DataLife Engine > Версия для печати > Стабілізатор струму електродіалізатора

Федеральне агентство з освіти

Томський державний університет систем управління і радіоелектроніки (ТУСУР)

Кафедра промислової електроніки (ПРЕ)

Пояснювальна записка до дипломного проектом

Стабілізатор струму електродіалізатора

2009

Реферат

Об'єктом розробки є джерело живлення електродіалізатора для концентрування лужного електроліту.

Мета роботи - розробка пристрою з регульованим струмом і мінімальними габаритами і масою.

У процесі роботи проводився порівняльний аналіз з існуючими аналогами. Визначалися недоліки і вибиралися рішення для усунення недоліків в розробляється пристрої.

В результаті проведеної роботи розроблена принципова схема пристрою, що задовольняє заданих параметрах, вивчені особливості пристроїв подібного типу та призначення.

Досягнуто техніко-експлуатаційні показники: широкий діапазон регулювання струму і висока точність його регулювання при впливі зовнішніх факторів.

Дипломна робота виконана в текстовому редакторі MS Word 2007, із застосуванням MathCad 14, Microsoft Visio 2007, Р-CAD 2004, Photoshop 13, SolidWorks 2006.

Abstract

The object of development is the power source elektrodializatora for the concentration of alkaline electrolyte.

The purpose of this project is to develop device with adjustable current and minimal dimensions and weight.

Based on the comparing analysis of the existing similar models the disadvantages of the unit were revealed and the ways of improving investigated.

As a result the principle board of the device corresponding to all the basic parameters required has been developed, the specific features of the similar devices and their purposes have been investigated.

Operational parameters are achived: wide range of use of welding current and high accuracy of its regulation at at influence of external factors.

Degree project is executed in text editor MS Word 2007 with use of MathCad 14, Microsoft Visio 2007, Р-CAD 2004, Photoshop 13, SolidWorks 2006.

Введення

Установка концентрування лужного електроліту, призначена для збільшення вмісту лугу у вихідному розчині методом його електродіалізні концентрування.

Найпростіша еквівалентна схема електродіалізатора являє собою нелінійне активне опір з ємністю включеної паралельно. Величина цього опору залежить: від температури, від концентрації домішок у вихідній воді, від продуктивності та режиму роботи та змінюється в широких межах. Швидкість електрохімічних процесів в діалізаторі прямо пропорційна величині середнього значення струму, тому електродіалізатор доцільно живити від джерела струму [1,2].

1. Опис установки

Технологічні параметри очищення лужного електроліту:

- вміст лугу в вихідному розчині не менш ....... 20 г/л

- вміст лугу в готовому обробленому розчині

не менше .............................................................. 170 г/л

- продуктивність по вихідного електроліту

не менше ............................................................ 20 л/годину

Технологія обробки електроліту з метою його концентрування заснована на електродіалізні способі, що дозволяє розділити потік вихідного розчину електроліту на два потоки - більш концентрований і більше розбавлений (демінералізований) розчини по відношенню до вихідного. Принципова схема установки концентрування представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 1.1.

Вихідний потік розведеного електроліту Iіс з бака БП подається на електродіалізатор ЕДА-1, де відбувається його поділ на два потоки. Сильно розбавлений потік електроліту Iр направляється в бак БВРЩ. Другий, більш концентрований потік електроліту Ік, подається для подальшого концентрування у бак БПР другого ступеня концентрування і далі на електродіалізатор ЕДА-2, де, у свою чергу, ділиться на два потоки. Потік Ip розбавленого електроліту надходить назад у бак БПР або в бак БРЧЩ для повторного концентрування, а потік Ік концентрованого розчину луги направляється в проміжний бак БХЧЩ, з якого потім надходить у бак БЧЩ для приготування акумуляторного електроліту, заливається в АБ [3].

Сутність методу електродіалізу полягає у використанні направленого руху іонів в розчині в відповідності зі знаками їх зарядів під дією різниці потенціалів, прикладеної до електродів [4].

електродіалізні апарат складається з двох електродів і пакета робочих рамок, розділених іоноселективних мембранами, аніоно - і катіоноселектівнимі. Таким чином, частина робітників рамок виконує функцію камер знесолення, а частина камер концентрування.

2. Розробка функціональної схеми пристрою

2.1 Вибір структури силової частини

Найпростіша система харчування електродіалізатора являє собою однофазний керований випрямляч з середньою точкою вторинної обмотки трансформатора, підключений до її електродах.

Середнє значення струму на навантаженні стабілізується часом відкритого стану тиристорів. При зменшенні еквівалентного опору навантаження, для підтримки середнього струму на заданому рівні, кут провідності тиристорів зменшується, що призводить до збільшення діючого значення струму, а значить і до збільшення нагрівання як самого електроліту, так і силових елементів регулятора. Ставиться завдання стабілізації середнього значення струму без зміни його форми. В Як регулятора для такого стабілізатора може виступати безпосередній перетворювач напруги понижуючого типу, що працює на підвищеній частоті багато більшої частоти мережі. Структурна схема пропонованого стабілізатора струму представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 2.1.

Обгрунтування цьому служать розрахункові формули [5]:

(2.1)

де T - Період синусоїди, Оі - відносна тривалість паузи на напівперіоді напруги мережі, I max - амплітуда струму, I ср - середнє значення за полперіода, I д - діюче значення, k ф - Коефіцієнт форми.

Для коефіцієнта k ф форми можна побудувати наочний графік наведений на малюнок 2.2.

Малюнок 2.2 показує, що у тиристорної схеми керування при збільшення відносної тривалості Оі паузи діюче значення струму зростає, а у запропонованої схеми воно залишається незмінним.

В Як такого регулятора може виступати безпосередній перетворювач напруги понижуючого типу працюючий на підвищеній частоті багато більшою частоти мережі. Функціональна схема пропонованого стабілізатора струму зображена на малюнок 2.3.

В схемою представлено два безпосередніх перетворювача понижуючого типу включених паралельно, зі зрушенням в 180 градусів, і працюючих з одного входу на один вихід.

2.2 Вибір структури системи управління

Для управління ключами в даному проекті використовується принцип широтно-імпульсної модуляції. На сьогоднішній день виробники випускають широкий ряд інтегральних мікросхем, реалізують цей принцип управління. Використання цих мікросхем значно спрощує систему управління, дозволяє мінімізувати споживану потужність і число допоміжних джерел живлення системи управління, реалізувати захист по струму силових ключів і т.д. У кінцевому рахунку, використання інтегральних мікросхем дозволяє знизити вартість і підвищити якість роботи джерела харчування.

При реалізації складних алгоритмів керування із застосуванням аналогових інтегральних мікросхем принципова схема модуля керування значно ускладнюється і вимагає збільшення числа елементів, що призводить до зменшення надійності пристрою в цілому. Догляд параметрів... дискретних елементів таких як: опір резисторів, ємність конденсаторів - призводить до деградації параметрів стабілізатора. Змінюється петлевий коефіцієнт підсилення зворотного зв'язку стабілізатора, а відповідно коефіцієнт стабілізації збурюючих впливів, зміна коефіцієнтів підсилення ланцюга захисту призводить до непраільному спрацюванню апаратного захисту і т.д. Так само до недоліків аналогових схем управління потрібно віднести підвищену чутливість до кондуктивним і електромагнітних перешкод виникають в результаті комутації силових елементів перетворювача ..

Подальше збільшення складності алгоритмів роботи перетворювача призвело до появи комбінованих систем управління, що містить аналоговий і цифровий контролер (або комбінованих аналого-цифрових схем управління. В яких як і раніше функцію стабілізації вихідного параметра струму, напруги або потужності здійснює аналогова частина, а цифровий мікроконтролер здійснює функцію задатчика через ЦАП для аналогової частини і здійснює весь алгоритм роботи: старт перетворювача, вихід на режим, робота, відключення і т.д.. Крім управління перетворювачем мікроконтроллер може здійснювати інші функції, наприклад цифрову індикацію, настройку перетворювача за допомогою кнопок, зв'язок з іншими пристроями і ін Це значно підвищує функціональність і зручність використання перетворювача. Але використання аналогового і цифрового контролерів разом веде до підвищення вартості системи управління. Як і раніше зберігається залежність від якості дискретних компонентів. Для перетворення цифрового сигналу в аналоговий потрібні додаткові согласующие пристрої. Такий структурі властиво практично всі недоліки аналогової системи управління.

Виробники інтегральних мікросхем продовжують створювати нову продукцію, що відповідає сучасним потребам розробників. На сьогоднішній день в системах управління джерел електроживлення знайшли широке застосування цифрові сигнальні мікроконтролери, DSP мікроконтролери. Основним відрізняємо DSP мікроконтролерів від звичайних є наявність MAK функцій дозволяють реалізувати алгоритми цифрової обробки даних з АЦП і реалізувати цифрові фільтри. Сьогодні можна придбати цифрові DSP контролери, призначені спеціально для управління перетворювачами. Вони відрізняються від звичайних мікроконтролерів тим, що мають в своєму складі швидкодіючі модулі АЦП і модуль ШІМ, що містить всі необхідні елементи для реалізації управління (коригуючий ланка, захист по току, формувач імпульсів і т.д.). Використання таких мікроконтролерів зменшує кількість дискретних аналогових компонентів, час розробки та її вартість, підвищують зручність настройки приладу. Тому в даному проекті буде використаний один з таких спеціалізованих мікроконтролерів - 56F8013 фірми Freescale Semiconductor [6].

3. Розробка електричної принципової схеми пристрою

3.1 Розрахунок параметрів і вибір елементів силової частини

За технічним вимогам:

- амплітуда вхідної напруги;

- середній вихідний струм;

- пульсації струму на частоті перетворення;

- частота перетворення.

Діаграми роботи перетворювача наведена на рисунку 3.1. Діаграми роботи показують роботу одного безпосереднього перетворювача тому діаграми роботи другого будуть ідентичні, за винятком зсуву в 180 градусів.

На вхід перетворювача подається випрямлена синусоїдальна напруга амплітудою 70В. На малюнку 3.1 показані напруги керування транзисторами з частотою перетворення 40 кГц. При розрахунку були закладені пульсації вихідного струму в 10 відсотків, але так як у нас два перетворювача включених паралельно, то фактичні пульсації будуть в два рази менше.

