Проектирование электронного реле напряжения - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Типовая структурная схема электронного аппарата и его работа. Свойства частотного фильтра, его характеристики. Расчет входного преобразователя напряжения. Устройство и принцип действия релейного элемента. Расчет аналогового элемента выдержки времени.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова»
Кафедра электрических и электронных аппаратов
«Проектирование электронного реле напряжения»
Диапазон уставок напряжения срабатывания ,В
Данные для расчета входного преобразователя
Максимальное входное напряжение U1max ,В
Коэффициент, учитывающий потери в намагничивании кµ
Данные для расчета частотного фильтра
Коэффициент передачи на нулевой частоте А0
Данные для расчета контактного выходного органа
Данные для расчета бесконтактного выходного органа
Данные для расчета логического блока
ЭАА включает следующие элементы: входной преобразователь 1, частотный фильтр 2, активный выпрямитель 3 и сглаживающий фильтр 4, релейный элемент 5, логический блок 6, аналоговый 7 и цифровой 9 элементы выдержки времени, бесконтактный 8 и контактный 10 выходные органы, блок сигнализации 11.
Типовая структурная схема электронного аппарата представлена на рис.2.1.
Входной преобразователь 1 преобразовывает входную величину в электрическую, пригодную для дальнейшей обработки блоками ЭЭА. В качестве входного преобразователя используем промежуточный трансформатор напряжения. Частотный фильтр 2 выделяет из входного сигнала входного преобразователя, имеющего сложный спектральный состав, контролируемую гармоническую составляющую. Выпрямитель 3 преобразует переменный сигнал в однополярный, который сглаживается фильтром 4. Таким образом, на вход РЭ 5 поступает сигнал в виде напряжения U4(t), пропорциональный входной величине x. РЭ преобразует аналоговый сигнал U4(t) в дискретный U5(t). При достижении U4(t) значения напряжения срабатывания РЭ Uср, соответствующего параметру срабатывания ЭЭА, на выходе РЭ U5(t) скачкообразно изменяется. Этот сигнал поступает на вход x1 ЛБ 6. При соответствующем сочетании сигналов на других входах ЛБ x2, x3, x4, x5 на его выходе появляется логическая “1”. Этим сигналом запускаются аналоговый 7 и цифровой 9 ЭВВ.
В данном случае аналоговый элемент выдержки времени выполнен на срабатывание, а цифровой на возврат. Поэтому срабатывание бесконтактного ВО (U8(t)) происходит по истечении времени срабатывания tср, а контактного ВО (U10(t)) по истечении времени выдержки tв. Сработанное состояние ЭЭА (по каналу цифрового ЭВВ) запоминается БС 11. При снижении входной величины ЭЭА до и ниже параметра возврата напряжение на выходе сглаживающего фильтра U4(t) также становится ниже напряжения возврата РЭ Uв. РЭ переключается в исходное состояние и на выходе ЛБ появляется логический “0”. При этом цифровой и аналоговый ЭВВ сразу же возвращаются в исходное состояние и контактный и бесконтактный ВО отключаются.
На выходе ЛБ логический “0” появляется также в том случае, когда сочетание сигналов x2, x3, x4, x5 на его входе соответствует нулевому сигналу на выходе. БС 11 возвращается в исходное состояние путем кратковременного замыкания кнопки SB1.
Коммутация кнопочных выключателей для получения требуемой уставки производится в соответствии с табл.3.1.
Расчет делителя начинаем исходя из задачи получения на выходе напряжения U2=4 В. Для определения сопротивления R6 необходимо входное сопротивление активного фильтра (см. п.4), которое определяем как
Тогда входной ток фильтра можно определить как
Принимаем по стандартному ряду номиналов резисторов Е96 сопротивление R6=6,19 кОм.
Определяем коэффициент передачи делителя напряжения при напряжении на входе ПТН U1=30В:
С другой стороны кд можно определить из соотношения резисторов делителя:
Принимаем по ряду Е96 сопротивление R1=768 Ом.
Определяем сопротивление R2 при напряжении на входе ПТН U1=33В:
Аналогично находим остальные сопротивления:
R3 при напряжении на входе ПТН U1=36В:
R4 при напряжении на входе ПТН U1=42В:
R5 при напряжении на входе ПТН U1=54В:
Принимаем все сопротивления по ряду Е96:
Частотным фильтром называется четырехполюсник, амплитуда и фаза выходного напряжения которого по отношению к входному синусоидальному напряжению неизменной амплитуды, имеют различные значения при изменении его частоты.
