Элементы и функциональные устройства автоматики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет

(ФГБОУ ВПО «ДАЛЬРЫБВТУЗ»)

Кафедра «Электрооборудование и автоматика судов»

Курсовой проект

Элементы и функциональные устройства автоматики

Выполнил: курсант группы ЭМс-312

Аникин А.О.

Руководитель курсового проекта:

Кирюха В.В.

Владивосток

2018



Введение

автоматизация сигнал информация управление

Развитие электроники, микропроцессорной техники, электрооборудование в настоящее время способствует автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, на службе и в быту. Возможности автоматизации в значительной мере определяются возможностями устройств для поиска информации о регулируемом параметре или процессе и устройстве, адекватно преобразующем эту информацию в соответствующий сигнал управления.

Автоматизация предполагает достаточно глубокие знания разработчиков и обслуживающего персонала в области функциональных устройств и элементов автоматики. Целью и заданием курсового проекта является разработка и расчет двухкаскадного усилителя с релейным выходом. Выбор элемента принципиальной схемы на основе проведенных расчетов. Обосновать выбор элементов, произвести проверочный расчет выходного электромагнитного реле.



Исходные данные

Диапазон рабочих температур от 243 до 313 К;

Параметры входного реле KL:

Реле надежно работает при напряжении на катушке от 0,8 до 1,05

Режим работы продолжительный.

Рис. 1. Принципиальная схема двухкаскадного усилителя с релейным выходом



Расчет

Начнем с выбора элементов схемы параметрического стабилитрона напряжения. Величина напряжения стабилизации параметрического стабилизатора (пренебрегая падением напряжения на открытых полупроводниковых приборах) определяется напряжением надежного срабатывания реле KL, которое находится в пределах (0,8…1,05), т.е. от 38,4 до 50,4 В.

Максимальный ток стабилитрона определяется в основном током реле KL, А

Где:

При неблагоприятных сочетаниях параметров стабилитронов КС510А и КС512А минимальное напряжение коллекторного питания составит 18,1 В, а максимальное 26,5 В.

Окончательный расчет параметрического стабилитрона проведен после расчета усилителя. Выберем транзисторы усилителя.

Для повышения надежности работы транзисторов рекомендуется выбирать рабочее напряжения так, чтобы они не превышали 0,7-0,8 предельных значений. Учитывая максимальное коллекторное напряжение, для нашей схемы нужен транзистор, у которого

Постоянное напряжение, коллектор-эмиттер, В



Где:

Постоянный ток коллектора, А

Где:

Для обоих каскадов усилителя выбираем транзистор КТ3107Б. Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при тока и .

Напряжение насыщения коллектор - эмиттер при токе и токе базы

при токе и токе базы

Напряжение насыщения базы - эмиттер

при токе и токе базы

при токе и токе базы

Обратные токи коллектора и эмиттера не более 0,1 мкА.

Постоянные напряжения: коллектор - база , коллектор - эмиттер , эмиттер - база ; постоянный ток коллектора постоянная рассеиваемая мощность коллектора при температуре 298 К. Расчет начинаем с выходного каскада.

Для создания источника запирающего напряжения в цепи транзистора VT2 выбираем кремниевый диод Д223. Параметры диода: постоянное обратное напряжение ; выпрямленный ток ; постоянный обратный ток

Выбираем прямой ток диода VD2 2мА, напряжение при температуре 298 К.

Сопротивление резистора R5, Ом.

Где:

Выбираем номинальное напряжение 10 кОм5 %.

Мощность, рассеиваемая на транзисторе R5, Вт.

Где:

Выбираем резистор МЛТ-

Ток протекающий через R5 и диод VD2, А

Ток в цепи коллектора транзистора VT2, когда он находится в режиме насыщения, А

Где:

Минимальное напряжение на катушке реле KL, когда транзистор VT2 находится в режиме насыщения, с учетом неблагоприятных сочетаний параметров элементов схемы:



Где:

что находится в допустимых пределах.

