Курсовая работа: Конденсатор переменной емкости с нейтральным ротором

Рисунок 1.2 – Устройство токосъемов (а и б – пружинные токосъемы, в – пружинный упрощенный, г – цанговый токосъем, д – с гибким выводом).

Конденсаторы с разделенным статором (нейтральным ротором) состоят из двух отдельных секций, соединенных последовательно. Во внешнюю цепь он включается своими статорами. При вращении ротора изменяется емкость каждой секции, что изменяет общую емкость конденсатора, то есть емкость между статорами. Роторы секций соединены между собой, но изолированы от корпуса и служат только для емкостной связи между секциями статора. Очень интересна конструкция конденсатора переменной емкости УКВ, ротор которого выплнен из диэлектрика с повышеной диэлектрической проницаемостью. Изменение емкости получается за счет перемещения ротора между двумя неподвижными пластинами, изолированными друг от друга. При введенном роторе емкость будет максимальной, а при выведеном – минимальной. Достоинствами такого конденсатора являются прежде всего небольшие размеры, так как чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, из которого выполнены роторные пластины, тем меньше будут размеры конденсатора. Среди недостатков такой конструкции стоит отметить пониженную стабильность, увеличенные потери и относительно небольшие пределы изменения емкости. На рисунке 1.3 приведены примеры конструкций конденсаторов с разделенным статором.

Рисунок 1.3 –Конденсаторы УКВ с разделенным статором (1 – ротор, 2 - статор).

При выборе направления проектирования следует учитывать все параметры, особенно стоит обратить внимание на противоречивые параметры, чтобы найти оптимальное решение сложившейся проблеме, найти компромисный вариант конструкции. Кроме того, конструкция должна обладать минимальными паразитными параметрами, минимальными габаритами и массой (насколько это возможно), не должна быть слишком материалоемкой, должна быть удобной для монтажа и т.д.

Ввиду того, что одним из требований к моему конденсатору является минимизация габаритных размеров, я выбрал конструкцию конденсатора, у которого пластины ротора выполнены из диэлектрика потому, что среди конструкций конденсаторов с нейтральным ротором эта будет наименьшей по габаритным размерам. Количество секций в проектируемом конденсаторе – 2. Конструктивной особенностью сдвоенных КПЕ из конденсаторов с твердым диэлектриком является не смежное (как обычно) расположение статорных (и роторных) секций, а сдвинутое на 180 градусов друг относительно друга. Такое расположение уменьшает паразитную связь между статорами обеих секций, не увеличивая размеры блока. Обычное размещение секций в один ряд потребовало бы устройства экрана между статорами, что увеличило бы размеры блока.

Рисунок 1.4 – Блок конденсаторов переменной емкости с твердым диэлектриком (1 – ось, 2 – передний подшипник, 3 – задний подшипник, 4 – ротор, 5 – статор, 6 – построечные конденсаторы, 7 – крышка).

Именно такую конструкцию я выбрал за основу для своего конденсатора.

3. РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА

3.1 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Величина зазора d выбирается исходя из размеров конденсаторов, требуемой точности, необходимой стабильности и электрической прочности и производственно–технологических соображений. Чем больше зазор тем выше электрическая прочность, стабильность, надежность и точность закона изменения емкости. Следует также учесть, что при увеличении зазора увеличивается обьем конденсатора.

Для приближенного, но удовлетворяющего практическим требованиям расчета можно исходить из того, что при нормальном давлении допустимая напряженность поля между пластинами составляет 650 – 700 В/мм. Тогда величина зазора будет равна:

d = Uр / 500 – 700, мм (3.1)

где Uр – рабочее напряжение

d = 50 / 500 = 0,1 мм

Получили минимальный зазор между статорными пластинами. Если рабочее напряжение конденсатора мало (Uр < 250 в), то из технологических соображений диаметр принимают: d = 0,25 – 0,3 мм. С точки зрения объема конденсатора величина зазора должна быть минимальной. Но при малых зазорах понижается надежность. Считается, что конденсаторы с зазором меньше 0,15мм вызывают черезмерное усложнение производства. В конденсаторах повышеной точности применяют большие зазоры, порядка 1,0 – 1,5 мм. А так как роторные пластины конденсатора будут из керамики (класс III, группа д, ТКЛР равен ), то нужно учесть, что керамика является достаточно хрупким материалом. Выбираю величину зазора и толщину роторной пластины 1 мм.

Ось ротора, как и статорные пластины и стойки для крепления статорных пластин,будут выполняться из ковара (ТКЛР около ), ТКЛР которого близок к ТКЛР керамики. Диаметр оси выбираю равным 3мм.

Радиус выреза в статорных пластинах r₀ определяется радиусом оси и зазором между роторными и статорными пластинами:

r_{0 =} r_0с + (2 ÷ 3) d, (3.2)

где r_0с - радиус оси.

r₀ = 1,5 + 2*1 = 3,5 мм.

Определим форму пластины ротора, обеспечивающей требуемую функциональную зависимость емкости. Для обеспечения прямоемкостной зависимости емкости требуется ротор полукруглой формы. Формула расчета очертания роторной пластины, обеспечивающей любую функциональную зависимость емкости:

Rф = , мм (3.3)

где n – число пластин,

dC/dф – производная зависимости емкости контура от угла поворота.

Зависимость емкости от угла поворота ротора для прямоемкостной зависимости емкости:

= , мм (3.4)

где Cmin – начальная емкость конденсатора, пФ,

Cmax – максимальная емкость конденсатора или номинальная, пФ.