Свойства частотного фильтра характеризуются его передаточной функцией:
где m < = n и коэффициент передачи k(p) = .
Диапазон частот, передаваемых ЧФ с большими значениями коэффициента k(p), называется полосой пропускания фильтра.
Независимо от вида схемы активные ФНЧ второго порядка описываются следующей передаточной характеристикой:
где А0 - коэффициент передачи активного фильтра на частоте ;
- коэффициент затухания, определяет форму АЧХ на переходном участке и пульсацию АЧХ в полосе пропускания.
Заданы значения: A0 = 5, f0 = 100 Гц, = 0.5.
Параметры элементов активного ФНЧ на основе ОУ в неинвертирующем включении определяются по формулам:
где k - вспомогательный коэффициент,
A0 - коэффициент передачи при нулевой частоте сигнала,
Зададимся значением емкости C1 = 10/f0=10/100=0.1 мкФ. По формулам (3.1) - (3.5) найдем параметры схемы.
C2 = 0.47 мкФ, C1 = 0.1 мкФ, R7 = 64.9 кОм, К8 = 1кОм, R9 = 4.64 кОм,
* = /0 - нормированная угловая частота.
Предварительно с учетом стандартных значений сопротивлений и емкостей определим A0 и .
В качестве активного выпрямителя используем активный двухполупериодный выпрямитель на основе последовательного включения неинвертирующих ОУ (рис. 4.1).
Рис. 5.1 Двухполупериодный активный выпрямитель на основе последовательного включения неинвертирующих ОУ
В схеме выпрямление напряжения обеспечивается суммированием с помощью инвертирующего усилителя DA2 сигнала пропорционального Uвх и выпрямленного однополупериодного на основе DA1 сигнала противоположной полярности, пропорционального Uвх. Соотношение между элементами схемы должно быть таким, чтобы соблюдалось условие:
В качестве DA2 и DA3 используем операционный усилитель (ОУ) К533УД2, входной ток которого равен:
Диоды VD1 иVD2 выбираем типа КД522А.
Коэффициент передачи выпрямителя принимаем .
Сопротивление найдем из условия, что ток через него в минимальном режиме значительно больше () входного тока усилителя ОУ . При этом примем входное напряжение в минимальном режиме значительно меньшим () амплитудного значения .
Из выражений (3.1), (3.2) и (3.3) следует, что
Из тех же соображений, учитывая, что входное напряжение подводится к ОУ DA4 через резистор R14, имеем
Коэффициент передачи однополупериодного выпрямителя на основе DA2 . С учетом этого
Так как ток через резистор R19 должен быть в 2 раза больше тока через резистор R14 и справедливо соотношение , то
Сопротивление резистора R15 находим из условия обеспечения общего коэффициента усиления :
Сопротивление R24 выбираем из условия симметрирования сопротивлений схемы относительно входов DA3, т.е.
Из тех же соображений находим сопротивление резистора R26:
Данная схема может быть использована для сглаживания выходного напряжения выпрямителя с сохранением нулевого сопротивления выпрямителя. Для этого во втором каскаде устанавливается интегрирующий конденсатор С4, емкость которого равна 0.47мкФ.
Уравнение, описывающее процессы в схеме имеет вид
Умножив левую и правую части на R15, получим
где - постоянная времени RC-цепи, состоящей из резистора R15 и конденсатора С4, с;
Логический блок предназначен для формирования сигнала на его выходе при определенном, заранее заданном алгоритме входных сигналов. При этом входные и выходные сигналы формируются в виде логического “0” или “1”, а количество их может достигать любого целого числа.
Для построения ЛБ воспользуемся аппаратным принципом. Его сущность заключается в использовании для построения ЛБ дискретных интегральных микросхем (ИМС), монтажно-соединенных между собой определенным образом. Такие ЛБ носят названия устройств с “жесткой логикой”.
Алгоритм работы ЛБ задан в виде таблицы истинности (табл. 6.1), где x1, x2, x3, x4, x5 - входные логические переменные, y - выходная логическая переменная.
Найдем логическую функцию и произведем ее минимизацию с помощью карты Карно (табл. 6.2).
На основе минимизированной логической функции строим ЛБ.
Рис. 7.1 Структурная схема ЛБ на логических элементах серии К561 4 эл.2И-НЕ, 3эл.3И-НЕ, 2 эл.4И-НЕ,а также 1эл.3И, и 2 эл.2И.
