
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

Блок управления маломощной термокамеры с регулированием температуры

Работа №	140634
Тип работы	Бакалаврская работа
Предмет	электротехника
Объем работы	78
Год сдачи	2023
Стоимость	4750 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	30

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

Аннотация 2
Введение 6
1 Постановка задачи 11
1.1 Поиск и анализ технических параметров аналогичных устройств 11
1.2 Критерии для разработки 12
1.3 Принцип управления температурой в камере - ПИД 13
регулирование 13
2 Проектирование устройства 17
2.1 Варианты разработки устройства и его структура 17
2.1.1 Рассмотрение структуры устройства 17
2.1.2 Описание выбранной схемы преобразователя 18
2.2 Разработка камеры и выбор элемента Пельтье 20
2.2.1 Объяснение эффекта Пельтье 20
2.2.2 Выбор модуля 23
2.2.3 Расчет теплового сопротивления камеры 25
2.2.4 Расчет сопротивления радиатора 29
2.2.5 Составление и расчет тепловой модели 29
2.3 Разработка электронной схемы и выбор компонентов устройства 35
2.3.1 Базовый расчет преобразователя 35
2.3.2 Внедрение дополнительных изменений в схему 46
2.4 Расчет дросселя и LC - фильтра 49
2.4.1 Выбор и расчет дросселя 49
2.4.2 Расчет сглаживающего конденсатора 54
2.5 Разработка программного обеспечения 57
3 Конструкторская часть 60
3.1 Разработка печатной платы 60
4 Экспериментальные исследования работы устройства 64
4.1 Исследование работы охладительной системы при ШИМ 64
и сглаженном управляющем напряжении 64
4.1.1 Выбор питающего напряжения 64
4.1.2 Описание эксперимента 66
4.1.3 Обработка данных 70
4.2 Исследование процессов охлаждения при настройке регулятора 73
Заключение 75
Список используемых источников 76

Введение

Термоэлектрическое явление переноса энергии при протекании электрического тока в месте контакта разнородных проводников было открыто французским физиком Ж. Пельтье в начале 19 в. Данное физическое явление до сих пор изучено не до конца, поэтому проблема описания принципов действия термоэлектрических модулей актуальна на сегодняшний момент. Еще не до конца выявлены оптимальные режимы работы модулей, физика их процессов, их энергоэффективность. Возможности и способы применения таких элементов безграничны. Проблема поддержания и регулирования температуры в сторону охлаждения с помощью термоэлектрических модулей весьма актуальна, например, в офисах для поддержания охлажденными продуктов и воды, или хранения медикаментов, которые требуют прохладного воздуха и постоянно поддерживаемых температурных условий. Использование традиционных компрессорных установок в таких ситуациях затруднительно из-за крупных габаритов, наличия движущихся механических частей, наличия охлаждающих жидкостей и компрессоров. Для таких целей подходят малогабаритные термоэлектрические модули, обладающие высокой стабильностью и простотой конструкции. «Преимуществом элемента Пельтье являются его малая масса, небольшие геометрические размеры, простота конструкции» [4]. Одним из главных недостатков уже проведенных исследований в этой области является отсутствие тепловых схем замещения модулей, не до конца рассмотрены тепловые процессы и их зависимости.
Объектами исследования являются явление термоэлектрического эффекта и принцип регулирования температуры.
Предметом исследования в выпускной квалификационной работе является портативная термокамера на основе термоэлектрического эффекта Пельтье. Разработка камеры и ее структурных элементов позволяет глубже раскрыть тему термоэлектрического эффекта, а в частности процесса
регулирования температуры. Изучаются способы
регулирования температуры и методы работы с модулями.
Главной целью работы является конструирование универсальной термокамеры для хранения различных продуктов, а также повышение энергоэффективности ее работы. Камера должна быть многофункциональной и иметь гибкие настройки регулирования температуры.
При разработке были поставлены основные задачи:
- изучить физические особенности термоэлектрического модуля, установить основные зависимости между величинами, выявить основные закономерности при работе с модулем;
- спроектировать регулятор температуры и изготовить его печатную плату;
- разработать конструкцию термокамеры;
- разработать программное обеспечение для управления температурой в камере.
При работе с модулем было сделано множество предположений касательно физических процессов, происходящих внутри него. Следует ожидать, что выбор формы питающего напряжения модуля напрямую влияет на его производительность и эффективность. Также предполагается, что графические зависимости для холодопроизводительности модуля, представленные производителями, не соответствуют реальной перекачивающей тепловой способности модуля.
...

