5 Приклади алгоритмів розрахунку деяких елементів
5.1 Алгоритм розрахунку резистора змінного опору
5.1.1 Розрахунок резистивного елемента
Перед початком проектування резистора необхідно вивчити лекційний матеріал [11, с. 7–38].
Вхідні дані для розрахунку резистора змінного опору:
– максимальне значення опору;
номінальна потужність;
залежність опору від кута повороту осі;
електрична роздільна здатність;
програма випуску;
– умови експлуатації та ін.
Залежно від параметрів, заданих у ТЗ, розрахунок резистивного елемента можна здійснити за одним із двох нижченаведених алгоритмів, які викладено у п. 5.1.1, інші пункти цього розділу розраховуються в обов’язковому порядку.
Перший варіант розрахунку резистивного елемента.
1. Визначення площі плоского каркасу резистивного елемента виконується згідно з формулою:
,
(5.1)
де S – площа каркаса, мм2;
P – електрична потужність розсіювання, Вт;
J– перегрів обмотки, що дорівнює різниці між максимально допустимоютемпературою на обмотці і номінальною температурою навколишнього середовища, ˚C;
μ – середній коефіцієнт тепловіддачі резисторів, що лежить у рамках (5÷20)·10-5Вт/мм2·град.
2. Визначення діаметра дроту:
, (5.2)
де d –діаметр дроту, мм;
ρ – питомий електричний опір, Ом·мм2/м;
R – опір резистора, Ом;
к – коефіцієнт, що чисельно дорівнює відношенню кроку намотки до діаметра проволоки. Для резистивних елементів, з ізольованим проводом к=1,05÷1,2.
3. Визначення довжини проводу L, мм:
.
(5.3)
4. Визначення кроку намотки дроту tн, мм:
.
(5.4)
5. Визначення довжини каркаса.
Площа плоского каркаса визначається за формулою:
,
(5.5)
де l0–довжина активної частини каркаса, мм;
a – висота каркаса, мм;
b – ширина каркаса, мм.
Тоді:
.
(5.6)
6. Визначення кількості витків резистивного елемента:
.
(5.7)
7. Визначення кроку намотки tнчерез L, a, b:
.
(5.8)
Якщо результат приблизно дорівнює минулому розрахунку, крок намотки обрано правильно.
Із конструктивних міркувань задаємо
кут оберту
.
8. Визначення довжини каркаса, якщо б він мав форму замкнутого кола:
.
(5.9)
9. Визначення діаметра каркаса:
.
(5.10)
10. Визначення роздільної здатності резистора:
.
(5.11)
Після визначення роздільної здатності її необхідно порівняти з величиною, заданою у ТЗ, та зробити висновки.
Другий варіант розрахунку резистивного елемента.
1. Струм, який протікає через резистивний елемент, визначається згідно з формулою:
,
(5.12)
де I – струм, А;
Р – потужність, Вт;
R – опір, Ом.
2. Визначення діаметра дроту за формулою:
,
(5.13)
де j –
щільність струму,
3. Визначення довжини дроту, який забезпечить необхідний максимальний опір резистора:
,
(5.14)
де ρ – питомий електричний опір матеріалу, з якого виготовлено дріт, Ом·мм2/м.
4. Визначення матеріалу дроту.
5. Визначення довжини дроту для кріплення його виводів за формулою:
.
(5.15)
6. Обрання розмірів каркаса:
Dв – внутрішній діаметр каркаса;
b – товщина каркаса.
7. Визначення корисної довжини намотки дроту на каркасі за формулою:
.
(5.16)
8. Обчислення довжини одного витка виконується за формулою:
(5.17)
де Dн – зовнішній діаметр каркаса.
9. Обчислення кількості витків:
(5.18)
10. Визначення кроку намотування дроту на каркас з урахуванням ізоляції дроту [3]:
(5.19)
11. Обчислення кількості витків, які можна розташувати на визначеній довжині.
(5.20)
12. Визначення активної довжини каркаса:
(5.21)
13. Визначення висоти каркаса резистивного елемента.
Для визначення висоти каркаса резистивного елемента необхідно скористатися рівнянням, яке забезпечує потрібну функціональну залежність опору резистора:
,
(5.22)
де Н – значення висоти каркаса.
14. Перше значення висоти Н1 можна визначити за формулою:
,
(5.23)
де
– кут укладання дроту на каркас;
коефіцієнт,
який враховує особливості вигину дроту
на каркас.
15. Визначення кількості витків у секції резистивного елемента:
,
(5.24)
де Ку – коефіцієнт укладання проводу.
16. Визначення роздільної здатності резистора.
(5.25)