Завдання: Виконати теплові розрахунки схеми таймера для зарядки акамулятора електробритви.

Розрахувати:

1. Тепловий режим зони, корпусу
2. Надійність

Необхідні дані:

Елемент К-ть Тип елемента Довж.
а, мм Шир.
в, мм Розсіюв.
пот. мВт Площа
S, мм Маса,
Г
С1 1 6,8*16 3 3 9 2
С2 1 0,33*63 10,5 2,8 29,4 0,4
С3 1 220*16 5 5 25 4
С4 1 0,22*400 13,5 15 202,4 0,6
HL1 1 КД518Б 7 7 20 49 2,5
DD1 1 K176ИЕ5 22 10 352 220 2,5
VD1 1 КД503А 3 8 60 24 0,8
VD2 1 KC210E 3 8 150 24 2
VD3,VD4 2 КЦ407А 7 11 120 77 4
VT1 1 КТ315Г 2 7 150 14 2,5
R1 1 75k 3 7 21 3
R2 1 10k 3 7 21 3
R3 1 560 k 3 7 21 3
R4,R5 1 1.5 M 3 7 21 3
R6,R8 1 2,2k 3 7 21 3
R7 1 510k 3 7 21 3
U1 1 AOУ115Г 7 20 80 140 4

Тепловий розрахунок зони і корпуса

Початкові дані:

l1 – довжина l1=0,048 м
l2 – ширина l2=0,071 м
l3 – висота l3=0,015 м
Р0 – розсіювальна потужність приладу Р0=0,932
H1 – атмосферний тиск зовні апарату Н1=100 кПа
H2 – атмосферний тиск всередині апарату Н2=90 кПа
Т_с – температура навколишнього середовища Т_с=20 С
Обчислимо Sk (площа поверхні корпуса апарата):

Обчислимо S_3 (площа поверхні нагрітої зони):

Обчислимо q_k (питома потужність розсіювання приладу):

Обчислимо q_3 (питома потужність розсіювання зони):

Обчислимо v1:

Обчислимо v2:

Обчислимо перегрів зони в залежності від атмосферного тиску зовні і всередині:

Перегрів корпуса v_k рівний:

Обчислимо v_v (перегрів повітря в приладі):

Обчислимо Т_v (середню температуру повітря в приладі):
С
Обчислимо Т_к (температуру корпусу приладу):
С
Обчислимо Т_3 (температуру нагрітої зони):
С
Обчислимо питому потужність теплонавантаженого елемента q_el:

Обчислимо перегрів поверхні елемента v_el:

Обчислимо перегрів оточуючого елемент середовища v_oc:

Обчислимо температуру поверхні елемента Т_el:
С
Обчислимо температуру оточуючого елемент середовища Т_ос:
С

Висновок теплових розрахунків

Розрахувавши тепловий режим зони, корпуса, елемента з вищеприведених цифр ми бачимо, що температура корпусу приладу, температура нагрітої зони приблизно рівна 46,07С, а температура найбільш теплонавантаженого елемента приблизно рівна 39,645С, що є в межах допустимих норм, оскільки максимальна робоча температура 43,509С.

Розрахунок надійності

№ Наймену-вання К-ть
N 010-6 j KH j Nj KHj
1 Транзистор 1 1,2 1,17 0,5 0,6 0,6 0,3
2 Діод випря-мляючий 1 1 1,17 0,5 0,5 0,5 0,25
3 Імпульсний діод 1 0,9 1,17 0,5 0,45 0,45 0,225
4 Діодний мост 2 0,7 1,17 0,5 0,35 0,7 0,35
5 Мікросхема 1 1,5 1,17 0,5 0,75 0,75 0,3575
6 Резистори 8 0,4 1,17 0,19 0,076 0,608 0,11552
7 Конденсатори електролітичні 4 0,9 1,17 0,13 0,117 0,468 0,06084
8 Світлодіоди 4 0,1 1,17 0,5 0,05 0,2 0,1
9 Пайка 57 0,04 1,17 1 0,04 2,28 2,28

Інтенсивність відмов системи Рс і середній час безвідмовної роботи tср для 1000 годин за формулами:
Рс(t)=exp(-kj)=exp(-6.60610001.17)=0.992=0.992
tср=1/KHj=246071.5 год

Висновок до розрахунку надійності

Ми розрахували Інтенсивність відмов системи Рс(t)=0,992 і середній час безвідмовної роботи tср =247596,6 год, що є в межах норми.

ТАЙМЕР ДЛЯ ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРА ЭЛЕКТРОБРИТВЫ

Принципиальная схема таймера, который был разработан для электробритвы "Kaiser V5-541FC" фирмы "Мик-ма", приведена на рис. 1. Питается он οι источника напряжением около 10 В, в который входят диодный моєї VD3, стабилитрон VD2, конденсаторы С4 и СЗ, резисторы R7 и R8. На микросхеме DD1 собран одновибратор с необходимой длительностью импульса, а для подключения нагрузки к сети использован тиристорный оптрон U1.