Чинний струм на виході перетворювача розраховується за формулою:

(3.1)

Потужність навантаження розраховується за формулою:

(3.2)

Активне опір розраховується за формулою:

(3.3)

Максимальний струм у навантаженні розраховується за формулою:

(3.4)

При рівному розподілі потужності в обох каналах отримаємо струм кожного каналу по формулою:

(3.5)

Чинний струм навантаження розраховується за формулою:

(3.6)

Максимальні пульсації струму будуть при відносній тривалості імпульсу рівній 0.5 і розраховуються за формулою:

(3.7)

Визначимо індуктивність дроселя за формулою:

(3.8)

3.1.1 Розрахунок силового дроселя

Вибираємо Ш - образний сердечник з матеріалу N87 фірми Epcos [7]. Конструктивні параметри якого наведені на рисунку 3.2 у мм.

В таблиці 3.1. наведені ефективні параметри сердечника.

Таблиця 3.1 - Ефективні параметри

C1, мм -1

Ae, мм 2

Le, мм

Ve, мм 3

AL, нГн/N 2

0.27 535 147 78600 526 (N87)

де C1 - коефіцієнт форми сердечника (Magnetic Core Factor);

Ae - ефективна площа перерізу магнітопроводу;

Le - ефективна довжина середньої магнітної лінії сердечника;

Ve - ефективний магнітний обсяг;

AL - індуктивність на виток.

Зробимо розрахунок площі сердечника за формулою 3.9.

(3.9)

Введемо зазор. Магнітна постійна

Підставимо значення у формулу 3.10 і отримаємо число витків

(3.10)

округлимо значення число витків до 15.

Індукція насичення розраховується за формулою 3.11

(3.11)

Задамося значенням коефіцієнта укладання і щільності струму

Необхідна площа перерізу проводу:

(3.12)

Визначимо площа дроти:

(3.13)

виконується співвідношення

Площа дроту діаметром рівним 1.1 мм:

(3.14)

Число жив у витку:

(3.15)

округляємо значення до 6 жив у витку.

Висота вікна обчислюємо ширину вікна

(3.16)

Таблиці обмотувальних даних наведені в Додатку Б.

3.1.2 Вибір вихідних діодів

Початковими параметрами для вибору силового діода є максимальне зворотна напруга і максимальний середній струм через діод. Найбільший середній струм на діодах буде при максимальному вихідному струмі стабілізації тобто при 70А на виході перетворювача при короткому замикання в навантаженні. Преобразователе має два однакових каналу які ділять середній струм по полам, тому максимальний середній струм в діодах буде дорівнює:

(3.17)

очищення лужної електродіаліз пристрій

Максимальна зворотна напруга на діоді буде під час відкритого ключа VT1 (рис) і складаємо максимально можливе вхідна напруга.

Виберемо діоди 80CPQ150 фірми International Rectifier [8]. В одному корпусі міститися два діоди Шотки. Параметри діода:

I F ( AV) = 80 А - середнє значення прямого струму в діоді при температурі t = 90 В° C;

V R = 150 В - максимальне зворотна напруга;

V FM = 1.09 В - максимальне пряме напруга при t = 25 В° C (з графіка в документації).

Визначимо максимальні статичні втрати в діоді:

(3.18)

Загальні втрати в вихідних діодах:

(3.19)

3.1.3 Розрахунок і вибір силових транзисторів

Поява в 70-х роках минулого століття високовольтних польових транзисторів з вертикальною структурою зробило переворот в схемотехніці і характеристиках джерел вторинного електроживлення (ІВЕП). Високі швидко...сті перемикання, відсутність насичення, простота управління затворами, стійкість до перевантажень по струму і dV/dt дозволили проектувати ІВЕП з частотами перетворення до сотень кілогерц і питомими потужностями понад 1000 Вт/дм 3 . У той же час по статичним втрат MOSFET значно програвали біполярним транзисторам і тиристорам, що обмежувало їх застосування в потужних перетворювачах. Тому основні зусилля фірм-виробників були направлені на зменшення величини опору у відкритому стані і збільшення максимальної напруги В«стік - Витік В».

У 1998 році компанія Infineon Technologies представила новий тип MOSFET-транзисторів під торговою маркою CoolMOS з напругою В«стік - витікВ» в закритому стані 600 і 800 В, в яких вдалося знизити опір у відкритому стані більш ніж в 5 разів у порівнянні зі звичайними польовими транзисторами з вертикальною структурою. Крім наднизьких статичних втрат транзистори CoolMOS забезпечують більш високу, ніж у MOSFET, швидкість перемикання завдяки меншій площі кристала і, як наслідок, більш низькі втрати перемикання.

Загальним недоліком польових транзисторів з вертикальною структурою є наявність паразитного антипараллельно діода з незадовільними характеристиками зворотного відновлення, що дуже ускладнює їх використання в перетворювачах з рекуперацією реактивної енергії. Це змушує виробників розробляти технології, що дозволяють поліпшити характеристики вбудованого діода. Прикладом може служити сімейство транзисторів HiPerFET компанії IXYS.

Другий підхід до вирішення даної проблеми полягає в блокуванні паразитного діода послідовним з транзистором діодом Шотткі і підключенні зустрічно-паралельно діода ULTRAFAST або SiC (малюнок 3.3). Прилади, що реалізують цей принцип, випустила компанія Advanced Power Technology. Однак наявність послідовного діода різко збільшує статичні втрати в порівнянні з одиночним MOSFET [9].

Для вибору силового транзистора потрібні наступні параметри:

- амплітуда вхідної напруги;

- чинний вихідний струм.

З урахуванням цих параметрів вибираємо транзистор IRFPS3815 фірми International Rectifier [10]. З параметрами:

- максимальна напруга ключа V DSS = 150 В;

- чинний струм через транзистор I d = 105 А;

- опір відкритого транзистора R DS = 0.015 Ом.

Корпус транзистора в ТО-247.

Визначимо статичні і динамічні втрати в транзисторі при опорі затвора R затвора = 1 Ом, напрузі живлення U упр = 10 В. Опір відкритого транзистора взято з технічної документації та одно R відкр = 0.015 Ом

Статичні втрати в транзисторі рівні:

(3.20)

Для

Розрахунок розв'язку.

Визначимо коефіцієнт

3.2

Метою

Кількість

Завдання

Джерело

Моделювання напруги.

Таблиця 200 0,429 1 100 9 4 15 11 4 11 43,7 3 9 7 2 5 3 1 20 n = top> 44,446 49,571 41,392 1,1 34 38,5 0,75 56,514 44,364 1 34,7 35,9 0,7 60,086 44,163 50,914 37,422 0,85 36,7 32,5 1,1 22,6 25,7 0,65 63,629 43,586 0,8 37 30,9 1 23,1 23,9 0,637 64,543 43,373 51,8 34,81 0,7 37,9 27,8 0,7 25,1 18,4 0,6 65,657 41,692 0,6 39,4 25 0,6 25,9 16,4 0,55 66,343 38,811 0,5 67 35,845 53,571 28,661 0,5 40 21,4 0,45 67,8 32,883 0,4 вЂ‹вЂ‹ 68,514 29,804 54,829 23,85 40,7 17,7 0,4 вЂ‹вЂ‹ 27,2 11,8 0,35 68,943 26,543 0,3 69,371 23,239 55,543 18,607 41,7 14 0,25 69,743 19,877 0,2 70,086 16,47 55,886 13,133 41,8 9,8 0,15 70,429 13,029 0,1 70,571 9,527 56,343 7,606 42,4 5,7 0,05 70,714 6,011 Продовження Таблиці 3.2 - Результати розрахунків Rn Rn Rn Rn Rn Rn Rn Rn Rn Rn Rn 0,001 70,943 2,5554 56,6 2,038 42,429 1,5 0 28,3 1 71,2 0

Після отриманих результатів були побудовані графічно навантажувальні прямі і представлені на малюнку 3.5.

За отриманими навантажувальним характеристикам можна побачити, що розроблювальний перетворювач є джерелом струму в діапазоні необхідного зміни вихідної напруги задовольняє вимогам технічного завдання.

Так само потрібно відзначити, що форма вихідного струму при різних відносних длительностях імпульсу управління не змінюється, а тільки змінює свою амплітуду. Це добре видно на малюнку 3.6.

При побудові діаграм опір навантаження залишалося незмінним. Пульсації зростають при зменшенні відносної тривалості імпульсу, і максимальні пульсації будуть при відносній тривалості імпульсу рівній 0.5.

3.3 Розрахунок параметрів і вибір елементів системи у...правління

Система управління джерела повинна виконувати кілька функцій:

- формування алгоритму роботи ключів інвертора;

- відстеження та стабілізація вихідного струму;

- захист від перегріву приладу.

3.3.1 Розрахунок і вибір датчика вихідного струму

Основним завданням джерела є стабілізація заданого значення струму. Для цього потрібно знати значення струму в вихідний ланцюга джерела. Існує декілька поширених типів датчиків струму:

- струмовий шунт;

- датчик струму на основі ефекту Холла.

Токовий шунт встановлюється послідовно в ланцюг протікання струму, тому на ньому розсіюється близько десяти ват потужності, тому габарити такого датчика досить великі. Крім того, вартість шунтів розрахованих на струми в сотні ампер досить висока і порівнянна з вартістю без контактних датчиків на ефекті Холла. Тому застосування шунта стає не вигідним.

Магнітні датчики струму на ефекті Холла гальванічно розв'язані з вимірюваною ланцюгом і, отже, втрати на вимірювання струму будуть мізерно малі. Конструкція цих датчиків така, що потрібно пропустити провід з вимірюваним струмом через отвір в концентраторі магнітного поля. Це створює складності при розміщенні всіх компонентів на одній друкованій платі.

Більше дешевою і зручною альтернативою датчиків струму на ефекті Холла є датчик магнітного поля. Вимірювання струму датчиком магнітного поля відбувається за допомогою перетворення магнітного поля, створюваного струму, в напруга, пропорційне цього току. Існує два типи датчиків магнітного поля: магніторезистивні мости і датчики на ефекті Холла. Магніторезистивні мости володіють більшою чутливістю, ніж датчики Холла. Однак за вартістю вони порівнянні з датчиками струму на ефекті Холла, які мають магнітний концентратор, а тому мають більше чутливістю. Датчики магнітного поля на ефекті Холла володіють не великий чутливістю, але при досить великих значеннях вимірюваних струмів цей недолік не впливатиме на їх роботу. Коштують такі датчики в кілька разів дешевше інших типів датчиків.

