Реферат: Универсальный блок питания
Реферат: Универсальный блок питания
Содержание
Введение 3
1
Расчетно-теоретическая часть
1.1 Разработка схемы
электрической структурной 5
1.2 Выбор элементной
базы 6
1.3 Разработка схемы
электрической принципиальной 7
1.4 Расчёт усилителя
с электронным ключом 8
1.5 Расчет источника
питания 12
1.6 Расчет надежности
2 Конструкторско-технологическая
часть 21
2.1
Описание конструкции универсального
регулятора
уровня воды. 21
2.2 Виды и объем
работ по техническому обслуживанию 22
2.3
Методы поиска неисправностей и ремонт универсального
регулятора уровня воды 28
2.4
Разработка руководства по эксплуатации 31
3 Экономическая часть 33
3.1 Расчет
себестоимости 33
3.2
Ценообразование, планирование прибыли. 40
4 Мероприятия по
технике безопасности и противопожарной
безопасности при
проведении технического обслуживания и ремонта 42
4.1 Мероприятия по
технике безопасности 42
4.2
Мероприятия по противопожарной безопасности 44
5 Мероприятия по
экологической защите окружающей среды 46
Заключение 48
Список использованных источников 49
Приложение A - Руководство по эксплуатации БКДП.022005.000РЭ
Введение
В
современном понимании регулятор - это устройство, осуществляющее взаимосвязь
между положением органа управления и текущим состоянием объекта управления.
Первый регулятор изобрел в египетской Александрии грек Хсибиос примерно в
третьем веке до н.э. Это был поплавковый регулятор уровня для водяных часов.
Водяные часы были известны еще Вавилонянам в 14 в. до н.э. и представляли из
себя сосуд с мерными делениями, из которого вытекала или капала вода, но при
этом скорость истечения жидкости изменялась по мере уменьшения столба воды в
сосуде. Хсибиос предложил настолько удачную конструкцию для поддержания
постоянства уровня воды, что его регулятор устанавливался на водяные часы почти
16 столетий. В 1781 г. шотландский инженер Дж.Уатт создал двигатель с вращающим
моментом на валу, на котором впервые был применен регулятор частоты вращения.
Регулирование частоты вращения осуществлялось двумя сбалансированными на одной
оси грузами, вращающимися синхронно с валом машины и соединенными с дроссельной
заслонкой, перекрывающей проходное сечение парового патрубка. При увеличении
частоты вращения центробежные силы вращающихся шаров поднимали с помощью тяг
муфту, соединенную с заслонкой, уменьшая проходное сечение паропровода и
скорость вращения двигателя.
Центробежный
регулятор был известен задолго до Уатта и широко применялся на ветряных
мельницах для автоматической регулировки зазора между жерновами (момента
сопротивления) в зависимости от ветрового напора, т.е. скорости вращения
крыльев мельницы.
В 1787
г. Уатт адаптировал существующий центробежный регулятор под паровую машину,
создав более совершенную конструкцию, названную для отличия от прототипа -
регулятором Уатта. Особое место в истории техники регулятор Уатта занял
благодаря тому, что именно его конструкция легла в основу теории и практики
регуляторостроения, новой отрасли промышленности, повлекшей за собой
формирование особой области знаний - "Теории автоматического управления и
регулирования", составляющей основу современных технологий управления
промышленными системами.
За это время больших
успехов достигла отечественная микроэлектроника. Разрабатываются и выпускаются
все более сложные большие интегральные схемы(БИС), степень интеграции которых
характеризуется сотнями тысяч транзисторов в полупроводниковом кристалле:
микропроцессоры, контроллеры, микросхемы памяти, однокристальные микроЭВМ.
Освоены новые технологические методы, значительно повышающие быстродействие
микросхем и снижающие уровень их энергопотребления. Находят все более широкое
применение технологии программируемых структур, базовых матричных кристаллов,
которые позволяют внедрять в практику систему заказов микросхем требуемого
функционального назначения при приемлемом уровне их стоимости и небольших
сроках разработки. Существенно расширена номенклатура цифровых, аналоговых и
аналого-цифровых микросхем. Заметна тенденция совмещения в одной микросхеме
аналоговых и цифровых функциональных узлов, а также узлов, реализующих
аналоговые функции цифровыми методами.
Успехи
микроэлектроники сделали возможным широкое применение в системах
автоматического регулирования нового поколения микросхем повышенного уровня
интеграции.
Микросхемы нашли
широкое применение и в регуляторе уровня воды, который способен автоматически
поддерживать уровень воды в емкостях любого объема и может быть использован при
откачивании грунтовых вод из подвалов и погребов, для заполнения
водонагревательных баков и расширительных бачков систем водоснабжения и
отопления. При этом регулятор уровня воды может работать как на заполнение
емкости водой, так и на ее откачивание. /1/,/2/
1
Расчетно-теоретическая часть
1.1 Разработка схемы электрической
структурной
Универсальный
регулятор уровня воды представляет собой автоматическую систему регулирования
уровня воды в емкостях любого объема. Устройство может работать как на
заполнение так и на откачивание воды.
