Конденсатор переменной емкости

/>электрической прочности, точности, температурной стабильности, габаритных
размеров и производственно-технических соображений.

При большом зазоре увеличивается
электрическая прочность, увеличивается температурная стабильность, но
увеличиваются и габаритные размеры КПЕ. Маленький же зазор даёт плохие
стабильность и электрическую прочность при малых габаритных размерах. В связи с
этим с этим выбираем d = 0,3мм, считая это значение оптимальным с точки зрения
отношения характеристик и габаритных размеров.

Для предотвращения короткого замыкания
между роторными и статорными пластинами в статорных пластинах делается вырез.
Его радиус определяется с учётом зазора d и радиуса оси rоси = dоси/2
=4/2 = 2 мм по формуле:

r0 = rоси+(2÷3)d
= 2+(2÷3)·0,3 = 2.5÷2.75 мм,

Выбираем максимальное значение r0 =2.75 мм, так как при
большем радиусе уменьшается значение паразитной ёмкости.

3.1 Определение формы и
размеров пластин

Прямоволновая
зависимость ёмкости от угла поворота математически описывается функцией

С
= (aφ + b)2, (3.1)

где a = (-
)/180;

b = Сmin ;

K= ;

φ – угол поворота ротора.

N – общее число пластин статора и ротора

Зависимость радиуса ротора от угла
поворота для получения необходимой функциональной зависимости описывается
следующим выражением:

R =  ,
(3.2)

где d – зазор между пластинами, см;

k – постоянная ;

r0 – радиус выреза в пластине
статора;

φ – угол поворота.

Вычислим значения коэффициентов a и b:

a = ( -)/180 = 0,06;

 b =8;

Расчёт R произведём при помощи пакета
прикладных программ Excel. Результаты работы программы (с шагом 10º)
приведены в таблице 3.1.

>

φ ,°	0	20	40	60	80
R,мм	7,64	8,03	8,4	8,76	9,1
φ,°	100	120	140	160	180
R,мм	9,4	9,75	10,06	10,35	10,65

Длина секции определяется по формуле:

l0 = hплN + d (N-1);
(3.3)

где hпл – толщина пластины
(выбираем hпл = 0,6мм);

N – суммарное число пластин в секции;

d – зазор между пластинами ротора и
статора, мм.

l0 = 0,6·11 + 0,3·9 = 8,7 мм;

3.2 Вычисление температурного
коэффициента ёмкости

При изменении температуры воздуха
изменяются как физические, так и геометрические размеры (s и d) конденсатора,
что приводит к изменению ёмкости. Ёмкость КПЕ состоит из двух составляющих:
постоянной (представляет собой минимальную ёмкость Сmin, величина
которой не зависит от положения ротора) и переменной Спер, величина
которой изменяется при перемещении ротора. Каждая из этих емкостей имеет свой
определённый ТКЕ.

Минимальная ёмкость образуется как сумма
емкостей через твёрдый диэлектрик и воздух между деталями, находящимися под
разными потенциалами. В общем виде можно сказать, что

ТКЕmin =  ; (3.4)

Так как ёмкость через диэлектрик
составляет значительно меньшую часть, чем ёмкость через воздух, то можно
приближённо считать это значение равным 20·10-6 ºС (ТКЕ для
воздуха).

Температурный коэффициент переменной части
ёмкости можно вычислить, используя формулу

ТКЕ˜ = ТКЕв+ ТКSa,
(3.5)

где ТКSa и ТКd – температурные
коэффициенты активной площади пластин и зазора соответственно.

обуславливается температурным
коэффициентом линейного расширения материала αмп, из которого
они сделаны и относительным перемещением секций ротора и статора, вызванными
температурным коэффициентом линейного расширения материала корпуса αмк,
т.е.

ТКSa = ТКSs ± ТКSl,
(3.6)

где ТКSs – температурные коэффициенты
активной площади пластин, обусловленные αмп и αмк
соответственно.

Тогда

ТКSs = ΔS/(S·Δt) =
2 αмп·SΔt/(S·Δt) = 2 αмп , (3.7)

а ТКSl будет определяться при
колебаниях температуры окружающей среды по изменению расстояния между ротором и
статором. В связи с тем, что пластины и корпус выполнены из одного материала,
можно допустить, что изменение активной площади пластин довольно мало и ТКSl
можно пренебречь.

Подставив значение коэффициента линейного
расширения для инвара в (3.9), получим

ТКSs = 2·0,9·10-6 =
1,8·10-6 ºС-1

Теперь найдём ТКSa из выражения (3.8)

ТКSa = 1,8·10-6 + 0
= 1,8·10-6 ºС-1,

Для нахождения воспользуемся формулой

ТКSd = (αмоl -
2 αмоd) / (l – 2dп), (3.8)

где d = 0,5(l – 2dп) – величина
зазора, мм;

dп – толщина пластины, мм;

l – расстояние между пластинами ( по
средней линии), мм;

αмоl и αмоd
– температурные коэффициенты линейного расширения материала оси и пластин
соответственно, ºС-1.