Вибираємо датчик серії CSNT651 фірми Honeywell [12]. З параметрами:

- напруга живлення: В± 12 В;

- вимірювання струму: від 0 до 150 А.

Схема підключення датчика приведена на малюнку 3.7.

З виходу датчика струму, напруга надходить на вхід АЦП мікроконтролера.

3.3.2 Розрахунок ланцюга керування силовими ключами

Для управління ключами крім формувача сигналу керування, яким є мікроконтролер, потрібно також підсилювач цього сигналу. Для посилення керуючого сигналу зазвичай застосовуються інтегральні мікросхеми - драйвери. Існують драйвери верхнього ключа, драйвери нижнього ключа, драйвери верхнього та нижнього ключа і полумостовой. Для управління транзисторами VT і VT було застосовано схемне рішення, яке полягає в використанні двох не інвертують драйверів. Один з яких IR2127 виконує захист по струму, а інший UCC37322 реалізує відкриття транзистора [13,14]. З параметрами:

- напруга живлення драйверів: 10-20 В;

- вихідний струм мікросхеми UCC37322: 9 А;

- вхідна напруга: сумісне з 3.3 В і 5 В логікою.

Напруга живлення драйверів виберемо рівним 15 В. Схема підключення драйверів зображена на малюнку 3.8.

Для обмеження струму затвора транзисторів VT2 і VT9 використовуємо резистори, номінал яких розраховуємо за формулою:

Вибираємо чіп резистори RC0805 номіналом 2.2 Ом.

Захист по струму реалізована на подільники напруги R2 і R3 і спрацьовує при струмі рівному 250 мА.

3.3.3 Розрахунок датчика температури

Датчик температури виконаний як резистивний дільник напруги, зображений на малюнку 3.9. Один з елементів цього дільника - терморезистор з негативним температурним коефіцієнтом R1. Терморезистор повинен розташовуватися безпосередньо на радіаторі для вимірювання його температури поблизу транзисторів. При підвищенні температури опір терморезистора зменшується, а напруга на резисторі R2 збільшується. Закладемо температуру спрацьовування захисту рівної 60 В° С. Використовуємо терморезистор B57045-K фірми Epcos [15]. Його опір при 25 В° С становить 6.8 кОм. Максимальна напруга на вході мікроконтролера має становити 2.5 В. Виходячи з цього вибираємо опір R2 рівним 2 кОм. Використовуємо чіп резистор RC0805 2 кОм.

3.4 Розрахунок і вибір радіатора

Теплові процеси в перетворювачі можна досить точно описати за допомогою електричної схеми. Кожен компонент має тепловий опір, різниця температур еквівалентна різниці напруг між двома точками, а потужність, рассеиваемую даними компонентом можна представити як струм. На малюнку 3.10 приведена електрична схема, відбиває процес передачі тепла в перетворювачі. На схемі відображені тільки елементи, які будуть охолоджуватися за допомогою радіатора: вихідні діоди VD16, VD17, транзистори VT4, VT5. Однак корпус транзистора є одночасно стоком, тому між корпусом транзистора і радіатором слід розмістити діелектричну прокладку з досить малим температурним опором. Для ізоляції використовуємо оксид алюмінієві прокладки. Всі теплові опори, крім опору радіатора, дані в довідковій інформації. Вимагається визначити тепловий опір радіатора.

R JC ( VT 4, VT 5) = 0.34 К/Вт - тепловий опір кристал-корпус кожного транзистора;

R JC ( VD 16, VD 17) = 0.7 К/Вт - тепловий опір кристал-корпус кожного діода;

R підло = 0.08 К/Вт - тепловий опір підкладки;

P VD 16, VD 17 = 149 Вт - потужність, що розсіюється вихідними діодами;

P VT 4, VT 5 = 76.3 Вт - потужність, що розсіюється всіма транзисторами.

Максимальна робоча температура кристала складає 150 про С, а максимальна температура навколишнього середовища з технічного завдання 40 про С. Значить в системі кристал-корпус-радіатор різниця температур дорівнює 110 про С. Загальне теплове опір цієї системи визначимо із співвідношення:

, (3.27)

де О”T jhs = 110 o C - різниця температур кристал-середа;

P jhs - Загальна потужність, що розсіюється радіатором.

Вона дорівнює сумі потужностей, що розсіюються всіма компонентами, розташованими на радіаторі:

. (3.28)

Визначимо загальне теплове опір:

Це опір складається з двох складових: загального опору напівпровідникових приладів і опору радіатора. Визначимо загальний опір напівпровідникових приладів:

, (3.29)

Визначимо тепловий опір радіатора:

(3.30)

Для того, щоб температура кристала не перевищила гранично допустиме значення тепловий опір обраного радіатора не повинне перевищувати R РАД . Вибираємо радіатор АВ95. Тепловий опір радіатора без обдування 0,12 К/Вт З графіка, наведеного в документації видно, що при охолодженні повітрям зі швидкістю 5 м/с тепловий опір зменшується до 0,08 К/Вт

4. Розробка алгоритму роботи мікроконтролера системи управління

Для запуску перетворювача і для установки заданого струму використовуються синхронний і асинхронний послідовні інтерфейси. Асинхронний послідовний інтерфейс використовується для зв'язку з комп'ютером, а Синхронний використовується для зв'язку з панеллю індикації. Управління інвертором здійснюється модулем ШІМ DSP-контролера.

Виходячи з цього, можна побудувати структуру програми, яка представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 4.1.

Блок вимірювань призначений для зчитування даних з датчиків струму і температури, а так само проводить запис в відповідні змінні Блок...у глобальних змінних.

Блок зв'язку з панеллю індикації призначений для прийому керуючих команд від управляючого контролера панелі індикації, таких як: команда старт, команда стоп перетворювача, а також передачі даних про струмі, температурі і коді сигналу помилки з блоку глобальних змінних для відображення на лицьовій панелі джерела живлення

Блок глобальних змінних призначений для зберігання прочитаних і розрахованих даних, а також необхідних для розрахунків констант і масивів. Також в блоці міститься інформація про поточний режимі роботи кожного блоку.

Блок логіки роботи силової частини. Цей блок реалізує роботу силової частини за заданим алгоритмом, стабілізуючи згідно змінної задатчика струм на виході джерела. Алгоритм управління ключами приведений на малюнку 4.2. Також відслідковує аварійні режими джерела і, при виникненні їх, в блок глобальних змінних записується відповідний код помилки.

Блок зв'язку з ЕОМ. Передбачена можливість зв'язку джерела з ЕОМ, але в даній роботі не реалізовано.

Для реалізації програмного забезпечення пристрою керування перетворювачем необхідно використовувати такі апаратні модулі DSP-контролера: PWM, SPI, UART, ADC.

4.1 Розробка діаграми прецедентів

Візуальне моделювання з використанням нотації UML можна представити як певний процес поуровневом спуску від найбільш абстрактної моделі вихідної системи до логічної, а потім і до фізичної моделі відповідної програмної системи [16]. На етапі побудови абстрактної моделі будується діаграма прецедентів, яка описує функціональне призначення системи. Для системи керування перетворювачем діаграма прецедентів представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 4.3.

Іноді дуже зручно описувати прецеденти у вигляді таблиці.

Таблиця 4.1 - Таблиця прецедентів програмного забезпечення пристрою керування перетворювачем

Дія користувача Відповідь системи Включення живлення Індикація передвстановленого значення струму Натискання кнопки збільшити Відображення на індикаторі збільшеного значення струму задатчика Натискання кнопки зменшити Відображення на індикаторі зменшеного значення струму задатчика Натиснуто кнопка старт 1. Індикація поточного значення вихідного струму Продовження таблиці 4.1 - Таблиця прецедентів програмного забезпечення пристрою керування перетворювачем Дія користувача Відповідь системи Натиснуто кнопка старт

2. Запалюється світлодіод В«стартВ»

3. Можливо запалювання світлодіода В«помилкаВ»

Натиснуто кнопка більше/менше після старту

1. Індикація поточної температури радіатора

2. Загоряється світлодіод температури

Натиснуто кнопка В«стопВ» Індикація значення струму задатчика і гасіння всіх світлодіодів

Таблиця прецедентів показує, які дії може здійснити користувач і реакція система на ці дії.

4.2 Розробка діаграми станів модуля PWM

Для того щоб змоделювати поведінку системи на логічному рівні в UML використовується діаграма станів. Діаграма станів описує процес зміни станів системи при реалізації всіх прецедентів. При цьому зміна стану системи викликане якимись зовнішніми подіями.

Діаграма станів системи для системи керування перетворювачем представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 4.4.

В таблиці 4.2 представлено відповідність подій і процедур, що відповідають за обробку цих подій.

Таблиця 4.2 - Події та оброблювальні їх процедури

події процедури та події

СТАРТ

СТОП

Power_ToMode ();

Power_Stop ();

Кінець обчислення

Border_i> 8

Power_Mode = Mode ();

Перевищений заданий струм AD1_OnHighLimit (); Вихід на режим

Iop = Iz

TI1_Enable ();

Power_Mode = Stabilization ();

Температура в нормі AD2_OnLowLimit (); Перевищено температура AD2_OnHighLimit (); Такт виведення на режим TI1_OnInterrupt ();

Стан В«режим простоюВ». В цьому станів джерело знаходиться після надходження на вхід живлення. При цьому на ключах немає керуючих сигналів, вимірювання не проводяться, струм на виході дорівнює нулю. Це стан стійке, з нього можливий перехід тільки в режим В«Обчислення нульового рівня струмуВ». Код помилки в цьому стані дорівнює нулю. Стан В«Обчислення нульового рівня струмуВ». В цей стан джерело переходить після виникнення події В«стартВ». У цьому режимі на ключі не подається керуючих сигналів, проводиться зчитування значення струму з АЦП, встановлюється нульовий рівень струму. Можливі переходи в стани: В«режим простоюВ» при виникненні події В«стопВ», В«висновок на режимВ» при виникненні події В«кінець обчисленняВ». Подія В«кінець обчисленняВ» виникає після заданої кількості зчитувань струму з АЦП.