Рис.8.1 Аналоговый элемент выдержки времени
На рис. 8.1 представлен ЭВВ с использованием заряда конденсатора. В исходном состоянии, когда VT1 закрыт, конденсатор разряжен. При открытии транзистора VT1 конденсатор C4 заряжается по экспоненте через сопротивление R24. При достижении Uc напряжения срабатывания Uср появляется сигнал на выходе ОУ Uвых и выдержка времени заканчивается. Реагирующим элементом является ОУ типа К140УД7. В качестве исходных данных берем время выдержки tB ЭВВ, равное 0,4 с.
Инверсный вход ОУ подключается к времязадающей цепи, а другой вход - к делителю опорного напряжения.
Расчет делителя опорного напряжения.
Ток, ответвляющийся от делителя в ОУ, должен быть намного меньше тока делителя: . На практике , . Тогда сопротивление делителя опорного напряжения
Сопротивление нижнего плеча делителя рассчитаем, исходя из требуемого опорного напряжения Uоп:.
Принимаем R26 = 1,40 МОм, R27 = 2,37 МОм.
После расчета сопротивлений делителя уточним значение Uоп :
Сопротивление времязадающей цепи R25 рассчитаем исходя из обеспечения входного тока ОУ iвх в момент его срабатывания:
где Uср Uоп - напряжение на конденсаторе C4 при срабатывании НИ,
iут1 = 0,5 мкА - ток Iк0 транзистора VT1 КТ 345А,
Время выдержки определяется формулой:
где ? - постоянная времени, определяемая как ?=R25?C4;
Uc0- напряжение UБЭS транзистора VT1 (UБЭS=1,1 В).
Из последнего выражения определяем .
Определяем емкость времязадающего конденсатора . Принимаем C4 = 0,011 мкФ.
Сопротивление R24 необходимо брать равным .
Берем ; принимаем R24 равным 154 кОм.
Значение сопротивления R23 выбираем из условия насыщения транзистора VT1. Для КТ 345 А Uбэs при Iб = 10 мА составляет 1,1 В. Тогда
где 3,5 В - выходное напряжение логической “1” ИМС серии К561.
Определяем абсолютное отклонение от номинального значения для :
Максимальная длительность выдержки времени:
для конденсатора К73-17-63 В-0,011 мкФ 10 %.
Относительное отклонение выдержки времени:
Итак, получаем время выдержки АЭВВ tв=0,4±7 %.
Рис.9.1 Аналоговый элемент выдержки времени
Цифровой элемент выдержки времени (ЦЭВВ) предназначен в схеме данного ЭЭА для передачи сигнала с выхода ЛБ к ВО с определённой, предварительно установленной выдержкой времени. Структурная схема представлена на рис. 11.1.
Схема включает в себя следующие основные блоки: ГТИ - генератор тактовых импульсов, DC - счётчик импульсов.
Схема ЦЭВВ представлена на рис. 11.2.
В схеме ЦЭВВ ГТИ образован на инверторах микросхемы К561ЛН2 и время задающей цепи R32 - С4. Счёт времени производится 12-ти разрядным счётчиком К561ИЕ16.
В данной схеме в исходном состоянии на входе присутствует уровень логической «1». Тем самым на выходах счётчика будет уровень логической «0», т.е. отсчёт времени не происходит.
В момент появления на выходе ЛБ логического «0», счётчик-делитель начинает отсчитывать импульсы ГТИ, т.е. начинается отсчёт времени. По окончании отсчёта на соответствующем выходе появится логическая «1».
Расчёт будем производить для 13-ого разряда, т.е. количество циклов N = 8192.
Таким образом, период импульсов будет:
Рис. 9.3 - Заряд-разряд конденсатора
Для выбранной схемы ГТИ рассчитаем зависимость периода от номиналов времязадающих элементов.
1) т.к. генератор постоянно работает, то нет необходимости учитывать его пуск, т.е известны уровни напряжения с которых конденсатор заряжается (U0 - напряжение логического «0» на выходе счётчика К561ЛН2) и разряжается (U1 - напряжение логической «1» на выходе счётчика К561ЛН2)
2) времязадающая цепь реализована на RС цепочке, соответственно постоянные времени заряда и разряда будут равны между собой (?з = ?р = R28 · С3), так же как и время заряда и разряда (tз = tр) (см. рис. 11.4), т.е. период будет: T = tз + tр = 2· tр.