Максимальный прямой ток диода МВ2, когда транзистор VT2 насыщен, с учетом неблагоприятных сочетаний параметров элементов схемы равен:

что меньше максимально допустимого тока для диода типа Д223.

Расчетный статический коэффициент передачи тока транзисторов

Где:

Минимальный статистический коэффициент передачи тока транзистора VT2, учитывая режим работы

Ток в цепи базы VT2 на границе насыщения, А



Ток в цепи базы в режиме насыщения, А, принимая коэффициент насыщения равный 1,2

Если транзистор VT2 - в режиме насыщения, то VT1 - в режиме отсечки. По резистору R2 проходит ток базы VT2 и обратный ток коллектора VT1

Где:

Сопротивление резистора R2, Ом

Где:

Выберем номинальное сопротивление 19 кОм.

Определив максимальную мощность на R2, Вт

Выбираем резистор МЛТ-0,125

Напряжение между базой и эмиттером транзистора, необходимое для создания режима отсечки, В



Где:

Принимая статический коэффициент передачи тока максимальным, находим

Определим максимальное напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2 в режиме отсечки.

На основании второго закона Кирхгофа можно записать:

Откуда

Следовательно, транзистор VT2 будет в режиме отсечки, так как напряжение на его базе, рассчитанное при минимальном напряжение на VD2, положительно относительно эмиттера и больше, чем рассчитанное .

Ток в цепи коллектора транзистора VT1 в режиме насыщения, А

Минимальный статистический коэффициент передачи тока транзистора VT1, учитывая величину тока в цепи эмиттера

Ток в цепи базы VT1 на границе насыщения, А

Сопротивление резистора R3 в цепи обратной связи, Ом

Выбираем резистор МЛТ-0,125(мощность, выделяющаяся на резисторе R3, меньше о,125 кВт).

Ток в цепи обратной связи (если VT1 открыт, а VT2 закрыт), А

Определим сопротивление R1 из условия обеспечения заданного входного тока срабатывания усилителя. Усилитель срабатывает, если под воздействием входного тока (сигнала) транзистор VT1 из режима насыщения переходит в усилительный, при котором ток в цепи базы пропорционален току в цепи коллектора. Составим для точки А выражение в соответствии с первым законом Кирхгофа

Отсюда ток в резисторе R1 при срабатывании усилителя, А

Определим величину тока в резисторе R1 при крайних значениях коэффициента передачи тока транзистора VT1, А:

Предельные значения сопротивления резисторов R1, Ом:

Из расчета следует, что для обеспечения тока срабатывания усилителя с заданной точностью сопротивление резистора R1 подбираем при настройке схемы усилителя. Для дальнейших расчетов принимаем сопротивление R1 при этом .

Мощность, потребляемая усилителем от источника сигнала при срабатывании, Вт

Определим величину сопротивления резистора R4 из условия, чтобы при запирании транзистора VT2 напряжение на нем не превысило максимально допустимое. При запирании VT2 на обмотке реле KL, обладающей индуктивностью, наводится ЭДС самоиндукции, под действием которой открывается диод VD3. Будем считать, что ток замыкается по цепочке VD3 R4, создавая дополнительное падение напряжения. Следовательно, напряжение на запирающем транзисторе VT2



Отсюда, принимая прямое падение напряжения на диоде VD3 1В, получим

Выбираем резистор R4 МЛТ-0,125-1250 Ом а VD3 - Д 223.

Максимальное постоянное напряжение эмиттер - база транзистор VT1 поэтому для защиты от обратных напряжений включен диод VD1. При появлении на входе усилителя обратных напряжений открывается диод VD1, и напряжение между эммитером и базой VT1, будет равно прямому напряжению на диоде VD1. Для этой цепи выбираем диод Д223.