Стан В«висновок на режимВ». В цьому станів на ключі подаються керуючі ШІМ - сигнали, струм на виході плавно наростає протягом заданого часу до значення струму задатчика, вихідний струм стабілізується. При виникненні події В«стопВ» переходить в стан В«режим простоюВ». При перевищенні вихідним струмом струму задатчика виникає подія В«перевищений заданий струмВ», джерело переходить в стан В«Перевищення заданого струмуВ». При перевищенні напівпровідниковими приладами заданої температури, виникає подія В«перевищена температураВ», джерело переходить в стан В«перегрівВ». Кожні 100 мкс. виникає подія В«такт стабілізацій В», при цьому розраховується тривалість керуючих імпульсів ШІМ, і запускаються нові вимірювання струму, і температури. Так само кожні 50 мс. відбувається подія В«такт виведення на режимВ», при цьому збільшується значення опорного струму задатчика. Стан В«режим стабілізаціїВ». Перехід в цей стан відбувається при виникненні події В«вихід на режимВ». Ця подія виникає, коли струм на виході досягне струму задатчика. При виникненні події В«стопВ» відбувається перехід в стан В«режим простоюВ», при цьому керуючі сигнали скидаються. В При Розробка

Таблиця 0 1 2 3 струму 4 6

Таблиця 0 1 [0];

[2];

ND [3];

- кінець пакету DATA_TO_SEND [4];

У таблиці 4.5 приведені відповідно команди системі, надходять по паралельному інтерфейсу, і значення змінної DATA_TO_SEND, які вона відправляє.

Таблиця 4.5 - Коди перемінної DATA_TO_SEND

Код помилки Помилка 0 NO_ERROR - немає помилки 1 DRIVER - спрацював захист драйвера 2 TEMP_OVER - спрацював захист по температурі 3 CUR_OVER - спрацював захист по струму

CounRX - лічильник прийнятих байт.

PACET - масив для зберігання прийнятих байт.

У таблиці 4.6 приведені відповідно команди системі, що надходять по паралельному інтерфейсу, і значення змінної PACET.

Таблиця 4.6 - Команди змінної PACET

Значення PACET Команда PACET [0] Код почала пакета PACET [1] Команда преобразователю PACET [2] Значення струму задатчика

Опис основних процедур:

SS1_RecvChar () - процедура читання даних з буфера приймача SPI.

SS1_ClearRxBuf () - процедура очищення буфера приймача SPI.

SS1_SendBlck () - процедура посилки даних в буфер приймача SPI.

TI1_OnInterrupt () - процедура викликається при виникненні переривання по таймеру-лічильнику.

TI1_Disable () - процедура заборони роботи таймера-лічильника.

TI1_Enable () - процедура дозволу роботи таймера-лічильника.

AD1_GetValue16 () - процедура зчитування даних з АЦП.

AD1_Mesure () - процедура ініціалізації АЦП.

AD1_GetChanOfSet () - процедура встановлення нульового рівня АЦП.

AD1_OnHighLimit () - процедура спрацьовує при досягненні верхнього порогу АЦП.

AD1_OnLowLimit () - процедура спрацьовує при досягненні нижнього порогу АЦП.

AD1_SetLowChanLimit () - процедура встановлення нижнього рівня спрацьовування АЦП.

AD1_SetHighChanlimit () - процедура встановлення верхнього рівня спрацьовування АЦП.

Математичні процедури:

- процедура вирахування SUB ();

- процедура множення L_MULT_TS ();

- процедура складання L_ADD ().

4.3 Розробка діаграми станів блоку зв'язку з панеллю індикації

Модуль SPI необхідний для обміну інформацією між панеллю індикації і програмною системою. Діаграма станів модуля SPI представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 4.6.

Стан В«очікування пакета/передача даних В». Модуль переходить в цей стан після подачі живлення. У цьому станів модуль SPI очікує початок передачі даних, при надходженні тактового сигналу відправляє байт даних. Можливий перехід в стан В«прийом/передача пакетаВ» при виникненні події В«такт роботи (отримання стартового символу пакета) В». Також можливо подія такт роботи.

Стан В«прийом/передача пакета В». У цьому стані приймається символ даних по кожному тактовому сигналу, при цьому відправляє байт даних. Модуль знаходиться в цьому стані, поки не виникне подія В«такт роботи (отримання останнього символу пакета)В». У цьому станів також можливо подія В«такт роботиВ», при якому він залишається в тому ж станів.

5. Розробка плати індикації

Панель управління і індикації служить для налаштування параметрів перетворювача і для індикації цих параметрів. Він розташовується на окремій друкованій платі, з'єднаної з основною платою шлейфом. Для індикації параметрів використовуємо семисегментний індикатори. Вони володіють хорошою яскравістю і достатнім температурним діапазоном роботи. Так як контролер силового блоку завантажений, щоб керувати індикацією і налаштуванням, для цих цілей доцільно використовувати додатковий мікроконтролер. Контролер панелі управління і індикації буде управляти індикацією параметрів, обробляти натискання кнопок і виробляти передачу керуючих команд і параметрів в мікроконтролер, який здійснює управління силовим блоком.

Кожен семисегментний індикатор складається з набору світлодіодів, аноди яких об'єднані, як показано на рисунку 5.1. щоб запалити певний світлодіод потрібно подати живлення на анод, а відповідний катод підключити В«земліВ» [17].

Катоди кожному осередку індикатора, а так само трьох світлодіодів підключені до окремих висновків мікроконтролера. Подаючи сигнал управління на певний катод і анод можна запалити необхідний світлодіод. У кожен момент часу може горіти тільки один світлодіод. Щоб не було помітно мерехтіння весь цикл перемикання світлодіодів повинен відбуватися з частотою 100 Гц або вище. На пульті управління розташовані три кнопки: В«СТАРТ/СТОПВ», В«+В», В«-В». Контролер повинен обробляти одиночне натискання кнопки. При включенні пристрою на індикаторі висвічується значення струму, встановлене під час останнього процесу роботи. При натисканні на кнопки В«+В» і В«-В» Це значення відповідно збільшується або зменшується з кроком 1 А в межах від 0 А до 70 А. Якщо не натискати кнопки В«+В» або В«-В» протягом трьох секунд або натиснути кнопку В«СТАРТВ» в перебігу цього часу, поточне значення струму зберігається і передається в контролер системи управління. Якщо під час роботи перетворювача натиснути кнопки В«+В» або В«-В», то на семисегментний індикаторі відобразиться температура на радіаторі перетворювача.

5.1 Розробка принципової схеми

Для управління пультом використовуємо мікроконтролер MC9S08QE8 (DD2) фірми Freescale Semiconductor [18]. Це один з недорогих мікроконтролерів, що володіє потрібною кількістю портів. Контролер підтримує протокол SPI, який зручно використовувати для зв'язку з іншими контролерами з використанням гальванічної розв'язки. Для індикації використовуємо збірку з трьох семисегментний індикаторів BA56-11SRWA (HG1) жовтого кольору і світлодіоди L-53SGD (HL1 - HL3). Для світіння світлодіодів потрібно забезпечити струм I F = 20 мА. Висновки контролера не можуть забезпечити такий струм, тому для їх посилення використовуємо збірку з восьми транзисторів Дарлінгтона ULN2803AF (DA1). Резистори включені між виходами DA1 і катодами HG1 обмежують вихідний струм. Для обмеження струму I F потрібно використовувати резистори з номіналом:

(5.1)

Однак при такому струмі світіння світлодіодів буде дуже яскравим. Експериментальним шляхом було встановлено, що для забезпечення потрібної яскравості світіння вимагається використовувати резистори номіналом 220 Ом. Використовуємо чіп резистори RC0805 620 Ом. VT1 - VT3 - польові p-n-p транзистори IRLML5103 в корпусі SOT-23 для поверхневого монтажу. Максимальний струм стоку - 760 мА, максимальна напруга стік-витік 30 В. R9 - R11 - чіп резистори RC0805 1 кОм. Кнопки SB1 - SB3 типу DTSM81.

Напруга живлення пульта управління 3.3 В. Живлення забезпечується джерелом живлення власних потреб, який розташований на силовий платі перетворювача. Конденсатори C65, C66 - чіп конденсатори CC0805 15 пФ [стор 16, 18]. Решта конденсатори на платі пульта керування служать для захисту мікросхем і інших елементів схеми від перешкод по живленню. Використовуються чіп конденсатори CC0805 0.1 мкФ і електролітичні конденсатори SR 25 В 47 мкФ.

...

5.2 Розробка алгоритму програми

Для запуску перетворювача і для установки заданого струму використовується асинхронний послідовний інтерфейс. Виходячи з цього, можна побудувати структуру програми, яка представлена вЂ‹вЂ‹на малюнку 5.2.

Блок SPI призначений для передачі команд В«стартВ», В«стопВ» параметрів про необхідному струмі стабілізації, а також приймає дані про струмі, температурі і коді сигналу помилки.

Блок логіки роботи. Цей блок реалізує роботу плати індикації за заданим алгоритмом. Він здійснює функцію обробки всіх команд і повідомлень від інших модулів. Блок клавіатури призначений для обробки портів МК, підключених до кнопок і передачі подій В«СТАРТ/СТОПВ», В«БільшеВ», В«МеншеВ» в блок В«Логіки роботиВ».

Блок індикації призначений для відображення інформації про поточний значенні струму, температури, стан силового блоку. Осществляет управління відповідними портами МК.

5.2.1 Розробка діаграми станів блоку логіки роботи

Діаграми станів блоку логіки роботи плати індикації зображений на малюнку 5.3

При включенні приладу програма переходить в стан В«Стоп силової частиниВ» та вважає, що інвертор знаходитися у вимкненому стані. По натисненню кнопки В«Більше/МеншеВ» здійснює збільшення або зменшення значення задатчика струму. При натисканні кнопки В«Старт/СтопВ» в МК блоку перетворювача з синхронного інтерфейсу передається встановлений параметр задатчика струму і відбувається запуск інвертора, при цьому в блок індикації надсилається повідомлення В«РоботаВ». Блок В«Логіки роботиВ» переходить в стан В«Робота силової частиниВ»

Для забезпечення надійності передбачені три режими захисту:

- перегрів силового блоку;

- перевищення вихідного струму;

- захист силових ключів інвертора.

При спрацьовуванні одного із захистів МК перетворювача в блок індикації надсилається повідомлення В«ПомилкаВ» і блок В«Логіки роботиВ» переходить у відповідний режим.