Для реализации такого
устройства необходимо чтобы при достижении заданного уровня срабатывал датчик и
вырабатывал электрический сигнал удобный для дальнейшего преобразования. Для
достижения этой цели можно воспользоваться датчиками уровня которые реагируют
на наличие воды и выдают в качестве сигнала управления изменение сопротивления.
Для управления и
контроля состояния датчиков можно использовать схему на основе дискретных
элементов или цифровых микросхем. Схема на дискретных элементах менее надежна и
обладает повышенным энергопотреблением. Схема на цифровых микросхемах более
надежна, обладает низким энергопотреблением и не требует точной настройки. При
этом в качестве выходного сигнала будет «1» или «0».
Для анализа схемы
управления и передачи управляющего сигнала необходимо использовать электронный
ключ который будет менять свое состояние в зависимости от сигнала на выходе
схемы управления.
В качестве источника
управляющего сигнала можно использовать генератор прямоугольных импульсов. При
этом он может быть как на дискретных элементах так и на цифровых микросхемах.
Наиболее целесообразно использовать генератор на цифровых микросхемах в виду
высокой надежности, низким энергопотреблением и габаритами.
Управление нагрузкой
можно осуществлять при помощи реле или полупроводниковых элементов. В данном
случае применение реле неоправданно в следствие больших габаритов и большой
потребляемой мощностью. В качестве управляющего элемента целесообразно
использовать симистор достоинством которого является малые габариты и небольшая
потребляемая мощность.
Для питания
устройства необходим блок питания с стабилизированным напряжением. Схему
стабилизатора можно использовать на дискретных элементах и на микросхемах.
Стабилизатор на дискретных элементах обладает большими габаритами и поэтому
использование его является нецелесообразным.
Таким образом
разрабатываемое устройство регулирования воды состоит из следующих узлов.
-датчики уровня
-схема управления
-элемент «И»
-усилитель
-электронный ключ
-генератор
прямоугольных импульсов
-источник питания
Структурная схема
данного устройства представлена на чертеже (БКДП.022005.100Э1). /2/, /3/
1.2 Выбор элементной
базы
Все микросхемы в
схеме берем КМДП логики т.к. она обладает низким потреблением энергии.
Схему управления
строим на микросхеме К561ТМ2, которая представляет собой D триггер с
динамическим управлением. Установка триггера по входам R и S принудительна,
поэтому сигналы синхронизации С и информационного входа D не изменяют состояние
триггера на выходе во время действия сигналов R и S. Микросхема имеет
следующие параметры: , , , , , .
Таблица1—Таблица истинности триггера
С |
D |
R |
S |
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
× |
0 |
0 |
|
|
× |
× |
1 |
0 |
0 |
1 |
× |
× |
0 |
1 |
1 |
0 |
× |
× |
1 |
1 |
- |
- |
В качестве
логических элементов используем микросхему К561ТЛ1 которая представляет собой два триггера Шмитта с логическим элементом 2И-НЕ на входе.
Микросхема имеет следующие параметры: ,
, , , , .
Элемент «И» строим на
элементе И-НЕ микросхемы К561ТЛ1
Так же в состав схемы
управления входят переключатели SA1, SA2, дискретные элементы: конденсаторов С1, С3,
резисторах R1-R3, R5.
Усилитель строим транзисторе
КТ814А(Iк.max=1,5А, Uкэ.max=40В
Uбэ.нас=1.2, Uкэ.нас=0.6В,h21min=40)
Генератор
прямоугольных импульсов выполняем на микросхеме D триггера К561ТМ2,
элементов RC цепи: С6, С7, R9, R10.
В качестве электронного
ключа используем импульсный трансформатор ТИ228, который предназначен для
обеспечения определенных условий передачи мощности от непосредственного
источника сигнала к выходному сигналу, резистор R13, конденсаторы С9 и
С10, симистор TC112-16(Uзак.max=1200 В, Uу.от=3В, напряжение в
открытом состоянии Uотк=1,8 В, ток управления Iу.от=100mA, Iзкр=3 мА, Iотк.max=16А)
Блок питания строим
на трансформаторе типа ТПП204 c последовательным соединением обмоток, диодном
мосте и интегральном стабилизаторе напряжения КP1157ЕН12A (Uвых=12±0.24В,
минимальное падение напряжение между входом и выходом 2В, Iпотр≤5mA, Uвх.макс≤35В, Iвых.макс=100мА, Pрас=1,3Вт)
В схеме применены
оксидно-электролитические конденсаторы типа К50-35 номинальным напряжением 25В,
отклонением емкости от номинального значения ±20%, керамические монолитные
конденсаторы К10-17б номинальным напряжением 50В и отклонением емкости от
номинального значения ±20%, постоянные тонкопленочные резисторы С2-33Н номинальной
мощностью 0.125Вт и 0.25Вт. /4/,/5/
1.3 Разработка схемы
электрической принципиальной
В начальный момент времени конденсатор С1 находится в разряженном
состоянии и после подачи питания удерживает уровень логического 0 на время,
достаточное для установки триггера DD2.2 в состояние
логической 1 на выводе 13 и логического 0 на выводе 12.