Время разряда определяется по следующему выражению:
Следовательно, можем получить выражение для вычисления частоты генерации для данной схемы ГТИ:
где U0 - напряжение логического «0» на выходе счётчика К561ЛН2 (U0 = 2,5 В, Uпит = 15 В);
U1 - напряжение логической «1» на выходе счётчика К561ЛН2 (U1 = 12,5 В, Uпит = 15 В).
Из рекомендаций к ГТИ выбираем сопротивление R32 = 360±2% кОм, и вычисляем значение ёмкости времязадающего конденсатора:
Принимаем для конденсатора серии К73-16 С3 = 1,0±5% нФ.
Таким образом будет обеспечиваться следующая выдержка времени:
Для более точной настройки ЦЭВВ на практике используют подстроенные резисторы. Используя данный тип резисторов можно, с достаточной степенью точности, отстроится от погрешностей выдержки времени, вызванных отклонениями значений резисторов и конденсаторов от номинальных.
Из выражения для определения частоты ГТИ:
где R28 учитывает введение подстроечного резистора R33.
Выразим сопротивление подстроенного резистора R33.
Расчёт при различных комбинациях отклонений от номинальных даёт ряд значений, из которых выбираем минимальное и максимальное значение подстроечного резистора:
Выбирается подстроечный резистор СП5-3 охватывающий данный 3 сопротивлений R33 = 470 ­ 47000 Ом.
Выходной орган в схеме данного ЭЭА предназначен для усиления сигнала, появляющегося на выходе ЭВВ. Схема представлен рис. 12.1.
В качестве исходных данных примем UK = 20 В, Iк = 0,5 А, nк = 1п. По этим данным выбираем промежуточное реле РПГ-3-2301УЗ со следующими параметрами: nк = 1п, UH = 24 В, Рпотр = 0,3 Вт, , .
Выбираем транзистор VT2 типа КТ3102А.
Резистор R30 рассчитаем из условия насыщения транзистора VT3.
где - напряжение логической «1» на выходе счётчика, = 14 В; - напряжение насыщения на базо-эмиттерном переходе транзистора VT3, = 0,8 В; - ток насыщения базы, IбS = 0,5 мА.
Принимаем для резисторов серии C2-23 из ряда Е192 R34 = 26,4±2% кОм.
Т.к. в катушке запасается значительная энергия, то при запирании транзистора диод открывается и электромагнитная энергия разряжается в контуре катушка-диод. Поэтому необходимо, чтобы прямой ток диода VD5 превышал ток обмотки реле K1. Этому условию удовлетворяет диод КД102А Iпр = 50 мА.
Рис.11.1 Бесконтактный выходной орган
Бесконтактный ВО в схеме данного аппарата предназначен для усиления сигнала, появляющегося на выходе блока выдержки времени. Данный ВО выполнен с применением оптрона. Его схема показана на рис. 11.1.
В диагональ выпрямительного моста включена выходная цепь оптопары. При подаче управляющего сигнала на транзистор VT1 оптопара переходит в открытое состояние, и через нагрузку течет переменный ток. При снятии управляющего сигнала оптопара запирается в момент прохождении выходного тока через нуль.
При срабатывании VT2 открыт, и по оптрону VU1 протекает ток 20 мА, который задается резистором R30
где Uкэs - напряжение коллектор - эмиттер в режиме насыщения,
UVU - падение напряжения на оптроне,
R29 найдем из условия, что входной ток Iвх равен току коллектора транзистора VT2: Iвх = IкVT2 = 100 мА.
где Uвх - напряжение насыщения ОУ DA6,
Uбэs - напряжение насыщения база - эмиттер транзистора VT2,
где Uк, Iк - коммутируемые ВО напряжение и ток.
Из нее следует, что операция “память” обеспечивается при подаче на входы R и S сигналов логической “1”. Поэтому в исходном состоянии на оба входа должны быть поданы сигналы “1”. Учитывая, что входной сигнал в несработанном состоянии равен “0”, необходимо подавать его на установочный вход S через инвертор, что обеспечивает перевод триггера в единичное состояние при входном сигнале в режиме срабатывания, равном “1”. Установка триггера в нулевое состояние (возврат) осуществляется при подаче сигнала “0” на вход R. Указанную операцию целесообразно осуществить вручную с помощью ключа, замыкающего кратковременно вход R на нуль питания. Таким образом, в исходном состоянии на выходе Q будет иметь место сигнал “0”, на выходе - сигнал “1”. Следовательно, подключение светодиода, обеспечивающее световую индикацию срабатывания ЭА, необходимо осуществить к инверсному выходу RS - триггера.