При натисканні кнопки В«СтопВ» МК перетворювача надсилається команда про зупинку інвертора і блок переходить в стан В«Стоп силової частиниВ»

При спрацьовуванні захисту В«ПерегрівВ» відбувається зупинка інвертора і триває вона до тих пір поки температура не спаде до заданого рівня.

При спрацювання захистів В«КЗ навантаженняВ» і В«Захист інвертораВ» так само відбувається зупинка інвертора і перехід в стан В«Стоп силової частиниВ».

5.2.2 Розробка діаграми станів блоку клавіатури

Кожні 5 мс. відбувається опитування кнопок і очікування натискання кнопки, це зроблено для того що б усунути брязкіт контактів.

В даному дипломному проекті використовується динамічна індикація. Вона здійснюється за допомогою таймера-лічильника і називається В«такт роботи індикації В».

При включенні приладу индицируется струм уставки задатчика. Коли приходить команда В«РоботаВ» від блоку логіки роботи, то починається індикація поточного вихідного струму.

Можна змінити режим відображення, це робиться натисканням кнопок В«більше/меншеВ» при цьому індикується поточний струм або поточна температура силового блоку.

При натисканні кнопки В«СтопВ» індикується початковий струм уставки.

6. Розробка джерела живлення власних потреб

Джерело живлення власних потреб повинен забезпечити харчування компонентів системи управління перетворювачем від вхідної напруги 70 В частотою 100 Гц. Система управління живиться від напруги п'яти рівнів: 12 В, змінне 12 В, диференціальне 12 В, 5 В, 3,3 В. У таблиці 6.1 вказані споживачі і максимальний споживаний ними струм.

Таблиця 6.1 - Основні споживачі енергії

Назва Споживаний струм Vcc = 12 В Драйвера (IR2127, UCC37322) Vcc = ~ 12 В Управління ключами (TV7, TV12) Vcc = В± 12 В Датчик струму (DA1) Vcc = 5 В Мікросхема розв'язки (DA8) Мікросхема інтерфейсу RS485 (DA4) Vcc = 3.3 В Мікроконтролер (DD1)

Закладемо загальну потужність, споживану від джерела власних потреб.

Джерела малої потужності (до 150 Вт) зазвичай побудовані за схемою однотактного обратноходового перетворювача напруги. У даній дипломній роботі джерело живлення власних потреб виконаний на мікросхемі UC3842. Вибір даного джерела живлення обумовлений тим, що подібні перетворювачі набули широкого поширення при проектуванні мікропроцесорних пристроїв і не раз проектувалися в лабораторії групового проектного навчання (ГПО) силових мікропроцесорних пристроїв (БМУ). Розгляд інших джерел живлення не здійснювалося. Мікросхема UC3842 має мінімальне напруження для запуску мікросхеми яке становить 10 В, що для нас не мало важливо. На малюнку 6.1 приведена типова схема включення мікросхеми UC3842 [19].

Мікросхема UC3842 має всі необхідні функціональні можливості для створення схем управління мережевими імпульсними джерелами живлення. Вбудовані структурні елементи мікросхеми забезпечують її відключення при неприпустимо низькому вхідному напрузі і пусковому струмі менш 1 мА. Прецизійний джерело опорного напруги тактірован для підвищення точності на вході підсилювача сигналу помилки. ШІМ-компаратор контролює також обмеження по струму, а квазікомпліментарний вихідний каскад розрахований на значні кидки струму (як впадає, так і витікаючого). Вихідний каскад забезпечує роботу на навантаження типу n-канального польового транзистора з ізольованим затвором і має низький логічний рівень напруги у відключеному стані.

Схема джерела живлення наведена на малюнку 6.2.

Зробимо розрахунок джерела живлення власних потреб (ІПСН) наведеного на малюнку 6.2. Параметри ІПСН:

- мінімальне вхідна напруга;

- Максимальна вхідна напруга;

- активна потужність джерела;

- частота перетворення;

- максимальна тривалість імпульсу

- максимальна тривалість розряду;

- вихідна напруга;

- власна обмотка для мікросхеми .

Зробимо розрахунок і вибір стартового терморезистора. Він захищає елементи вхідного ланцюга від стрибка струму в конденсаторі при включенні в мережу.

Опір резистора

Потужність резистора

Вибираємо терморезистор з негативним температурним коефіцієнтом SCK-101 c опором 10 Ом при 25 Вє C.

Середній ток розраховується за формулою:

(6.1)

Максимальний струм первинної та третьої обмотки розраховується за формулою:

(6.2)

(6.3)

Індуктивність первинної обмотки розраховується за формулою:

(6.4)

Індуктивність вторинної обмотки розраховується за формулою:

(6.5)

Вибираємо сердечник ферит марки N87 на к...аркас ETD29 з площею перетину і вважаємо зазор.

Визначимо кількість витків кожної з обмоток:

покладемо рівним 30 число витків первинної обмотки.

Розрахуємо робочу індукцію за формулою:

(6.6)

покладемо рівним 11 число витків вторинної обмотки.

Розрахуємо діючі струми кожної з обмоток за формулами:

Зробимо розрахунок проводу, яким буде здійснюватися намотування за формулою:

Розрахунок токочувствітельного резистора за формулою:

(6.7)

Розрахунок силового ключа за формулою:

7. Розробка друкованої плати джерела

Друковані плати - це елементи конструкції, які складаються з плоских провідників у вигляді ділянок металізованого покриття, розміщених на діелектричному підставі і забезпечують з'єднання елементів електричного кола. Вони отримали широке поширення у виробництві модулів, комірок і блоків завдяки наступним переваг в порівнянні з традиційним об'ємним монтажем провідниками і кабелями:

- підвищення щільності розміщення компонентів і щільності монтажних з'єднань, можливість істотного зменшення габаритів і ваги виробів;

- отримання друкованих провідників, екрануючих поверхонь і електро та радіодеталей в одному технологічному циклі;

- гарантована стабільність і повторюваність електричних

характеристик (Провідності, паразитних ємності й індуктивності);

- підвищення швидкодії та завадозахищеності схем;

- підвищена стійкість і кліматичним і механічним

впливів;

- уніфікація і стандартизація конструктивних і технологічних рішень;

- збільшення надійності вузлів, блоків і пристрою в цілому;

- поліпшення технологічності за рахунок комплексної автоматизації монтажно-складальних і контрольно-регулювальних робіт;

- зниження трудомісткості, матеріаломісткості і собівартості.

До недоліків слід віднести складність внесення змін у конструкцію і обмежену ремонтопридатність.

Елементами ПП є діелектричне підставу, металеве покриття у вигляді малюнка друкованих провідників і контактних майданчиків, монтажні та фіксуючі отвори.

Загальні вимоги до ПП

Діелектричне підстава ПП повинне бути однорідним за кольором, монолітним по структурі.

Проводить малюнок ПП повинен бути чітким, з рівними краями, без здуття, відшарувань, розривів, слідів інструменту та залишків технологічних матеріалів.

Монтажні і фіксуючі отвори повинні бути розташовані відповідно до вимог креслення і мати допустимі відхилення, обумовлені класом точності ПП. Для підвищення надійності паяних з'єднань внутрішню поверхню монтажних отворів покривають шаром міді товщиною не менше 25 мкм.

Контактні майданчики являють собою ділянки металевого покриття, які з'єднують друковані провідники з металізацією монтажних отворів. Їх площа повинна бути такий, щоб не було розривів при свердлінні і залишився гарантійний поясок міді шириною не менше 50 мкм. Розриви контактних майданчиків не допускаються, так як при цьому зменшуються токонесущей здатність провідників і адгезія до діелектрика.

Види друкованих плат. Залежно від числа нанесених друкованих провідних шарів друковані плати поділяються на одно-дво-і багатошарові. Перші два типи називають також одно-і двосторонніми.

Односторонні друковані плати (ОПП) виконуються на шаруватому пресованому або рельєфному литому підставі без металізації або з металізацією монтажних отворів. Плати на шаруватому діелектрику прості по конструкції й економічні у виготовленні. При неможливості стовідсоткової розводки друкованих провідників застосовуються навісні перемички. Їх застосовують для монтажу побутової радіоапаратури, блоків живлення, пристроїв техніки зв'язку. отвори.

Багатошарові

При

мінімізація

зв'язку і пр.;

і пр.;

Конструктивні сигналів.

Відстань В При

Діаметри Монтажні

Таблиця 25 50 75 100 150 200 250 500 500

Допустимі

Таблиця

Нормальні

Відносна

тиск

ст. ст. 25 15 20 10 30 50 20 30 25 40 20 30 100 50 100 80 30 50 300 100 200 ПО 160 80 300 400 230 300 200 80 100 400 600 300 360 200 300 100 130 Від 2,0 до 3,5 500 830 360 430 250 400 ПО 160 Від 3,5 до 5,0 660 1160 500 600 330 560 150 210 ... Від 5,0 до 7,5 1000 1500 660 830 500 660 200 250 Від 7,5 до 10,0 1300 2000 830 1160 560 1000 230 300 Від 10,0 до 15,0 1800 2300 1160 1600 660 1160 300 330

Класи точності ПП. Вітчизняним стандартом ГОСТ 23751-86 передбачає п'ять класів точності (щільності малюнка) ПП (таблиця 7.3). Вибір класу точності визначається досягнутим на виробництві рівнем технологічного оснащення. В КД повинно міститися вказівка вЂ‹вЂ‹на необхідний клас точності ПП.

Плати першого і другого класів точності прості у виготовленні, дешеві, не вимагають для свого виготовлення обладнання з високими технічними показниками, але не відрізняються високими показниками щільності компонування і трасування.

Для виготовлення плат четвертого і п'ятого класів потрібне спеціалізоване високоточне обладнання, спеціальні матеріали, безусадкова плівка для виготовлення фотошаблонів, ідеальна чистота у виробничих приміщеннях, аж до створення "чистих" ділянок (гермозону) з кондиціонуванням повітря і підтриманням стабільного температурно-вологісного режиму. Технологічні режими фотохімічних і гальвано-хімічних процесів повинні підтримуватися з високою точністю.

Таблиця 7.3 - Класи точності ПП

Найменування параметра

Ум.

обозн.