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

По результатам выпускной квалификационной работы была разработана портативная термокамера для приготовления и хранения сырья. Разработанное устройство полностью соответствует заявленным характеристикам и выполняет заданные функции.
При настройке регулятора максимальная точность регулирования составила 0,2 °C, а минимальная температура в камере составила 6 °C.
По результатам экспериментов был выявлен наиболее эффективный способ питания модуля, оказалось, что сглаженная форма питающего напряжения позволяет получить максимальный выигрыш в полезной мощности порядка 8 Вт. Разработанный преобразователь напряжения успешно справляется со своей функцией, максимальный ток регулятора - 3 А, именно при таком токе была достигнута минимальная температура в камере.
Программный алгоритм регулирования позволяет достичь максимальной точности заданной температуры в камере.
При достигнутых результатах разработка устройства будет продолжаться. Планируется добавление пользовательского меню с выбором уже заранее заготовленных настроек приготовления продуктов, а также планируется добавление управления камерой через мобильное приложение.
На текущий момент планируемые цели и задачи выпускной квалификационной работы успешно достигнуты.

Литература

1. Белозерцев В.Н. Исследование основных характеристик
термоэлектрического охладителя и генератора: лаб. практикум / [В.Н.
Белозерцев и др.]. - Самара: Изд-во СГАУ, 2015. - 76 с.: ил. ISBN 978-5-7883-1063-3.
2. Белопольский И.И. и др. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1973. - 400 с. с ил.
3. Воробьев, В. Ю. Расчёт и оптимизация параметров дискретного ПИД-регулятора методом Циглера-Николса / В. Ю. Воробьев, Г. В. Саблина // Автоматика и программная инженерия. - 2019. - № 1(27). - С. 9-14. - EDN XCUJPD.
4. Гринкевич, В. А. Синтез регулятора тока для элемента Пельтье / В. А. Гринкевич // Сборник научных трудов Новосибирского государственного технического университета. - 2018. - № 3-4(93). - С. 16-39. - DOI 10.17212/2307-6879-2018-3-4-16-39. - EDN UMSYTR.
5. Как создать концепцию продукта и написать ТЗ на разработку
электроники. // Официальный сайт «Habr» URL:
https://habr.com/ru/companies/promwad/articles/200966/ (Дата обращения 3.06.23).
6. Линейные стабилизаторы напряжения. // Официальный сайт «radioporog» URL: https://radioprog.ru/post/802 (Дата обращения 12.04.23).
7. Мирославский, Д. Е. Аналитический расчет ПИД-регуляторов на основе данных, полученных по методу Циглера-Никольса / Д. Е. Мирославский // Актуальные вопросы современной науки образования : Сборник статей XXIV Международной научно-практической конференции, Пенза, 10 ноября 2022 года. - Пенза: Наука и Просвещение (ИП Гуляев Г.Ю.), 2022. - С. 52-60. - EDN ZGFXJI.
8. Монк, С. Электроника. Теория и практика - 4-е изд.: Пер. с англ. /
С.Монк, П. Шерц. - СПБ.: БХВ-Петербург, 2020. - 1168 с.: ил. -
(Электроника). ISBN 978-5-9775-3847-3.
9. Москатов Е.А. Источники питания. - К.: «МК-Пресс», СПБ.: «КОРОНА-ВЕК», 2011. - 208 с., ил. ISBN 978-5-7931-0846-1 («КОРОНА- ВЕК»).
10. Панкратов, Л. В. Моделирование и оптимизация ПИД-регулятора / Л. В. Панкратов // Наука и техника транспорта. - 2017. - № 2. - С. 73-78. - EDN YSPHYB.
11. Патент на полезную модель № 80286 U1 Российская Федерация, МПК H01L 35/00, A61F 7/02. устройство с управляемыми Пельтье-элементами : № 2008107092/22 : заявл. 27.02.2008 : опубл. 27.01.2009 / Я. З. Месенжник, С. Погорелик. - EDN HAGFMZ.
12. Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. - 2-е
изд.. перераб. и доп. - СПБ.: БХВ-Петербург, 2015. - 464с.: ил. -
(Электроника). ISBN 978-5-9775-3550-2.
13. ПИД регулирование. // Официальный сайт «drives» URL: https: //drives.ru/stati/nastroj ka-pid-re gulyatora/ (Дата обращения 18.04.23).
14. Разница между 3 pin и 4 pin вентиляторами. // Официальный сайт
«userello» URL: https://userello.ru/pc/raznica-mezhdu-4-pin-i-3-pin-
ventilyatorami/ (Дата обращения 18.05.23).
15. Торопыгина, И. В. Исследование элемента Пельтье и его
практическое применение / И. В. Торопыгина, Т. В. Янковская // Сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых с международным участием "Россия молодая" : Конференция проходит при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Кемерово, 18-21 апреля 2017 года / Ответственный редактор Костюк Светлана Георгиевна. - Кемерово: Кузбасский государственный технический
университет имени Т.Ф. Горбачева, 2017. - С. 13009. - EDN ZQVTUD.
...
Всего источников 20