Введение
Темой данного курсового проекта является разработка «Проектирование конструкции блока управления стабилизатора переменного напряжения».
Общеизвестно, что к преждевременному выводу из строя электрооборудования часто приводят периодические скачки напряжения, происходящие по различным причинам, например, в связи с авариями на подстанциях и линиях электропередач, использованием устаревших трансформаторов и проводов. Современная бытовая электроника допускает отклонения параметров электропитания не более чем на 10% от номинала, но даже в крупных городах электросети не всегда гарантируют выполнение этих требований. Из-за этого бытовые электроприборы начинают работать нестабильно, ухудшаются их потребительские характеристики, возможны даже серьезные поломки.
Хотя импульсные блоки питания, используемые в современной аппаратуре, могут работать в широком диапазоне входных напряжений, резкие скачки напряжения в питающей электросети могут вывести их из строя, а длительная работа при завышенном напряжении питания приводит к перегреву и преждевременному износу их компонентов. Продлить срок их службы позволяет применение стабилизаторов напряжения.
Стабилизаторы напряжения могут применяться для защиты различных устройств и оборудования - от телевизора или холодильника до загородного дома, коттеджа, медицинского центра или промышленного оборудования. Выбор конкретной модели стабилизатора зависит от многих критериев - потребляемой мощности и рабочего диапазона напряжения электропитания защищаемого оборудования, наличия в его составе электродвигателей с большими пусковыми токами, климатических условий, и т.п.
Стабилизаторы напряжения предназначены для решения следующих основных задач:
- обеспечения качественного электропитания оборудования в условиях нестабильного или некондиционного (завышенного или заниженного) напряжения электросети;
- защиты оборудования и приборов от выхода из строя при резких перепадах напряжения, чрезмерно низком либо высоком напряжении;
- защиты нагрузки от индустриальных и атмосферных импульсных помех, распространяемых по сети питания;
- защиты электросети от перегрузки и короткого замыкания.
На сегодняшний день стабилизаторы переменного напряжения являются полностью автоматическими устройствами и используются как стабилизаторы в частных загородных домах, квартирах, коттеджах и офисах.
В предлагаемом устройстве для питания всех микросхем применены интегральные стабилизаторы, улучшающие работу всего устройства.
1 Анализ технического задания
1.1 Основные характеристики
В данном курсовом проекте разработана схема блока управления стабилизатора переменного напряжения:
Технические характеристики:
Электрические:
- входное напряжение – 20 В;
- потребляемый ток - 1,5 А.
Эксплуатационные:
- условия эксплуатации: нормальные, установка стационарная.
Конструктивные:
Конструкция с применением печатного монтажа, элементная база 2 – 3 поколения.
Устройство применяется: для декоративного освещения фасадов зданий, офисов, террас и других подобных объектов.
1.2 Описание электрической принципиальной схемы и принцип ее
работы.
Узел измерения напряжения сети выполнен на ОУ DA1, напряжение изменяется от 1,9 до 3,8 В ступенями, приблизительно по 0,27 В с частотой около 30 кГц. Для повышения стабильности этого напряжения микросхема DD1 получает питание от отдельного стабилизатора DA2. Выходное напряжение этого стабилизатора 3,8 В задают резисторы R8 и R10. Такое напряжение выбрано, чтобы обеспечить корректную работу компаратора на ОУ DA1.2, питающегося от напряжения 5 В. Несмотря на то что выходное напряжение ОУ LM358N приблизительно на 1,5 В меньше напряжения питания, оно вполне достаточно для нормальной работы регистров счетчика DD2.
В каждом цикле измерения напряжения сети компаратор на ОУ DA1.2 сравнивает напряжение с движка подстроечного резистора R7 с нарастающим ступенчатым напряжением. Компаратор DA1.2 срабатывает, сигнал низкого уровня на его выходе открывает диод VD4 и останавливает счетчик DD1. Код напряжения сети записывается в регистры микросхемы DD2 импульсом, который формирует дифференцирующая цепь R16C7. Момент записи кода синхронизирован с переходом напряжения сети через ноль, что предотвращает выход из строя мощных симисторов и обеспечивает низкий уровень коммутационных помех. Через 1…2 мс отрицательный перепад напряжения на выходе ОУ DA1.1 через дифференцирующую цепь R11C5 кратковременно откроет транзистор VT1 и обнулит счетчик DD1, чтобы подготовить его к следующему циклу измерения напряжения.
Если напряжение сети находится в допустимых пределах 135…270 В, его двоичный код – от 001 до 111. На одном из выходов дешифратора DD3 появляется сигнал низкого уровня, вызывающий протекание тока через один из индикоторных светодиодов (HL2-HL8), соединенный с ним соответствующий излучающий диод оптрона и резистор R18. В результате нагрузка подключается к соответствующему отводу мощного автотрансформатора. Поскольку выходы микросхемы КР1533ИД3 дишифратора допускают втекающий ток до 20 мА, светодиоды и излучающие диоды оптронов подключены непоследственно к ним.
