5.1.2 Теплотехнічний розрахунок

1. Визначення температури перегріву резистивного елемента при установленому тепловому режимі проводиться згідно з формулою: , (5.26)

де ΔТ – температура перегріву резистивного елемента, град;

P – потужність розсіювання, Вт;

μ – середнє значення коефіцієнта тепловіддачі, Вт/мм²·град;

S_р.е – площа поверхні резистивного елемента, мм².

2. Визначення максимальної температури перегріву резистивного елемента проводиться за формулою:

, (5.27)

де Т₀ –температура навколишнього середовища.

5.1.3 Розрахунок контактної пружини

Перед початком виконання розрахунків пружини необхідно визначитися з деякими параметрами, а саме обрати матеріал та конструкцію пружини. Як матеріал пружини обираємо сплав, який має високу твердість і електропровідність та стійкий до корозії; як приклад конструкції пружини обираємо консольну пружину круглого перерізу. Далі виконуємо розрахунки.

1. Визначення діаметра пружини:

, (5.28)

де d_пр – діаметр пружини, мм;

F_k – мінімальне контактне зусилля, г;

Е  модуль пружності матеріалу пружини, кг/мм²;

  напруга в матеріалі пружини, кг/мм²;

f_в  максимальна частота вібрацій,1/с;

  густина матеріалу пружини.

2. Визначення довжини пружини

. (5.29)

3. Визначення вигину пружини під дією контактного зусилля

. (5.30)

4. Визначення коефіцієнта запасу по контактному зусиллю

(5.31)

де – максимальна величина ударних або лінійних прискорень.

Приклади конструктивного виконання дротових, підстроювальних резисторів,резисторів змінного опору та деякі їхні параметри наведено у додатку Н.

5.2 Алгоритм розрахунку конденсатора змінної ємності

Перед початком проектування конденсатора змінної ємності необхідно вивчити лекційний матеріал [11, с. 38-79].

Вхідні дані для розрахунку конденсатора змінної ємності (надалі – КЗЄ):

– максимальне та мінімальне значення ємності;

– функціональна залежність ємності від кута оберту осі;

– робоча напруга;

– кількість секцій;

– програма випуску;

– умови експлуатації та ін.

5.2.1 Розрахунок електричних і конструкційних параметрів

1. Обирається кількість пластин. Сумарна кількість пластин у секції конденсатора обирається з урахуванням того, що сумарна довжина секції має приблизно дорівнювати радіусу пластини ротора і сумарна довжина КЗЄ не може перебільшувати задане у ТЗ значення; кількість пластин обираємо залежно від максимальної ємності згідно з таблицею 5.1:

Таблиця 5.1 – Рекомендована кількість пластин конденсаторів

Сmax, пФ	До 750	350–500	200–300	100–150	50–60	40–50	25–35	15–20	До 15
n	До 33	15–25	9–11	7–13	1–23	7–14	5–11	3–7	3–5

2. Обираються матеріали, з яких буде виготовлено: корпус, вісь, пластини ротора і статора, контактної пружини та ін.

3. Обирається товщина пластин, що залежить від їх максимального радіуса та способу виробництва. Рекомендовані значення 0,2…1,5 мм.

4. Обирається діаметр осі. Він залежить від матеріалу осі та кількості секцій конденсатора. Рекомендовані значення: якщо вісь металева – 2,0…6,0 мм якщо керамічна – 6,0…15 мм.

5. Визначається зазор. Величина зазору d обирається, виходячи з розмірів конденсаторів, потрібної точності, необхідної стабільності, електричної потужності та виробничо-технологічних міркувань. Чим більший зазор, тим вища електрична потужність, стабільність, надійність і точність закону зміни ємності. Слід врахувати, що при збільшенні зазору збільшується обсяг конденсатора.

Для приблизного, але задовольняючого практичним вимогам розрахунку можна вийти з того, що за нормального тиску допустима напруга поля між пластинами складає 500–700 В/мм. Тоді величина зазору буде дорівнювати:

(5.32)

де U_р – робоча напруга.

Якщо робоча напруга конденсатора не більше 200 В, то величину зазору вибирають не менше 0.15…0.20 мм, а частіше за все 0.3…0.6 мм, що забезпечує робочу напругу близько 200…450 В. У конденсаторах підвищеної точності і стабільності застосовують великі зазори, до 1.0…1.5 мм.

