Разработка автономного радиомаяка
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? мощность на выходе пьезоэлектрического генератора равна
где QИ - скважность
где ?И - длительность импульса (?и = 0,173 с);
ТИ - период следования импульсов (ТИ = 0,2 с).
Таким образом, скважность равна
QИ = 0,173 с/0,2 с = 0,865.
Рисунок 3.6 - Семейство вольтамперных характеристик пьезогенератора
Таблица 3.7
Радиус ПЭ RПЭ, ммВыходная импульсная мощность Pвых 10-5, Вт при разном усилии F1, Н113,616142,02170,424198,828227,2327,06,3519,92414,2919,4525,4048,04,8637,59810,94114,89219,459,03,8426,0038,64411,76615,368
Согласно выполненным расчётам, приведём физические и электрические параметры пьезоэлектрического генератора (ПГ).
Механический преобразователь воздействия:
-длина маятника, B: 80 см;
-отклонение маятника, r: 3,2 мм (6,1140);
-длина плеча, b1: 3 см;
-длина плеча, b2: 77 см;
-масса маятника, m: 4 кг.
Пьезоэлектрический преобразователь (5 пьезокерамических диска ЦТС19-М):
-радиус ПЭ, RПЭ: 8 мм;
-толщина ПЭ, L: 1,5 см;
-усилие, оказываемое на ПЭ, F1: 113,616 Н;
-амплитуда выходного напряжения ПГ, Uвых: 335,729 В;
-амплитуда выходного тока ПГ, |Iвых|: 16,744 мА;
-выходная импульсная мощность ПГ, Pвых: 4,863 Вт.
4. Расчёт преобразователя
Для преобразования импульсов, выдаваемых пьезоэлектрическим генератором (ПГ), в необходимое напряжение питания фотоавтомата (ФА) с лампой накаливания, построим следующую структурную схему преобразователя, представленной на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Структурная схема преобразователя
В состав преобразователя входят:
1)Ф - RC-фильтр;
2)ППН - преобразователь постоянного напряжения.
На рисунке 4.2 изображён RC-фильтр.
Рисунок 4.2 - Схема RC-фильтра
На выходе ПГ необходимо параллельно включить 5 диодов (так как пьезоэлектрический преобразователь (ПП) состоит из 5 пьезоэлементов) для предотвращения обратного пьезоэффекта. Диоды выберем на 500 - 600 В, поскольку амплитуда импульсов на выходе ПГ (Uф.вх) составляет 335,729 В (?и - длительность импульса: 0,173 с; Ти - период следования импульсов: 0,2 с).
Зададим напряжение на выходе фильтра Uф.вых = 300 В, тогда сопротивление будет равно
где Iф.вх - входной ток фильтра (17 мА), тогда получим
Ёмкость высоковольтного конденсатора C1 определяется выражением
Смоделируем при помощи пакета Micro-CAP 7.0 схему фильтра (рисунок 4.3) и построим график зависимости выходного напряжения от времени.
Рисунок 4.3 - Схема RC-фильтра в Micro-CAP 7.0
Для построения графика в меню Analysis выберем TransientтАж. Далее появится окно Transient Analysis Limits (рисунок 4.4).
Рисунок 4.4 - Окно Transient Analysis Limits
Согласно рисунку 4.4 зададим параметры построения графика и нажмём клавишу Run. В результате появится график зависимости выходного напряжения от времени (рисунок 4.5).
Рисунок 4.5 - График зависимости выходного напряжения от времени
По графику на рисунке 4.5 определяем, что напряжение на выходе RC-фильтра равно 3001 В.
Далее необходимо преобразовать полученное напряжение (300 В) в требуемое напряжение питания 2,7 В. Выберем согласно [36] преобразователь постоянного напряжения серии MSS-MH фирмы CRANE (Interpoint). MSS-MH являются преобразователями военного и авиационно-космического класса, также используется в коммерческом и промышленном применении. ППН этого класса созданы с применением передовых технологий высокочастотного преобразования энергии. Герметичные блоки обеспечивают полную мощность в температурном диапазоне от минус 55 до плюс 100С.
Функции MSS-MH:
1)защита от короткого замыкания нагрузки;
2)автоматическое выключение преобразователей при чрезмерном понижении входного напряжения (< 79 В);
)возможность внешней синхронизации рабочей частоты преобразования (от 450 до 550 кГц) и др.
Из этой серии выберем преобразователь MSS-MHL (характеристики приведены в таблице 4.1). Он состоит из входного фильтра (Ф1), конвертора (тоже, что ППН) и выходного фильтра (Ф2). Номинальное напряжение пульсаций на выходе Ф2 составляет 12 мВ в диапазоне частот от 10 кГц до 2 МГц и 75 мВ - от 2 до 20 МГц. Усилительный каскад конвертора обеспечивает низкий входной шум и высокую фильтрацию в диапазоне входного напряжения от 200 до 400 В.
Таблица 4.1
ПараметрМинимальное значениеНоминальное значениеМаксимальное значениеВходное напряжение Uвх, В80270400Входной ток Iвх, мА5-25Выходное регулируемое напряжение Uвых, В2,5-6,4Выходной ток Iвых, А--20,8КПД, %Uвх = 120 В7779-Uвх = 270 В8083-
На рисунке 4.6 условно показаны выводы ППН.
Рисунок 4.6 - Наименование выводов MSS-MHH
Поясним назначение выводов:
1)1, 2 - выходные выводы (для подключения нагрузки);
2)3, 4, 5 - используются для регулирования выходного напряжения. На рисунках 4.7 и 4.8 показаны схемы включения данных выводов;
3)6, 9 - выводы внешней синхронизации;
4)7 - является общим обратным проводом для 6, 8, и 9 выводов;
5)8 - вывод запрета. Если 8 вывод закоротить с 7 выводом, то на выходе преобразователя не будет сигнала, при этом схема будет потреблять ток (5 мА);
6)10, 11 - входные выводы.
Рисунок 4.7 - Схема соединения MSS-MHL, когда Uвых > 6 В
где Ra - подстроечный резистор;
Va - требуемое выходное напряжение.
Рисунок 4.8 - Схема соединения MSS-MHL, когда Uвых < 6 В
где Rt - подстроечный резистор;
Vt - требуемое выходное напряжение.
В качестве резервного аккумулятора выберем согла