Розміри елементів проводить малюнка для класів, мм Відстань між провідниками, контактними майданчиками, металізованими отворами t 0.75 0.45 0.25 0.15 0.1 Відстань від краю просвердленого отвору до краю контактної площадки даного отвори S 0.75 0.45 0.25 0.15 0.1 Ставлення мінімального діаметра металізованого отвори до товщини плати f 0.4 0.4 0.33 0.25 0.2

У проекті було розроблено дві друковані плати, які розташовуються в одному корпусі. Перша плата силова (малюнок 7.1) розташовується на першому поверсі, т.е на ній розташовані силові ключі інвертора, силовий дросель, система керування силовими ключами інвертора, джерело живлення власних потреб. Причому плата кріпиться до радіатора, транзистори та діоди щільно притискаються болтами до радіатора. Друга плата управління (рисунок 7.2), на ній розміщений індикація і керуючі кнопки. З платою силовий вона з'єднується через шлейф.

В якості матеріалу для виготовлення друкованих плат використовується двосторонній фольгований склотекстоліт СФ-2Н-50-1, 5 ГОСТ 10316-78.

При проектуванні друкованої плати використаний крок координатної сітки 1,25 мм. Ємності, резистори, діоди і мікросхеми встановлені у вузлах координатної сітки і розташовуються паралельно друкованій платі. Відстань між корпусами не менше одного міліметра.

Розміри наскрізних отворів беруться відповідно до ГОСТ 11284-75. Плата виготовлена вЂ‹вЂ‹комбінованим позитивним способом ГОСТ 23752-79.

Виходячи з вимог допустимого перегріву друкованих провідників, для них встановлюється допустима щільність струму J доп = 30 А/мм 2 .

Допустимий струм в друкованих провідниках визначається як:

(7.1)

де b - ширина провідника, мм;

t п - товщина провідника, мкм.

Для стабільності роботи друкованих провідників повинна дотримуватися рівність:

(7.2)

де: I - струм, що протікає в провіднику, А.

Товщина фольги на фольгованих матеріалах береться рівною 70 мкм. Ширина b залежить від величини протікаючого струму і перегріву провідника. На різних ділянках плати протікають різні за величиною струми. При даній товщині фольги по провіднику шириною 1 мм може проходити струм:

8. Розробка конструкції приладу

За основу конструкції приладу був використаний алюмінієвий профіль, який в Надалі буде радіатором силової плати. Радіатор буде несучою конструкцією приладу, до якої будуть кріпитися силова плата і корпус приладу. Алюмінієвий профіль зображений на малюнку 8.1 всі розміри зазначені в мм.

Після того як визначилися з профілем, ми можемо сказати, що ширина друкованої плати не повинна перевищувати ширину профілю. Після того як були розставлені елементи силової плати, ми можемо приблизно сказати про довжину профілю. Довжина профілю була обрана 300 мм.

Для кріплення силової плати до радіатора були передбачені кріпильні і притискні отвори. Загальний вигляд радіатора зображений на малюнку 8.2 в мм.

Для реалізації складального креслення, була використана програма SolidWorks 2006, в якій були створені всі елементи схеми, і розставлені по місцю розташуванню на платі.

Силовий блок в зборі з радіатором представлений на малюнку 8.3.

Після того як були визначені габаритні розміри силового блоку з радіатором, був розроблений корпус приладу. Корпус приладу являє собою дві П-образні пластини, виготовлені листового металу товщиною 0.8 мм. Так як силовий блок вимагає примусового охолодження, то до нижньої пластині були прикріплені два вентилятора, а у верхній пластині було передбачено вікно для плати індикації приладу. Зовнішній вигляд всього приладу зображений на малюнку 8.4.

9. Техніко-економічне обгрунтування доцільності розробки проекту

9.1 Маркетингові дослідження ринку збуту

Виконаємо маркетингові дослідження на етапі вибору ідеї. Аналіз науково - технічної та рекламної літератури дозволив визначити найближчого аналога безпосереднього перетворювача напруги зі стабілізацією струму.

Найближчим схемотехнічних аналогом є DC/DC перетворювач MR800D-48S48-UT фірми В«Олександр ЕлектрикВ» (Росія). Цей перетворювач задовольняє вимогам, пред'явленим до сучасним DC/DC перетворювачам. Він має мікропроцесорне керування, захист від перевантаження і перенапруги, тепловий захист, підстроювання вихідного струму, дистанційне управління. За масою і габаритами це один з найлегших і невеликих перетворювачів. Проте технічні властивості цього перетворювача не задовольняють поставленому завданню.

Розрахуємо рівні конкурентоспроможності за показниками В«Значимість технічного рішенняВ» Зтр і В«Значимість економічного події В»ЗЕС [20]. Для цього помістимо всю наявну інформацію про розроблювальному пристрої та його аналогів в таблицю 9.1.

Таблиця 9.1 - Зведені техніко - експлуатаційно - економічні характеристики розроблювального пристрою і його аналогів

Найменування ...характеристик, одиниці виміру Значення параметрів MR800D-48S48-UT Розроблювальний зразок Технічні характеристики: Діапазон регулювання струму, А 0 - 17 0 - 70 Габаритні розміри, мм 168х122х20 330х160х110 Найменування характеристик, одиниці виміру Значення параметрів MR800D-48S48-UT MR800D-48S48-UT Захист від короткого замикання + + Захист від перегріву + + Підстроювання вихідного струму + + Дистанційне керування + + Економічні характеристики: Ціна продажу, руб 10000 30000

Таблиця 9.2 - Розрахунок показника В«Значимість технічного рішенняВ»

Найменування критеріїв конкурентоспроможності Значення параметрів 1 2 MR800D-48S48-UT Розроблювальний зразок Коефіцієнт актуальності (Аі) Технічні рішення, що дають техніко - економічний ефект при застосуванні - 1,0 1,0 Коефіцієнт відповідності програмам найважливіших робіт (Пр) НТП виробничих і науково - виробничих фірм - 1,05 1,05 Коефіцієнт складності (Сз) Конструкція приладу - 3,5 3,5 Коефіцієнт місця використання (Мі) РФ - 1,0 РФ - 1,0 Коефіцієнт обсягу використання (Оі) У серійному виробництві в декількох фірмах - 4,0 4,0 Коефіцієнт охоплення охоронними заходами (Шо) Технічне рішення без охоронних документів - 1,0 Технічне рішення, що має товарний знак - 2,0

Показник В«Значимість технічного рішення В»Зтр визначається за допомогою значень показників з Таблиця 9.2 за формулою:

(9.1)

де Аі - актуальність;

Пр - відповідність програм найважливіших робіт;

Сз - складність вирішення;

Мі - місце використання;

Оі - обсяг використання;

Шо - охоплення охоронними заходами.

В результаті розрахунків В«Значимість технічного рішенняВ» дорівнює:

- для власної продукції:

- для конкуруючої продукції:

Необхідна загальна умова виходу товару на ринок ЗСП> ЗКП виконується.

Показник В«Значимість економічного події В»ЗЕС визначаться по формулі за допомогою значень показників з Таблиця 9.3.

(9.2)

де Вп - коефіцієнт впливу продукції на формування потреб суспільства;

Рд - коефіцієнт обсягу та доступності ресурсів, необхідних для створення продукції;

Кр - коефіцієнт впливу продукції на кон'юнктуру ринку;

Рв - коефіцієнт впливу продукції на економічне зростання підприємства.

Таблиця 9.3 - Розрахунок показника В«Значимість економічного подіїВ»

MR800D-48S48-UT Розроблювальний зразок Коефіцієнт економічного розвитку регіону, що використовує продукцію (Рі) вЂ‹вЂ‹ Одна економічно відстала країна - 4,0 4,0 Коефіцієнт впливу продукції на формування потреб суспільства (Вп) Середньострокова високоеластична потреба - 3,0 3,0 Коефіцієнт обсягу і доступності ресурсів, необхідних для створення продукції (Рд) Великий обсяг таких же ресурсів -2,0 2,0 Коефіцієнт впливу продукції на ринкову стратегію підприємства та визначення вартості (Ср) Продукція, що виходить на ринок досконалої конкуренції - 1,0 1,0 Коефіцієнт впливу продукції на кон'юнктуру ринку (Кр) Продукція незначно впливає на динаміку цін і обсяги реалізації прямих аналогів - 2,0 2,0 Коефіцієнт впливу продукції на економічне зростання підприємства (Рв) Продукція забезпечує незначний (5-10%) економічний зростання підприємства переважно (більше 30%) за рахунок залучення зовнішніх інвестицій - 1,5 Продукція забезпечує істотний (більше 10%) економічне зростання підприємства переважно (більше 30%) за рахунок залучення зовнішніх інвестицій - 4,0

Показник В«Значимість економічного події В»дорівнює:

- для власної продукції:

- для конкуруючої продукції:

Так як ЗЕС сп> ЗЕС кп, то необхідна умова виходу власного пристрою за показником В«Значимість економічного події В»виконано. Знайдемо сумарне значення ЗСП і ЗКП і визначимо повне умова виходу на ринок власного пристрою:

За загальним показником рівня конкурентоспроможності розроблена продукція перевершує своїх конкурентів, що свідчить про те, що розробка продукту виправдана.

9.2 Розрахунок витрат на виробництво товару

На стадії виробництва продукції (Дослідний зразок і т.д.), необхідно визначити капітальні вкладення при виробництві (Кп) і собівартість проектованого продукту (С)

Кп = Кппз + КПФ, (9.3)

де КПФ - витрати в виробничі фонди, необхідні для виготовлення продукції (основні фонди плюс оборотні кошти);

Кппз - виробничі витрати. Причому:

Кппз = Sніокр + Непрямо,

де Sніокр - Кошторис витрат на НДДКР;

косвен - витрати на освоєння виробництва та доопрацювання дослідних зразків (якщо такі витрати плануються).

Всі складові капітальних вкладень Кп визначаються прямим рахунком на основі потреби для освоєння виробництва і діючих ринкових цін.

Калькуляція собівартості НТП (С) проводиться за окремими статтями витрат:

- основна і додаткова заробітна плата;

- спецобладнання;

- витрати на службові відрядження;

- витрати ...на роботи, що виконуються сторонніми організаціями;

- інші прямі витрати;

- накладні витрати.

Заробітна плата

Розмір місячної основної заробітної плати встановлюється, виходячи з чисельності виконавців, трудомісткості і середньоденної заробітної плати. Додаткова заробітна плата складається з: оплати праці відповідно з районним коефіцієнтом (в Томській області 30% від основної заробітної плати); надбавок за високу кваліфікацію, за додатковий обсяг робіт, персональних надбавок тощо, премій (якщо вони встановлені).

