Расчет конденсатора переменной емкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные для расчета

Введение

1. Обзор аналогичных конструкций

2. Электрические и конструкторские расчеты

3. Выбор элементов и материалов конструкции

4. Описание конструкции

Заключение

Перечень ссылок

Приложение

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА

Максимальная частота - f_max= 3 мГц;

Минимальная частота - f_min=1.5 мГц;

Рабочий угол - и=180^?;

Тип конденсатора - прямочастотный;

Напряжение - 450 В.

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является проведение расчетов электрических и конструктивных параметров конденсатора переменной емкости (КПЕ).

На данный момент конденсаторы переменной емкости являются одними из важнейших узлов радиоаппаратуры. С их помощью осуществляется настройка контуров приемников и передатчиков, также они широко используются в электронной и радиоизмерительной аппаратуре и многочисленных специальных радиоустройствах.

1. ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В данном курсовом проекте рассматривается прямочастотный КПЕ.

Прямочастотный конденсатор осуществляет линейную зависимость измерения частоты колебательного контура от угла поворота ротора, поэтому он применяется в аппаратуре, в которой необходимо иметь равномерную по частоте шкалу настройки, например, в приемниках и измерительных приборах [2, c. 32] .

Прямоемкостной конденсатор - самый простой и распространенный тип КПЕ. Емкость его линейно возрастает при повороте ротора конденсатора, т.е. приращения емкости при повороте ротора на угол Ди должны быть одинаковым при любом значении и, соответственно и приращения площади dS при любом угле и. При повороте пластины ротора емкость меняется равномерно, а частота - неравномерно. Неравномерное изменение частоты создает неудобство для настройки и градуировки контура по частоте [2, c. 31].

Прямоволновой конденсатор осуществляет линейную зависимость изменения волны колебательного контура от угла поворота. Такие конденсаторы имеют ограниченное применение: преимущественно в некоторых измерительных приборах [2, c. 33] .

Логарифмические конденсаторы характеризуется постоянным, в пределах диапазона, относительным изменением ёмкости или частоты. В первом случае конденсаторы называют ёмкостно-логарифмическими, а во втором частотно-логарифмическими. По характеру изменения частоты логарифмические конденсаторы приближаются к прямочастотным, но обеспечивают одинаковую точность отсчёта по всему диапазону [2, c. 34].

Частотные характеристики прямочастотного 1 и прямоволнового 2, логарифмического 3 и прямоемкостного 4 конденсаторов приведены на рис. 1.1.

Рисунок1.1 - Зависимость частоты контура от угла поворота ротора

конденсатор ротор статор емкость

Необходимую зависимость изменения емкости от угла поворота получают соответствующим изменением площади перекрытия статорных пластин роторными или при помощи выреза на статоре или роторе, а также всевозможных изломов контурах пластин, ступенчатых радиусов, подключением дополнительной ёмкости и т. д. [1, c. 20]

Заданного изменения емкости обычно достигают применением роторных пластин с переменным радиусом при полукруглом вырезе в статорных пластинах либо при полукруглых пластинах ротора и вырезе с переменным радиусом в статорных пластинах. [1, c. 21]

Для прямоемкостного КПЕ характерна форма пластины ротора с постоянным радиусом. Для остальных видов КПЕ характерна вытянутая форма пластины ротора, имеющая некоторые отличия в зависимости от вида КПЕ.

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

Задачей расчета конденсатора переменной ёмкости является определение конфигурации роторных и статорных пластин, их количества и величины зазора.

Так как конденсатор работает в диапазоне средних (гектаметровых) волн (300кГц - 3 МГц), минимальная емкость контура бывает 50 - 100 пФ. Выбираем значение C_{k min}=100 пФ.

Коэффициент перекрытия по частоте определяется по формуле:

(2.1)

Используя (2.1) получили значение .

Выражая из (2.1) получим выражение для :

(2.2)

Используя (2.2) получили значение

Максимальная емкость контура определяется по формуле:

(2.3)

Используя (2.3) получили значение .