Свечение светодиода HL1 «Авария» информирует о выходе амплитуды напряжения сети за допустимые пределы. В случае уменьшения напряжения сети ниже 135 В, в регистры счетчика DD2 записывается код 000, что вызывает появление низкого уровня на выходе переноса P и протекание тока по цепи эмиттерный переход транзистора VT2, резистор R17, светодиод HL1 «Авария». В результате открыаются транзистор VT2, конденсатор C10 быстро разряжается через открытый транзистор, работа дешифратора DD3 блокируется. Это означает, что ни через один из излучающих дидов оптронов ток не протекает, в результате чего на один мощный симистор не может быть открыт, нагрузка отключается.
После возвращения напряжения сети в пределы 135…270 В включение нагрузки возможно только по истечении примерно 5 с (время зарядки конденсатора C10 через резистор R19).
Подбором резистора R8 устанавливают напряжение 3,8 В на выходе интегрального стабилизатора DA2. Подстройкой резистора R7 добиваются того, чтобы напряжение на его движке возрастало от 1,9 до 3,8 В при увеличении напряжения сети от 135 до 270 В.
2 Выбор и обоснование конструкции изделия
2.1 Конструктивно-технологические требования
2.1.1 Краткие теоретические сведения
При разработке конструкции изделия полностью удовлетворяющей поставленным требованиям, согласно технического задания учитываются:
1- функциональное назначение изделия;
2- объект установки изделия РЭА;
3- условия эксплуатации и эксплуатационные требования;
4- производственно-технологические требования;
5- экономические показатели;
6- надежность;
7- преимущества и недостатки конструкции РЭА.
С конструкторской точки зрения наиболее удобной является классификация по функциональному назначению, применению и объекту установки.
Различают три класса РЭА по объекту установки: бортовая; морская;
наземная.
В каждом классе различают специализированные группы в зависимости от объекта установки. Конструкция РЭА различного назначения, устанавливаемой на различные объекты, имеет особенности, вытекающие из специфики назначений и условий эксплуатации.
При конструировании радиоаппаратуры пользуются классификацией, приведенной в таблице 2.1.
Таблица 2.1
| Класс РЭА | Группа аппаратуры |
| Бортовая | Самолетная (вертолетная); ракетная; космическая |
| Морская | Судовая (корабельная); буйковая |
| Наземная | Возимая;носимая;переносная; бытовая;стационарная |
Краткая характеристика требований к конструированию трёх классов РЭА.
Бортовая РЭА - это аппаратура, устанавливаемая на летательных объектах.
Основными задачами при конструировании такой РЭА следует считать:
- уменьшение массы, габаритов;
- необходимость работы РЭА в условиях пониженного атмосферного давления;
-необходимость защиты РЭА от сложных механических воздействий (вибрационных и ударных нагрузок).
Морская РЭА - характеризуется следующими условиями:
- морская среда требует разработки аппаратуры в тропическом исполнении;
- коррозийная стойкость;
- плесенестойкость;
- влагозащищенность;
- брызгозащищенность;
- ударные перегрузки;
- линейные ускорения.
Ударные перегрузки характерны для любой морской РЭА и возникают при ударах волн, а линейные перегрузки возникают при качке.
Наземная РЭА наиболее обширна и разнообразна. Общей задачей конструирования наземной РЭА является защита от вибраций и ударов, от пыли в условиях нормального атмосферного давления.
Внешние факторы, влияющие на работоспособность аппаратуры, можно классифицировать на 2 вида:
- климатические воздействия;
- механические воздействия.
Для оценки величины каждого воздействующего фактора его сравнивают с нормальными условиями эксплуатации.
Под нормальными условиями эксплуатации понимают условия работы в закрытых отапливаемых помещениях при отсутствии в воздухе паров, газов, солей, кислот и микроорганизмов при температуре (25 ± 5°)С, относительной влажностью (65 ±15)%, атмосферном давлении (8,36 ... 10,6) 104 Па (630...800 мм.рт.ст.), при отсутствии механических воздействий.
2.1.2 Конструктивно-технологические требования
При конструировании изделий радиоаппаратуры следует руководствоваться следующими требованиями:
- В конструкции максимально использованы стандартизованные и нормализованные элементы, детали, сборочные единицы.
Выполнение этого требования дает экономический эффект, так как не тратятся средства на разработку конструкции изделий, проектирования техпроцесса и изготовления, специальной оснастки и оборудования. А также позволяет сократить сроки подготовки производства изделий РЭА. Эти изделия изготавливаются специализированной промышленностью, где производство изделий РЭА отлажено, механизировано и экономически выгодно.