Загальний фонд заробітної плати визначається за формулою:

З = Ззпо + Ззпд, (9.4)

де Ззпо - основна заробітна плата;

Ззпд - додаткова заробітна плата.

У свою чергу, основна заробітна плата розраховується за формулою:

(9.5)

де N - кількість виконавців;

Зос i - основна заробітна плата i-го виконавця;

Д - районний коефіцієнт (Д = 30%).

Основна заробітна плата i-го виконавця визначається як:

(9.6)

де Зм - місячний оклад працівника;

М - число робочих місяців у році (11,2 місяця);

Тд - дійсний річний фонд робочого часу науково - технічного персоналу (у календарних днях, таблиця 9.4);

F - час, витрачений на проведення робіт.

Технічна та технологічна можливість створення приладу, базується на наявному обладнанні каф. В«ПРЕВ» і лабораторій ГПО ТУСУР.

Таблиця 9.4 - Дійсний річний фонд робочого часу

Показники робочого часу Календарне число днів 365

Кількість неробочих днів: вихідні дні

святкові дні

Втрати робочого часу: відпустка

Невихід через хворобу

Дійсний річний фонд робочого часу 273

Додаткова заробітна плата визначається в розмірі 30% від основної заробітної плати працівника за опрацьованим час (чергова відпустка, навчальна відпустка, виконання державних обов'язків). Розрахунок заробітної плати зведений у таблиці 9.5.

Таблиця 9.5 - Розрахунок заробітної плати

Виконавці Зм, руб F, руб Зос i, руб Ззпо, руб Ззпд, руб З, руб Інженер-конструктор 15000 273 168000 280000 7500 287500 Монтажник 10000 273 112000

Соціальний податок

Відрахування у позабюджетні фонди проводиться у відсотках від фонду заробітної плати в розмірі 14% для малих підприємств із спрощеною формою оподаткування (У нашому випадку ТОВ)

Сума нарахувань складе: 287500.0, 14 = 40250 рублів.

На статтю В«СпецобладнанняВ» для наукових і експериментальних робіт відносяться витрати на придбання або оренду спеціальних приладів, стендів, апаратів і ін Необхідна кількість обладнання використовуваного при розробці наведено в таблиці 9.6.

Таблиця 9.6 - Необхідне кількість обладнання

Вид обладнання Кількість одиниць Ціна за одиницю (руб) Ціна за комплект (руб) Спосіб залучення в роботи за проектом Осцилограф 1 200000 240000 Власність ТУСУР Паяльна станція 137 ESD 2 3150 6300 Власність ТУСУР Вольтамперметр M2015 1 2700 2700 Власність ТУСУР Комп'ютер 1 40000 40000 Власність ТУСУР

Витрати на роботи, що виконуються сторонніми організаціями

На статтю В«Витрати на роботи, виконувані сторонніми організаціями В»відносяться всі витрати по оплаті робіт для даного проекту сторонніми організаціями. У даному проекті сторонніми організаціями передбачається виробництво друкованих плат і корпусу. Замовлення друкованих плат проводився в ТОВ В«ТрансмашВ» в м. Томську. Вартість друкованих плат склала:

- для розробки досвідченого зразка (включаючи пробні і виправлені плати) склала 10000 руб;

- остаточний варіант друкованих плат - 1500 руб. (При виробництві партії однакових плат).

Розрахунок витрат на матеріали і комплектуючі

До цієї статті ставитися вартість усіх матеріалів, включаючи витрати на їх придбання та доставку (Транспортно - заготівельні витрати можна приймати в межах 5% від їх вартості). В даному випадку витрат на доставку не було. (Руб.) - - 40 - 400 4 - 9 - 17 - 1 - 1500 Інші

(9.7)

проекту.

Заробітна плата - 1 Витрати на - Витрати на матеріали і комплектуючі - Інші прямі витрати - Накладні витрати Собівартість

Розрахунок собівартості На

№ п/п Сума, руб. 1 10000 2 1500 3 4 650 5

сті товару

Стратегія комерціалізації

Задача 1. Розробка конструкторської документації та виготовлення експериментального зразка, перевірка загальної працездатності пристрою у відповідності з документацією. Оформлення та отримання сертифікату.

Складання докладного бізнес - плану комерціалізації результатів, визначення ціни і кількості продукції, необхідної для продажів, організація реклами, пошук інвесторів, замовників вироби. Існує виробничо - технічний ризик, пов'язаний з термінами виготовлення приладу і адміністративні бар'єри під час оформлення сертифіката.

Завдання 2. Організація серійного виробництва джерела живлення для установок концентрування лужного електроліту.

Придбання площі та обладнання, набір 2 співробітників, організація складально - регулювального і випробувального ділянок, пошук підприємства - співвиконавця електромеханічних вузлів для серійного випуску продукції. Організація продажів. Існує фінансовий ризик, пов'язаний з кредитними відносинами з фінансовими інститутами та підприємствами - співвиконавцями (великі відсотки кредитів банків, інфляційні фактори та ін)

Завдання 3. Стабілізація виробництва і продажів продукції, стійке зростання і вихід на обсяг продажів до 150000 крб. на людину в рік.

Для успішного виведення продукту на ринок необхідно:

- організувати рекламу нового джерела живлення з пропозиціями областей застосування даного приладу;

- організувати сервісний центр з гарантійного ремонту джерел живлення;

- визначить торгових партнерів (Магазини спеціального призначення) і укласти з ними договори про поставку продукції.

Калькуляція витрат по роках, відповідно до викладеного вище організаційного плану виробництва та виготовлення продукції представлена вЂ‹вЂ‹в таблиці 9.10.

Таблиця 9.10 - Калькуляція витрат

№ п/п Статті витрат Сума, тис. руб 1 Зарплата основних виконавців проекту 287.5 2 Нарахування на зарплату (14%) 40.25 3 Матеріали й комплектуючі 10 4 Витрати на роботи, що виконуються сторонніми організаціями 15 5 Інші прямі витрати 14.11 6 Накладні витрати 73.37 7 Виготовлення і купівля обладнання - 8 Відрядження - 9 Проведення патентних досліджень - № п/п Статті витрат Сума, тис. руб 10 Оформлення охоронного документа щодо захисту ІС - 11 Проведення маркетингових досліджень 20 12 Розробка бізнес-плану 10 13 Підготовка рекламних матеріалів 40 Разом: 540.23

Опис ризиків, перешкоджаючих успішному виконанню роботи

Інвестиційний ризик. Найважливішим фактором фінансового ризику даного проекту є отримання інвестицій. Наявність інвестицій є необхідною умовою початку розвитку проекту: наскільки вони затримаються, настільки затримається початок проекту. При відмові інвестора від фінансування проекту будуть максимально виявлені причини відмови, проект буде доопрацьований відповідно до вимог інвестора і поданий заново на розгляд.

Виробничий ризик. Купівля обладнання призведе до часткової автоматизації процесу складання, буде гарантувати якість продукції. Можливість виходу з ладу обладнання не велика, оскільки в рамках реалізації проекту передбачається організація серійного виробництва, що не передбачає максимального навантаження на обладнання. Однак, у випадку виникнення неполадок, підприємство зможе перейти на ручний режим.

Сьогодні в Томську існує близько п'яти фірм постачають комплектацію під замовлення. І можливість роботи з будь-яким з них відкрита, тому ризик затримки виробництва від закриття одного з них не великий.

Контрактний ризик. В процесі виробництва продукції виконавці проекту самостійно виробляють усі етапи виробничого процесу, виробничої кооперації немає, отже, немає ризику простою через порушення контрактів.

Комерційний ризик. Терміни реалізації етапів проекту мають значення з точки зору руху потоків грошових коштів і виконання зобов'язань за запланованим кредитним договорами. У випадку, якщо відбудеться нестиковка планованих термінів з реальними в плині терміну отримання коштів, можна відмовитися від фінансування деяких етапів або зменшити фінансування деяких етапів.

10 Питання безпеки життєдіяльності

10.1 Аналіз небезпечних і шкідливих виробничих факторів

Головною метою охорони праці є створення таких умов, які забезпечують безпека людини в процесі праці, мінімальну ймовірність ураження струмом і збереження працездатності. Проведення заходів з охорони праці забезпечує поліпшення умов праці та підвищення його продуктивності. Можна виділити наступні небезпечні та шкідливі виробничі фактори (ОВФП), визначаються згідно ГОСТ 12.0.003-74:

- фізичні;

- хімічні;

- біологічні;

- психофізіологічні.

З фізичних факторів небезпеки можна виділити наступні:

- підвищена температура окремих частин і приладів;

- небезпечний рівень напруги в мережі змінного струму, від якої живиться джерело.

З психофізіологічних чинників небезпеки можна виділити наступні:

- стомлення;

- монотонність праці.

10.2 Вимога безпеки до джерела

Джерело харчування може бути виконаний у вигляді керуючої установки, зібраної в єдиному корпусі, з виведеними кабелями. Установку подібних пристроїв слід виробляти в зоні від 400 до 2000 мм від рівня підлоги. Допускається, після узгодження зі споживачем, встановлювати джерело нижче 400 мм і вище 2000 мм. Дроселі, трансформатори, резистори, розрядники, сирени і інші елементи, не потребують постійного контролю і обслуговування, можуть встановлюватися на висоті нижче 400 мм і вище 2000 мм.

Органи управління апаратів ручного керування (кнопки, перемикачі і т.п.) повинні знаходитися в зоні 700 -1900 мм від рівня підлоги.

Вимірювальні прилади та контрольні індикатори повинні встановлюватися з урахуванням ГОСТ 12.2.032-78 і ГОСТ 12.2.033-78. Шка...ла кожного приладу повинна знаходитися на висоті від рівня підлоги:

- при роботі стоячи - від 1000 до 1800 мм;

- при роботі сидячи - від 700 до 1400 мм.

Конструкція приладу і розташування на ньому апаратів і приладів повинне забезпечувати:

- зручність і безпеку обслуговування;

- зручність спостереження за роботою джерела;

- зручність установки пристрою, а так само підключення зовнішніх з'єднань;

- виключення можливості взаємного впливу джерел;

- доступ до контактних з'єднань;

- зручність ремонту і заміни зношених деталей.

