: I_max.= 20 A; U_обр.= 600 В; I_у.= 150 мА; U_у.= 4 В.

Рассчитываем R1 и R2:

Для управления тиристорами выбираем оптореле КР293КП7Б с параметрами: U_ном.= 230 В; I_ном.= 250 мА; I_вх.= 5 мА; U_вх.= 1,2 В; R_к.= 25 Ом.

Определяем максимальный выходной ток микросхемы К140УД6.



Таким образом, оптореле можно непосредственно включать в нагрузку операционного усилителя. Определяем значение сопротивления R.

Выбираем R = 2 кОм.

Сопротивление контактов оптореле 25 оМ, поэтому управляющие электроды тиристоров можно подключать к оптореле без ограничительных сопротивлений R1 и R2.

2.4 Расчёт источника питания

Принципиальная схема источника питания

Рис. 5.

Расчёт начинаем со стабилизатора положительного напряжения.

Данные для расчёта:

U_ст.= 15 В; I_н = I_н.вх.+ I_ст.max.+ I_н.О.У.+ I_упр.= 0,076 + 0,677 + 3 + 10 = 13,753 мА;

₁ = 12%; ₂ = 0,5%; R_н. = 1091 оМ.

Выбираем стабилитрон КС515А с параметрами:

U_ст.= 15 В; Р_max.= 1000 мВт; I_ст.min.= 1 мА; I_ст.max.= 53 мА; r_д = 14 Ом.

Определяем минимальный входной ток:

Определяем оптимальное значение балластного сопротивления:

Выбираем R₀ = 330 Ом.

Определяем U_1ном.; U_1min.; U_1max.

Определяем минимальное и максимальное значения токов протекающих через стабилитрон:

Стабилитрон КС115А проходит по предельным значениям токов.

Определяем коэффициент стабилизации:

Определяем относительное изменение выходного напряжения:

Условие по параметрам питающего напряжения не выполняется. Рассчитываем стабилизатор с максимальным КПД.

Находим значение R₀:

Выбираем R₀ = 620 Ом.



Стабилитрон КС515А проходит по предельным значениям токов.

Находим КПД стабилитрона:

Расчёт фильтра положительной цепи источника питания.

Данные для расчёта:

U_вх.ст. = 27,68 В; I₀ = 40 мА; К_н. = 0,5%; U_с = 220 В; f_с = 50 Гц.

Коэффициент пульсаций полумостовой схемы равен 67%.

Определим коэффициент сглаживания:

Определим мощность, потребляемую стабилизатором:

Определяем



Определяем

Ориентировочно определяем мощность трансформатора:

Определяем

Ориентировочно рассчитаем сопротивление вентилей:

Сопротивление фазы выпрямителя:

Определяем коэффициент А:

По графику 5.7 (мет.) определяем:

В = 1,0; Д = 2,3; F = 6.5; Н = 300.

Рассчитываем значения параметров выпрямителя:

I₂ = 0.5ДI₀ = 0.5*2.3*0.04 = 0.046 А;

U₂ = ВU₀ = 1.0*31 = 31 В;

U_В.обр. = 2,82ВU₀ = 2.82*1.0*31 = 87.42 B;

I_В.д. = 0,5ДI₀ = 0.5*2.3*0.04 = 0.046 A;

I_В.m. = 0.5FI₀ = 0.5*6.5*0.04 = 0.13 A;

S_тр. = 0,85ДР₀ = 0,85*2,3*0,04*31 = 2,42 ВА.

Выбираем тип вентилей КД102А.

Задаёмся коэффициентом пульсаций на входе LC фильтра К_п1 = 2%

Определяем

Выбираем С_ф1 типа К50-12 200 мкФ 50 В.

Рассчитываем

Определяем граничное значение ёмкости С_ф2:

Выбираем С_ф2 типа К50-12 200 мкФ 50 В.

Определяем индуктивность дросселя:

Проверяем условие m_c 2_ф.



условие выполняется.

Рассчитываем стабилизатор отрицательной цепи.

Данные для расчёта:

U_ст. = 15 В; I_н. = 3 мА; ₁ = 12%; ₂ = 0,5%; R_н. = 5 кОм.

Выбираем стабилитрон КС215Ж с параметрами:

U_ст. = 15 В; I_ст.min. = 0.5 мА; I_ст.max. = 8.3 мА; Р_max. = 125 мВт; r_д = 17.

Определяем минимальный входной ток:

I_1min. = 0.5+3 = 3.5 mA.

Определяем R₀:

Выбираем R₀ = 1.4 кОм.

Определяем значения токов через стабилитрон:



Стабилитрон проходит по параметрам.

Определяем относительное изменение выходного напряжения:

Условие по качеству питания выполняется. Определяем КПД стабилизатора:

Определяем мощность Р₀:

Рассчитываем фильтр отрицательной цепи источника.

Данные для расчёта:

U_вх.ст. = 22,9 В; I₀ = 10,6 мА; К_п. = 0,5%; U₂ = 220 В; f = 50 Гц.

Определяем коэффициент сглаживания:

Мощность, потребляемая стабилизатором:

Определяем

Определяем

Определяем

Сопротивление вентилей:

Сопротивление фазы выпрямителя:

Определяем коэффициент А:

Определяем коэффициенты:

В = 1,03; Д = 2,25; F = 6.7; Н = 300.

Рассчитываем значения параметров выпрямителя:

I₂ = 0.5ДI₀ = 0.5*2.25*10.6*10^-3 = 0.0119 A = 11.9 мА;

U₂ = BU₀ = 1.03*25.65=26.42 B;

U_В.обр. = 2,82BU₀ = 2.82*1.03*25.65 = 74.5 B;

I_В.д. = 0,5ДI₀ = 0.5*2.25*10.6*10^-3 =11.9 мА;

I_В.m. = 0.5FI₀ = 0.5*6.7*10.6*10^-3 = 35.51 мА;

S_тр. = 0,85ДР₀ = 0,85*2,25*0,243 = 0,46 ВА;

Выбираем вентили КД102А.

Задаёмся коэффициентом пульсаций на входе LC фильтра: К_п. =2%.

Определяем

Выбираем С_ф1 типа К-50-12 100 мкФ 50 В.

Рассчитываем

Определяем граничное значение ёмкости С_ф2:

Выбираем С_ф2 типа К50-12 10 мкФ 50 В.

Определяем индуктивность дросселя:

Проверяем условие m_c 2_ф.



Условие выполняется.

Рассчитываем трансформатор источника питания:

Выбираем магнитопровод ШЛМ1216 у которого Q_ст.Q₀ = 5.9. Q_ст.акт. = 1,76.

Определяем число витков и диаметр проводов:

;

ток I₁ = К_ТI₂ = 0.14*0.0579 = 0.0081.

Выбираем провод ПЭВ-1 d₁ = 0.02 мм; d₂ = 0.15 мм; d₃ = 0,08 мм.

Для включения устройства используем тумблер ПТ57-6-2 с параметрами:

U_ком. = 250 В; I_ком. = 6 А.



Размещено на Allbest.ru