При подключении таймера к сети на выходе дифференцирующей цепочки C1R2R3 формируется короткий импульс, который поступает на вход S старших разрядов счетчиков микросхемы DD1 и устанавливает их в единичное состояние. На выходе 15 микросхемы DD1 присутствует высокий логический уровень, открытый транзистор VTl шунтирует светодиод оптрона, и нагрузка обесточена. Ток моста VD3 течет через стабилитрон VD2, транзистор VT1 и излучающий элемент светодиода HL1 с красным свечением. Последний загорается и сигнализирует об отсутствии зарядки. Сигнал высокого логического уровня через диод VD1 поступает на вход Ζ микросхемы DD1 и запрещает работу генератора.

При нажагии на кнопку SB1 все триггеры счетчиков микросхемы DD1 устанавливаются в нулевое состояние, транзистор VT1 закрывается. Ток выпрямительного моста VD3 начинает течь через светодиод тиристорного оптрона U1 и излучающий элемент светодиода HL1 с зеленым свечением. Оптрон открывается и подключает нагрузку (зарядное устройство электробритвы) к сети. Ток, проходящий через излучаюиіийсветодиод от ро-на, имеет пульсирующий характер и достигает своего максимального значения 20 мА із моменты перехода сетевого напряжения через нуль.
Одновременно начинает работать генератор, собранный на трех инверторах микросхемы DD1 и элементах R4 и С2. Частота генерации - около 1,5 Гц.
Период импульсов на выходе 15 микросхемы DD) ранен 32768/1,5=21845 с -- 6ч, и спустя половину периода, что соответствует трем часам, необходимым для зарядки аккумулятора, на этом выходе появляется сигнал высокого логического уровня. Транзистор VT1 открывается, шунтирует светодиод оптрона, и ток через него и нагрузку прекращается. Теперь ток моста VD3 в цепи потечет через излучающий элемент светодиода HU с красным свечением, который загорится, сигнализируя об окончании зарядки. Одновременно сигнал высокого логического уровня через диод VD 1 поступит на вход Ζ микросхемы DD1 и прекратит работу генератора.

Во время перерывов в подаче напряжения сети, не превышающих одного часа, конденсатор СЗ не успевает полностью разрядиться, и при включении напряжения процесс зарядки аккумулятора продолжится. Если же перерыв в подаче напряжения превысит указанное время, то при повторном его включении счетчики микросхемы DD1 установятся в единичное состояние и зарядка аккумулятора но возобновится, что исключит его порчу из-за возможной перезарядки. При малой вероятности перерывов в подаче напряжения сети кнопку SB 1 и резистор R1 можно исключить, подсоединив вход R микросхемы DD1 к дифференцирующей цепочке С 1 R2R3, а вход S - к выводу 7. В этом случае отсчет времени начнется сразу после включения таймера в сеть, а при больших перерывах в подаче напряжения сети он будет возобновляться с нуля.

Все элементы таймера, кроме сетевой пилки, кнопки SB1 и выходных гнезд Х1 и Х2, смонтированы на печатной плате размерами 42,5х60 мм (рис. 2). Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ, конденсаторов К53-16 (С1), К73-17 (С2, С4), К52-1, (СЗ). Конденсаторы С1, С2, С4 размещены параллельно печатной плате. Диод VDI - любой кремниевый маломощный, стабилитрон VD2 - на напряжение стабилизации 9...10 В. Выпрямительные мосты - на напряжение не менее 50 В (VD3) и 400 В (VD4). Транзистор VT) - любой кремниевый маломощный структуры п-р-п.

На месте С4 может работать любой металлопленочный конденсатор, например, К73-16 или К73-17, на номинальное напряжение не менее 250 В, а также бумажный или металлобумажный на номинальное напряжение не менее 400 В. Оксидные конденсаторы -любого типа.

Кнопка SB1 - микро выключатель МП-1 с толкателем из шляпки неисправного транзистора.

Двухцветный светодиод HL1 можно заменить АЛС331А, КИПД18А-М, КИПД18Б-М, КИПД19А-М, КИПД19Б-М, КИПД37А-М, КИПД37А1-М или двумя обычными светодиодами. Важно только, чтобы цвета их свечения для индикации указанных состояний таймера соответствовали приведенным, поскольку в его работе используется тот факт, что падение напряжения на зеленом светодиоде больше, чем на красном.

Тиристорный оптрон АОУ115Г допустимо заменить на АОУ115Д, АОУЮЗБ, АОУ103В или установить симисторный оптрон серии АОУ160 с любым буквенным индексом, при этом выпрямительный мост VD4 становится ненужным.

Рис 1. Схема електрична принципова таймера для зарядки акамуляторів електробритви

Рис. 2 Печатна плата таймера для зарядки акамуляторів електробритви