Основой расчета формы и пластин при любой зависимости емкости от угла поворота ротора является определение :

(2.4)

где

(2.5)

Ориентировочно число пластин можно выбрать по табл. 2.1.

Таблица 2.1- Выбор числа пластин КПЕ

Для С_{k max} =400 пФ выбираем число пластин n=18.

Радиус выреза на статорных пластинах r определяется диаметром оси ротора и зазором между осью и кромками статорных пластин. Его уменьшение повышает минимальную ёмкость конденсатора и отрицательно сказывается на стабильности. Из технических соображений принимаем диаметр оси ротора равным 6 мм, зазор между осью и кромками пластин равным 1 мм. Исходя из этого радиус выреза на статорных пластинах r=7 мм.

Радиусы вырезов для крепления статорных пластин принимаем равными радиусу осей статора. Они равны 5 мм.

Рабочий зазор между пластинами зависит от величины рабочего напряжения, частоты, условий эксплуатации, ТКЕ, конструктивно - технологических возможностей, виброустойчивости, а также разброса величины емкости.

С точки зрения объема конденсатора величина зазора должна быть минимальной. Но при малых зазорах понижается надежность. Считается, что конденсаторы с зазором меньше 0,15мм вызывают чрезмерное усложнение производства. В конденсаторах повышенной точности применяют большие зазоры, порядка 1,0 - 1,5 мм. А так как между пластинами конденсатора будет воздух, выбираю величину зазора равной 1 мм.

Переменный радиус ротора рассчитывается по формуле:

(2.6)

Подставляя (2.4), (2.5) в (2.6) рассчитываем значения радиусов очертания кривой ротора для различных углов от 0^? до 180^? с шагом 10^?. Результаты расчетов представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 - Зависимость радиуса очертания ротора от угла поворота

Для пластин статора берем прямоугольную форму. Размеры выбираем, исходя из полученных размеров роторных пластин так, чтобы обеспечить полное перекрытие по площади.

Исходя из прочностных характеристик алюминия и расстояния между пластинами, принимаем толщину пластин статора и ротора равной 0.5 мм.

Размеры основания корпуса берутся такими, чтобы при полном повороте ротора пластины не выходили за пределы корпуса.

Если предположить, что конструкция конденсатора выполнена таким образом, что при изменении температуры происходят свободные температурные деформации без сколько-нибудь заметных напряжений в частях конструкции, которые могли бы привести к короблению, изгибам, то ТКЕ приближенно можно рассчитать по следующей формуле:

(2.7)

где h - толщина пластины; d - расстояние между пластинами; б_мп - температурный коэффициент расширения материала пластин; б_в - температурный коэффициент расширения материала втулки (для алюминия равен 2.4Ч10^{-6 ?}С^-1), - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости (для воздуха равен 2Ч10^{-6 ?}С^-1).

Используя (2.7) получили значение ^?С^-1.

Значение б_с для КПЕ, используемых в радиоаппаратуре, имеет величину

10^-6…10^-5 1/°С.

3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ И МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИИ

Материалом основания выбираем пластик ввиду его прочности, невысокой стоимости и простоты обработки. Так как мы используем одно основание, то нам необходимо обеспечить устойчивость осей статора и ротора. Исходя из этого, выбираем толщину, равную 1 см. Линейные размеры выбираем так, чтобы пластины статора и ротора не выходили за пределы основания.

Секции ротора и статора - основные элементы конструкции конденсатора. Они могут быть изготовлены из цельной заготовки металла или собраны из отдельных пластин, закрепленных на оси, втулке или колонке. [2, с. 43]

Литые конденсаторы изготовляют при помощи литья из алюминиевых или цинковых сплавов. Они отличаются высокой стабильностью, но не могут быть изготовлены большой ёмкости без значительного увеличения размеров. Особенно часто они используются в радиоаппаратуре УКВ.

Фрезерованные изготавливают фрезерованием из сплошного куска, чаще всего используют алюминий и его сплавы. Эти конденсаторы также отличаются высокой стабильностью, электрическими и механическими показателями, но более сложны в изготовлении, металлоёмки, а поэтому малопригодны для массового производства.