6. Визначення радіуса вирізу у статорних пластинах:

Радіус вирізу на статорних пластинах r₀ визначається радіусом осі і зазором поміж віссю і кромками статорних пластин.

(5.33)

де r_ос – радіус осі.

Цей зазор часто обирається у 2–3 рази більший за зазор між пластинами. Його зменшення підвищує мінімальну ємність конденсатора і негативно впливає на стабільність. Звичайно величина r_о складає 5…10 мм.

7. Розрахунок радіуса пластин ротора.

Розрахунок радіуса пластини ротора залежить від закону зміни ємності від кута повороту ротора (рис. 5.1, 5.2). Формула розрахунку обрису роторної пластини, що забезпечує будь-яку функціональну залежність ємності:

R = мм, (5.34)

де n – кількість пластин,

–зазор між пластинами ротора і статора,

–похідна залежності ємності від кута повороту.

Особливості розрахунку конденсаторів основних типів:

– прямоємнісний конденсатор (ротор буде мати півкруглу форму):

; (5.35)

– прямохвильовий конденсатор:

, (5.36)

, (5.37)

де – коефіцієнт перекриття діапазону контуру, який визначається як:

(5.38)

– прямочастотний конденсатор (при збільшенні ємності зі збільшенням кута повороту):

, (5.39)

, (5.40)

– ємнісно-логарифмічний конденсатор має таку залежність:

, (5.41)

, (5.42)

– частотно-логарифмічний конденсатор визначається як:

, (5.43)

, (5.44)

Рисунок 5.1 – Залежності С, λ і f від кута повороту для конденсаторів підстроювання з обкладинками напівкруглої форми

Конденсатори, у яких залежність від кута повороту лінійна, мають обкладинки, обвідна яких описується логарифмічною кривою. Ці конденсатори мають гарну механічну та електричну стабільність параметрів.

Рисунок 5.2 – Залежності С, λ і f від кута повороту для конденсаторів змінної ємності

5.2.2 Розрахунок температурного коефіцієнта ємності

Температурний коефіцієнт змінної частини ємності (ТКЕ) конденсатора визначається формулою:

(5.45)

де ТКЕ – температурний коефіцієнт діелектричного проникнення діелектрика;

TKSA і TK_d – температурні коефіцієнти активної площі пластин і зазору відповідно.

Температурний коефіцієнт активної площі пластин обумовлюється температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу α_мп, з якого вони виготовлені, і відносним переміщенням секції ротора і статора, викликаним температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу корпуса α_мк:

TKS_A = TKS_S TKS_L , (5.46)

де TKS_S і TKS_L – температурні коефіцієнти активної площі пластин;

TKS_S = 2 α_мп, (5.47)

де α_мп – температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлені пластини.

TKS_L= α_мп – α_мк , (5.48)

де α_мк – температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлений корпус (основа конденсатора).

Оскільки пластини кріпляться до осі ротора пайкою, то температурний коефіцієнт зазору між пластинами розраховується за такою формулою :

ТКd=(5.491)

де – температурний коефіцієнт лінійного розширення зазору;

–зазор між пластинами одного знаку;

–товщина пластин.

5.2.3 Розрахунок струмоз’єму

1. Розрахунок контактного зусилля.

Контактне зусилля визначається відповідно до умов забезпечення активної складової перехідного опору R_п:

, (5.50)

де – коефіцієнт, який враховує спосіб, чистоту обробки і стан поверхні контактних елементів;

–поверхнева міцність за Бринелем (обирається за найбільш м'яким матеріалом);

b – коефіцієнт, залежний від характеру деформації, виду і форми зони контактування.

2. Розрахунок товщини контактної пружини.

, (5.51)

де – коефіцієнт запасу;

–середній вигин;

–допустима напруга на вигин;

E – модуль пружності першого роду.

По сортаменту на використаний матеріал отримане значення товщини округляють до найближчого табличного значення [4].

Приклад конструктивного виконання конденсаторів змінної ємності для високих частот (ВЧ) та надвисоких частот (НВЧ) наведений на рисунку 5.3.

Рисунок 5.3 – Приклад конструктивного виконання КЗЄ для ВЧ та НВЧ

Такі конденсатори можна використовувати як конденсатори підстроювання.

5.3 Алгоритм розрахунку котушки індуктивності

Перед початком проектування котушки індуктивності необхідно вивчити лекційний матеріал [11, с. 80–113].

Вхідні дані для розрахунку котушки індуктивності:

– значення індуктивності;

– робоча частота;

– добротність;