Подставим
численные значения

d = 0,5(1-2·0,3) = 0,2мм,

ТКSd = (4,5·-2·0,9·0,3) / (1-2·0,6)
= 10·10-6 ºС-1,

Просуммировав
все составляющие, сначала получим значение ТКЕ переменной составляющей ёмкости

ТКЕ˜ = 20·10-6 + 1,8·10-6
+ 10·10-6 = 31,8·10-6 ºС-1,

а затем и общее ТКЕ

ТКЕ = ТКЕ˜ + ТКЕmin =
31,8·10-6 + 20·10-6 = 51,8·10-6 ºС-1,

Разработанная конструкция конденсатора удовлетворяет требованиям ТЗ по
стабильности.

3.3 Расчёт контактной пружины

В качестве материала для изготовления
контактной пружины будем использовать Бронзу Бр. КМц 3-1 (ГОСТ 493-54).

Определим необходимое контактное усилие,
исходя из условия обеспечения требуемой активной составляющей переходного
сопротивления Rп по формуле:

,

где –коэффициент,
учитывающий способ, чистоту обработки и состояние поверхности контактных
элементов (для очень грубых поверхностей =3);
–поверхностная твердость по
Бринеллю (выбираем по более мягкому материалу); b–коэффициент, зависящий от
характера деформации, вида и формы зоны контактирования (b=2).

 Н,

Толщину контактного элемента рассчитаем по
формуле:

,

где –коэффициент
запаса (=48); –средний прогиб; –допустимое напряжение на
изгиб; E–модуль упругости первого рода.

 мм,

По сортаменту на используемый материал
полученное значение толщины округлим до ближайшего табличного значения =0,2 мм.

4. Описание
конструкции и технологии

Годовой выпуск проектируемого конденсатора
равен 2000 штук, следовательно, используется серийное производство.

За основу конструкции выбираю штампованный
конденсатор.

Главными частями рассчитанного
конденсатора переменной емкости являются ротор и статор. Пластины ротора и
статора изготавливаются штамповкой из листовой латуни ГОСТ 931-52 толщиной
0,6мм. Пластины ротора к оси ротора крепятся припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76.
Корпус изготовлен из пресс-порошка К-21-22 ГОСТ 20478-75 методом прессовки.
Втулки, изготовленные ил латуни ГОСТ 931-52, предназначены для выстраивания
положения ротора относительно статора. Токосъем, изготовленный из Бр. КМц 3-1
ГОСТ 493-54, клеим к корпусу клеем ВК ОСТ4ГО.029.204.

Штампованные конденсаторы удобны для
серийного производства, хотя по электрическим характеристикам они уступают
предыдущим типам. Такой конденсатор может изготавливаться в серийном
производстве, сборку может осуществлять сборщик с низким разрядом.

ПАСПОРТ

Минимальная ёмкость, Сmin, пФ
8

Максимальная ёмкость, Сmax, пФ 
160

Рабочее напряжение, Uраб, В  24

Число секций 1

Температурный коэффициент ёмкости, ºС-1
51,8·10-6

Рабочий угол, 180

Диаметр оси, мм  4

Закон изменения ёмкости КПЕ  прямоволновый

Программа, шт. 2000

Исполнение по ГОСТ 15150-69 относится к
первой группе исполнения УХЛ, категория размещения 4.2

ВЫВОДЫ

В данном курсовом проекте был произведен
расчет КПЕ с прямоволновой зависимостью, который предназначен для использования
в стационарной аппаратуре.

В качестве материала пластин ротора и
статора выбираем никель, который имеет коэффициент линейного расширения 13* 10-6
оС.

Ось данного КПЕ изготавливаем из керамики,
с коэффициентом линейного расширения равным 4.5*10-6 оС.

Кроме этого, при проведении расчетов и при
проектировании был определен температурный коэффициент емкости ТКЕ, который равен
52 10-6 оС-1.

Функциональная зависимость емкости от угла
поворота – прямоволновая.

Были рассчитаны радиусы пластин ротора.

Количество выпущенных конденсаторов
предусматривается n = 2000 штук в год.

Изготавливаем пластины ротора и статора, а
так же другие детали КПЕ методом штамповки, так как этот метод наиболее удобен
для серийного производства, хотя по электрическим характеристикам он уступает
другим методам.

Достоинством конструкции такого
конденсатора являются малые размеры и возможность использования типового производственного
оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1         
. Волгов В.А. Детали и узлы РЭА.
–М.: Энергия. 1977. –656 с.

2         
.-Устройства функциональной
радиоэлектроники и электрорадиоэлементы: Конспект лекций. Часть I / М.Н.
Мальков, В.Н. Свитенко. – Харьков: ХИРЭ. 1992. – 140 с.

3         
. Справочник конструктора РЭА:
Общие принципы конструирования/ Под редакцией Р.Г. Варламова. – М.: Сов. Радио.
1980. – 480 с.

4         
. Фрумкин Г.Д. Расчет и
конструирование радиоаппаратуры. – М.: Высшая школа. 1986. – 339 с.