На пристроях до апаратів і приладів повинні виконуватися позиційні позначення. До приладів ручного управління, ввідних пристроїв, апаратів сигналізації та т.п. за узгодженням із споживачем повинні виконуватися функціональні написи або символи згідно з ГОСТ 12.4.040-78 і ГОСТ 12.4.026-76, В«ВклВ», В«ВиклВ», В«СтартВ», В«СтопВ» і т.д.. Позиційні позначення приладів і функціональні символи або написи повинні виконуватися способом, що забезпечує їх збереженість.

За погодженням із споживачем у пристрої повинен бути нанесений попереджувальний знак В«ВИСОКА НАПРУГАВ». На пристрої двостороннього обслуговування попереджувальний знак слід наносити на обох сторонах.

Основним вражаючим фактором є струм, що протікає через людину. Встановлені порогові (найменші) значення струму (для змінного струму промислової частоти), визначають ступінь ураження:

- пороговий відчутний струм 0,5 - 1,5 мА;

- пороговий неотпускающий струм 10 - 20 мА;

- пороговий фібрілляціонного струм 50 - 80 мА;

- смертельно небезпечний струм 100 мА і більше.

Напруга впливає на результат поразки лише в тій мірі, в якій воно зумовлює силу струму. Для напруги до 400 - 500 В більш небезпечним вважається змінний струм, для напруги понад 500 В - постійний. На результат поразки впливає шлях струму в тілі людини. Можливих шляхів (петель струму) багато, однак найбільш часто зустрічаються такі: права рука - ноги, ліва рука - ноги, рука - рука, нога - нога. Найбільш, небезпечні випадки протікання струму через голову та грудну клітку. При збільшенні тривалості протікання струму опір тіла людини сніжаеться, що викликає зростання струму. Небезпека впливу струму залежить від індивідуальних особливостей людини людини (маси і фізичного розвитку), а також від стану нервової системи та всього організму. Велике значення має В«Фактор - увагиВ», що послабляє небезпека струму.

10.3 Основні захисні заходи

Всі заходи, пов'язані із забезпеченням безпеки експлуатації електроустановок, діляться на дві великі групи: організаційні та технічні. До організаційних заходів належать заходи, пов'язані з переодическим медичним контролем здоров'я персоналу і виявленням їхньої придатності до роботи на електроустановках.

Особи, обслуговуючі та експлуатують електроустановки, относяться до електротехнічному персоналу. Електротехнічний персонал повинен бути фізично здоровим, не мати каліцтв і хвороб, що перешкоджають чи заважають виконанню роботи. Придатність до обслуговування електроустановок визначається при прийомі на роботу і періодично 1 раз на 2 роки медичним оглядом. До робіт в електроустановках допускаються особи віком не молодше 18 років. Особи, що допускаються до робіт в електроустановках, повинні мати відповідну технічну підготовку. Після навчання проводиться перевірка знань правил техніки безпеки спеціальної кваліфікаційною комісією. Проверяемому присвоюється кваліфікаційна група з техніки безпеки і видається посвідчення, що дає право виконувати певні роботи в відповідно до займаної посади та кваліфікаційної групою. Всього виділяється п'ять кваліфікаційних груп з техніки безпеки (IV), а присвоюється тільки чотири (II-V). При роботі з даним приладом досить мати II кваліфікаційну групу.

До заходам технічного порядку слід віднести: недоступність струмоведучих частин, захисне заземлення, захисне занулення, захисне відключення. Недоступність струмоведучих частин для випадкового дотику забезпечується наступними способами: огородженням і розташуванням струмопровідних частин на недосяжній висоті або в недоступному місці, робоча ізоляція. Огородження в вигляді корпусів, кожухів, огорож виконуються суцільними або сітчастими; для доступу безпосередньо до електроустаткування або струмоведучих частин останнього (при огляді або ремонті) в огорожах передбачаються відкриваються: кришки, дверцята, двері і т.д.. ці частини закриваються спеціальними запорами або забезпечуються блокуваннями. Блокування за принципом дії бувають електричні та механічні. Розташування струмоведучих частин на недосяжній висоті або в недоступному місці забезпечує безпеку без огороджень. У ПУЕ вказані мінімальні відстані від неізольованих струмопровідних частин повітряних ліній електропередачі до землі в залежності від напруги, місцевості, але не менше 6 метрів. У вимірювальних приладах, радіопристроях, апаратурі автоматики та обчислювальній техніці застосовують блокові схеми. Окремі блоки встановлені в Загалом, корпусі, з'єднані один з іншим і з блоком живлення штепсільним роз'ємами. При висуванні блоку штепсільний раз'м розмикається і блок автоматично відключається від живильної мережі.

Захисне заземлення - це навмисне електричне з'єднання з землею або її еквівалентом металевих неструмоведучих чатей, які можуть опинитися під напругою. Захисна дія заземлення заснована на зниженні напруги дотику при переході напруги на неструмоведучих частини, що достігаеться зменшення потенціалу корпусу щодо землі як за рахунок малого сопративления заземлення, так і за рахунок підвищення потенціалу примикає до устаткуванню поверхні землі.

Область застосування. Згідно ПУЕ при напрузі 380 В і вище змінного і 440 В і вище постійного струму електроустановки підлягають заземленню у всіх випадках, Rзаземл. = 4 Ом. Крім того, необхідно заземлювати корпуси електрообладнання, установленого в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і в зовнішніх установках з номінальною напругою вище 42 В змінного струму і 110 В постійного струму, а також встановленого у вибухонебезпечних приміщеннях при всіх напругах змінного і постійного струму.

Захисне заземлення є ефективною мірою захисту при живленні обладнання від трифазних мереж напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю і трифазних мереж вище 1000 В з будь-яким режимом нейтралі.

Розрахунок заземлення. Мета розрахунку заземлення - визначити число і довжину вертикальних елементів, довжину горизонтальних елементів (з'єднувальних шин) і розмістити заземлювач на плані електроустановки, виходячи з регламентованих Правилами значень допустимих опору заземлення, напруги дотику і кроку, максимального потенціалу заземлювача або всіх зазначених величин.

Розрахунок простих заземлювачів виробляється в наступному порядку:

- визначаються розрахунковий струм замикання на землю і норма на опір заземлення (за ПУЕ) в залежності від напруги, режиму нейтралі, потужності та інших даних електроустановки;

- визначається розрахункове питомий опір грунту з урахуванням кліматичного коефіцієнта.

10.4 Розробка захисних елементів конструкції джерела

Згідно ГОСТ 12.2.007.11-75 конструкція джерела повинна задовольняти наступним вимогам:

- перетворювач повинен витримувати механічні навантаження при його транспортуванні, монтажі і експлуатації;

- конструкція перетворювача повинна виключати порушення його працездатності агресивними парами і пилом, утворюються при нагріванні електроліту;

- складові частини перетворювача повинні бути розміщені так, щоб при максимальній температурі навколишнього середовища 40 В° С і при нормальній експлуатації їх температура на перевищувала допустимої;

- джерела високої напруги, що складаються з трансформаторів і випрямлячів, повинні бути стійкі до коротких замикань, і в...итримувати мінливу навантаження;

- забезпечує безперешкодне проходження охолоджуючого віз-духу через силові елементи пристрою для кращого їх охолодження;

- при замиканні кожного з модулів або їх перевантаження за струмом забезпечується відключення від мережі або зняття управління з силової частини при перевантаженні в безпечному для інвертора режимі;

Пристрої повинно бути виконане а вигляді металевого каркаса, встановленої в ньому друкованої платою на якій розташовані електронні компоненти магнітні елементи і радіатор. Каркас зверху закритий металевим кожухом. Для поліпшення тепловідводу в нижній і бічних частинах корпусу передбачені вентиляційні отвори.

Підключення до заземлювального влаштуванню проводитися за допомогою клеми "Земля" знаходиться на задній панелі пристрою. Згідно ГОСТ 12.2.007.72-83 в електроустановках з напругою до 1000В опір заземлюючого пристрою повинен бути не більше 4-х Ом. Опір ізоляції в пристрої не повинно бути менше 0.5 МОм.

10.5 Розробка інструкції з охорони праці

10.5.1 Загальні вимоги

Технічна експлуатація електроустановок передбачає планово-попереджувальний ремонт. Профілактика, ремонт і налагодження пристрою повинна проводитися в спеціально обладнаних майстернях.

Перед включенням пристрою в живильну мережу необхідно

переконатися в:

- під'єднання заземлення;

- відсутності механічних пошкоджень корпусу;

- справному стан кабелів живлення і роз'ємів, кабелів

підключення навантаження і їх роз'ємів;

- відповідність навантаження номінальної потужності пристрою;

- справності запобіжних елементів.

Забороняється:

- проводити розтин корпусу і зняття захисних кожухів при

включеному харчуванні пристрою;

- перевіряти руками рівень нагріву елементів схеми;

- проводити ремонт і наладку при знятих захисних кожухах і

включеному пристрої.

При виявлення ознак пожежі (диму, запаху обгорає ізоляції і т.п.) або безпосереднього загоряння необхідно:

- забезпечити повну знеструмленими всій електроустановки;

- вжити заходів до гасіння виниклого загоряння, застосовуючи вугле-кислотні вогнегасники.

До обслуговуючому персоналу:

- до роботи з приладом та його ремонту допускаються кваліфіковані працівники, які знають правила техніки безпеки при роботі з напругою до 1000 В, ознайомлені з технічним описом на перетворювач і має допуск;

- обслуговування установки повинен здійснювати електротехнології-чний персонал, що має достатні навички та знання для безпечного виконання робіт з технічного обслуговування;

- працівники з електротехнічного персоналу, не досягли 18-ти річного віку, до роботи в електроустановках не допускаються. Працівники з електротехнічного персоналу не повинні мати каліцтв і хвороб (Стійкою форми), що заважають виробничій роботі;

- електротермічні установки повинен обслуговувати електротехноло-гічний персонал пройшов медичний огляд. Група по електробезпеки електротехнічного та електротехнологічного персоналу присвоюється відповідно до правил;

- температура нагріву шин і контактних з'єднань, щільність струму в провідниках вторинних тоководов в електротермічних установок повинні періодично контролюватися в терміни, обумовлені місцевими матеріалу.

Якщо

Якщо За відсутності

Під

Висновок

Розроблена
Список використаних джерел

1 с. 306

2 200 з.

4 Семенов В.Д. Вип. 2. с.

5 - 327 с.

9 2004. № 2.

11 В.С. В.А. - Томськ. Держ. - 64 с.

Вернуться назад