Штампованные конденсаторы наиболее удобны для массового производства, хотя по электрическим параметрам они уступают предыдущим типам. Они изготавливаются из штампованных деталей, соединённых при помощи пайки, отбортовки, задавливания или расчеканки.

Для сборки секций ротора и статора используется расчеканка пластин. Надежность крепления пластин при расчеканке недостаточна, стабильность конденсаторов понижается, поэтому для стабильных конденсаторов данный способ сборки не применяется, как и для конденсаторов, работающих в диапазонах УКВ и ДМВ. Однако способ расчеканки наиболее приемлем для массового производства [2, с. 43].

Сборка секций ротора и статора конденсаторов профессиональной радиоаппаратуры осуществляется пайкой пластин. При этом обеспечивается надежный электрический контакт и прочное механическое соединение пластин с осью. Для пластин и втулок используется один и тот же материал, а также допускается применение более тонких пластин и меньших зазоров по сравнению с цельнофрезерными секциями или собранными на шайбах.

Широко распространен способ соединения пластин, который называется отбортовкой. Здесь так же, как и при расчеканке, имеют место пластические изменения форм пластин и наличие упругих деформаций. Однако отбортовка пластин обеспечивает более прочную посадку пластин на ось и надежный электрический контакт. Отбортованные секции имеют большую температуроемкость, более «чистый» технологический процесс изготовления и меньшую стоимость [2, с. 44].

Обычно материалом для пластин служит алюминий.

Оси выполняют из стали, латуни и инвара и радиотехнической керамики типа В, ультрафарфора и стеарита.

Конфигурация металлической оси определяется способом крепления роторных пластин. Непосредственно на оси пластины крепятся с прорезанием на ней специальных пазов.

Подшипники должны обеспечивать плавное и лёгкое вращение ротора при отсутствии непроизвольных перемещений. Особенно недопустим продольный люфт, который сопровождается значительным изменением ёмкости при помощи контактных сцепок. Подшипники не должны допускать деформации оси и корпуса из-за теплового расширения.

Назначение токосъёмника - надёжное соединение конденсатора со схемой. Применяются типы токосъёмников: со скользящим контактом, с гибким соединением, бесконтактные (ёмкостные токосъёмы). Наиболее широко применение имеют токосъёмы со скользящим контактом. Токосъем должен обладать достаточной упругостью и проводимостью, поэтому для его изготовления выбираем бронзу.

4. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Основой конструкции является основание корпуса 6, в котором имеются отверстия для осей статора 4 и ротора 3, а также отверстие для крепления токосъема 5. Пластины статора 2 и ротора 1 соединяются с осями статора и ротора соответственно при помощи расчеканки. На ось ротора надеваются подшипники 7, затем собранные секции статора и ротора вставляются в соответствующие осям разъемы. Затем на ось ротора надевается токосъем. Оси статора и ротора зажимаются при помощи гаек, токосъем крепится заклепкой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного курсового проєкта были проведены расчёт и проектирование прямочастотного КПЕ с заданными параметрами.

Максимальная ёмкость 400 пФ, коэффициент перекрытия по частоте равен . Были рассчитаны значения радиусов очертания кривой ротора.

ТКЕ данного конденсатора приблизительно равен °С^-1.

Материалом корпуса выбран пластик, пластин статора и ротора - алюминий, токосъема - бронза, а оси крепления - сталь. Диэлектриком выбран воздух.

Конструкция удовлетворяет предъявляемым требованиям, т. е. обеспечивает стабильностью и точностью работы при нормальных условиях. Конденсатор имеет экономическую и техническую конструкцию, что необходимо при массовом производстве.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Н.В. Долженков, В.П. Олейник «Элементная база радиоэлектронных средств». Харьков 2001;

2. В. В. Фирсов, Н. В. Долженков «Устройства функциональной электроники и радиоэлементы». Харьков 1990.

Размещено на Allbest.ru