Определяем мощность, потребляемую схемой усилителя от источника коллекторного питания. Если транзистор VT1 открыт, а VT2, закрыт, то суммарный ток потребляемый схемой (нагрузкой), равен

Потребляемая мощность, Вт

Эквивалентное сопротивление нагрузки, Ом

Если транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт, то суммарный ток, потребляемый схемой:

Потребляемая мощность, Вт

Эквивалентное сопротивление нагрузки, Ом

Таким образом, сопротивление нагрузки, подключаемой к источнику коллекторного питания, в процессе работы схемы изменяется от 1105 до 4950 Ом.

Определим крайнее значение токов, потребляемых нагрузкой, с учетом изменения напряжения коллекторного питания

Рассчитаем балластное сопротивление стабилитронов и изменения напряжения питания. Ток стабилитронов при неблагоприятных сочетаниях параметров должен быть больше минимального и меньше максимального токов стабилизации, указанных в справочных данных на стабилитроны.

Минимальный ток через стабилитроны, А



Принимая минимальный ток через стабилитроны VD4 и VD5

Принимаем .

Определим сопротивление резистора R6 с учетом минимального напряжения питания и максимального напряжения стабилизации (коллекторного питания):

Выбираем номинальное сопротивление резистора 1,8 кОм Определим минимальный и максимальный токи через выбранный резистор R6 с учетом изменения напряжения питания и напряжения стабилизации:

Проверим токи через стабилитроны:



Расчеты подтверждают правильность выбора параметров схемы стабилизатора, так как токи стабилитронов находятся в допустимых пределах при неблагоприятных сочетаниях различных факторов.

Максимальная мощность, рассеиваемая резистором R6, Вт

Выбираем резистор ПЭВ-7,5-1,8 кОм

Номинальная мощность, потребляемая схемой от источника питания, Вт

Определим коэффициент стабилизации выбранного параметрического стабилизатора. Будем считать, что при неизменной нагрузке на стабилизатор ток через стабилитроны изменяется только за счет изменения напряжения питания, следовательно,

Изменение напряжения на нагрузке вызвано наличием дифференциального сопротивления стабилитронов, которое в соответствии со справочными данными принимаем

Следовательно,



Таблица 1

Коэффициент стабилизации стабилитрона при неизменной нагрузке и изменении напряжения питания



Заключение

Необходимо отметить, что проведенный расчет коэффициента стабилизации является приближенным, так как не учитывает влияние температуры и изменения нагрузки. Элементы схемы, выбраны при расчете, сведены в таблицу 1.

На входе порогового элемента (R1, R2, R3, VD1, DA1) от преобразовательной части (на схеме источник ) поступает входной сигнал, имеющий форму положительных полуволн синусоиды, следующих с частотой 100 Гц. В пороговом элементе происходит его сравнение с заданным опорным напряжением.

Со стороны порогового элемента преобразовательный сигнал поступает на интегрирующую R - C цепь (C, R4, R5, VD2, VD3). К конденсатору С интегрирующей цепи подключен триггер Шмита (DA2, R6, R7, R8), с выхода которого сигнал идет на исполнительный элемент (VT, KL, VD4, VD5, VD6, R9, R10). Схема питается от источника стабилизированного напряжения симметричного относительно общей точки.

Измерительный орган построен на принципе относительного замера времени превышения входным сигналом условного значения. Для срабатывания необходимо и достаточно, чтобы мгновенное значение входного сигнала было больше опорного и время превышения сигналом опорного напряжения имело определенное значение

где время превышения сигналом опорного напряжения, с;

коэффициент пропорциональности.



Список используемой литературы

1. Кирюха В.В. Измерительные преобразователи в системе автоматики. Теория, устройство, применение: лекционный курс. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2007. - 216 с.

2. Колосов С.П. и др. Элементы автоматики. - Л.: Машиностроение, 1987. - 512 с.

3. Кирюха. В.В. применение измерительных преобразователей и датчиков: метод. пособие. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2008. - 86 с.

4. Королев Г.В. Электронные устройства автоматики: учеб. пособие. - М.: Высш. шк. 1991. - 265 с.

Размещено на Allbest.ru

...