С учетом вышесказанного принципиальная схема БС имеет вид, представленный на рис. 12.1.
Рис.12.1 Блок сигнализации: RS - триггер выполнен на трех элементах 2И - НЕ (микросхема К561)
Выбираем сопротивление R37 из условия, что ток протекающий через него, должен быть меньше или равен входного тока логической «1» микросхемы К561, для которой I1вх=10 мкА, входное напряжение логической «1» для микросхем этой серии составляет U1вх=3,5 В.
На практике сопротивление R51 обычно выбирают в пределах от 1 до 10 кОм; примем по стандартному ряду Е24 R37=10±5%, кОм.
Прямой ток светодиода VD5 не должен превышать максимального тока нагрузки (для микросхем серии К561 112 мА).
Сопротивление R38 рассчитывается по формуле:
Принимаем по стандартному ряду Е24 R38=560 Ом.
Обзор структурных схем повышающих преобразователей напряжения на базе различных микросхем. Синтез структурной схемы электронного устройства. Разработка принципиальной схемы функционального элемента. Расчет трансформатора полумостового преобразователя. курсовая работа [277,3 K], добавлен 27.06.2013
Изучение видов и особенностей электрического оборудования летательных аппаратов. Общие сведения об авиационных генераторах. Описание структурной схемы электронного регулятора напряжения. Выбор датчика, усилителя мощности и регулирующего элемента. курсовая работа [87,9 K], добавлен 10.01.2015
Структурная схема цифрового вольтметра, расчет основных параметров. Хараткеристика входного устройства для усиления напряжения, электронного переключателя, компаратора и интегратора. Схема индикации и временного селектора. Расчет погрешности вольтметра. курсовая работа [511,5 K], добавлен 06.05.2011
Описание модели упрощения обработки поступающего сигнала. Структурная схема преобразователя аналоговой информации. Расчет принципиальной схемы устройства: блок интегрирования, генератор прямоугольных импульсов, источник напряжения и усилитель мощности. курсовая работа [254,0 K], добавлен 22.12.2012
Назначение основных блоков электронного трансформатора. Выбор входного выпрямителя и фильтра. Расчет трансформатора, мощности разрядного резистора и схемы силового инвертора. Разработка системы управления силовым инвертором. Проектирование блока защиты. курсовая работа [443,4 K], добавлен 05.03.2015
Проектирование измерительного усилителя, его входной и выходной части. Расчет логического блока данного прибора. Расчет делителя напряжения. Использование электронного аналогового ключа. Проектирование цифрового частотомера. Разработка блока питания. курсовая работа [490,4 K], добавлен 17.06.2011
Принцип действия цифрового компаратора. Фиксация входного напряжения на уровнях, совместимых с логическими уровнями транзисторно-логических микросхем. Схема компаратора на операционном усилителе. Структура логического элемента одноразрядного компаратора. лабораторная работа [46,1 K], добавлен 12.01.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Проектирование электронного реле напряжения курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат На Тему Нелинейные Многоволновые Взаимодействия В Упругих Системах
Курсовая Работа На Тему Оптимизация Реляционных Запросов
Малый Бизнес Дипломная
Реферат по теме Консервативные политико-правовые учения Франции в начале XIX века
Реферат по теме Типи реклами
Написать Сочинение По Высказыванию К Г Паустовского
Курсовая работа по теме Деятельность менеджера и его функции. Профессиональные требования к менеджеру в сфере туризма
Реферат: Синтетические бумаги и особенности работы с ними
Реферат: Процес банківського кредитування
Реферат: Тема разностные фильтры и фильтры интегрирования
Реферат На Тему Туберкулез И Алкоголизм
Курсовая работа по теме Статистическое изучение финансового положения на примере предприятия ОАО 'Актанышское ХПП'
Реферат: Buying A Pc Essay Research Paper In
Реферат по теме Материя и взаимодействия
Реферат Лекарственные Растения
Реферат: 2 Связь фотосинтеза с продуктивностью 7
Контрольная Работа По Алгебре По Теме Неравенства
Курсовая работа по теме Основы конфиденциального делопроизводства
Курсовая работа: Учредительное собрание в России от идеи к реализации
Реферат: Церковный Устав Владимира
Передача информации в нервной системе - Биология и естествознание реферат
Історія м. Путивль у ХІІІ-ХVI ст. - История и исторические личности реферат
Процедуры при аудите импортных операций - Бухгалтерский учет и аудит лекция