При нахождении переключателя SA2
положении «закачать» «лог. 1» с вывода 13 DD2.2
разрешит работу элемента DD1.2, тем самым пропуская
сигнал с генератора прямоугольных импульсов на базу VT1.
Транзистор, усиливая сигнал по мощности, наводит ЭДС в трансформаторе TV2.
Переменное напряжение, наводимое в TV2, через
токоограничивающий резистор подается на управляющий вывод симистора, тем самым
открывая его и подавая напряжение питания на нагрузку.
Вода дойдя до нижнего датчика уровня, изменит уровень «лог. 1»
на входе DD1. на значение «лог. 0». Пройдя через элементы DD1.3 и DD1.1,
уровень «лог. 0» дважды инвертируется и на входе "S"
элемента DD2.2 появляется логический 0. Верхний датчик уровня еще сухой, и на
входе DD1.4 присутствует уровень «лог. 1», следовательно на входе "R" DD2.2
присутствует «лог. 0», и триггер хранит полученную в момент предустановки
информацию (вывод 13 – «лог. 1», выв. 12 – «лог. 0»).
Вода, дойдя до верхнего датчика уровня, подаст на вход DD1.4
логический 0, на выходе сформируется логическая 1, которая переведет триггер DD2.2 в
состояние установки 0. На выводе 13 DD2.2
появится логический 0, запрещающий работу элемента DD1.2, и, соответственно,
прекратит работу ключ на VT1, симистор закроется, и
насос выключится. По мере расхода воды верхний датчик уровня откроется, и на
входе DD1.4 установится «лог. 1». Соответственно, на входе "R" DD2.2
появится «лог. 0», и триггер будет хранить записанную информацию. Вода,
продолжая убывать, откроет нижний датчик уровня, на входе DD1.3 и на
выходе DD1.1 появится «лог. 1», триггер установится в состояние 1, при
котором на выв. 13 поступает «лог. 1», на выв. 12 – «лог. 0», и насос снова
начнет заполнять резервуар. Так циклы расхода и заполнения будут повторяться
снова и снова.
Если переключатель SA2 находится в положении
"Выкачать", то работа устройства изменится на противоположное, т.
е. насос будет работать до тех пор, пока уровень воды не опустится ниже нижнего
датчика уровня, а "отдыхать" - пока вода не поднимется до верхнего
датчика уровня.
Кнопка SA1
предназначена для принудительного включения/выключения нагрузки. Размыканием
ее контактов на вход "С" триггера DD2.2
подается «лог. 1», что приводит к записи информации, находящейся на входе
"D", а т. к. он соединен со своим инверсным выходом,
следовательно при каждом нажатии на SA1
состояние триггера будет меняться на противоположное, соответственно включая
или выключая нагрузку. /2/
1.4 Расчет усилителя c электронным ключом
Рисунок 1 – Усилитель с
электронным ключом
Исходные данные:
напряжение питания
нагрузки U=220 В;
мощность нагрузки
Р=800 Вт;
Параметры микросхемы DD1:
напряжение питания UП=12 В;
выходное напряжение
логического нуля U0вых=0,05В;
выходное напряжение
логической единицы U1вых=9,95 В;
выходной ток
логического нуля и единицы Iвых0= Iвых1=1,3 мА.
1.4.1 Расчет
электронного ключа
Определяем ток
нагрузки IН, А по формуле
, (1)
где - IH –ток нагрузки, А
P- мощность
потребляемая нагрузкой, Вт
U- напряжение питающей
сети, В
(А)
Определяем
сопротивление нагрузки RH, Ом по формуле
(2)
Т.к. в первый момент
времени после подачи напряжения в нагрузку возникают «пусковые» токи
превышающие номинальный ток в 2-3 раза то необходимо подобрать симистор с
номинальным током превышающим ток нагрузки минимум в 4 раза.
Выбираем симистор
ТС112-16 с параметрами:
максимальное
напряжение в закрытом состоянии Uзак.max=1200 В;
напряжение между
управляющим электродом и катодом Uу.от=3В;
напряжение в открытом
состоянии Uотк=1,8 В;
ток управления Iу.от=100mA
ток в закрытом
состоянии Iзкр=3 мА
максимальный
допустимый ток в открытом состоянии Iотк.max=16А;
температура корпуса Тк=85˚С;
температура среды Тс=70˚С.
Рассчитаем площадь
радиатора S, см2,
необходимого для охлаждения корпуса симистора по формуле (6) Для этого
рассчитаем значение мощности Рзак, Вт, выделяемую симистором в
закрытом состоянии и значение мощности Ротк, Вт выделяемую
симистором в открытом состоянии. При этом учитываем, что максимальная мощность
будет при максимальном напряжении питания, которое равно 220+10%.
(3)
(Вт)
(4)
(Вт)
Следовательно, что
расчёт площади радиатора следует вести для того случая, когда на симисторе
выделяется больше энергии
Между
корпусом и радиатором также существует сопротивление, но в данном случае этим
сопротивлением можно пренебречь и поэтому будем считать, что радиатор имеет
такую же температуру, как и корпус.
(5)
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|