Назначение и общие характеристики устройства

Введение

При включении в сеть бытовых электроприборов на экране телевизоров и мониторов компьютеров иногда просматриваются импульсные помехи, снижающие ка­чество и устойчивость изображения.

Импульсные помехи, возникающие в момент замы­кания контактов пусковых реле или выключателей элек­тродвигателей, амплитудой в несколько тысяч вольт, при пятикратным пусковым токе длительностью в не­сколько миллисекунд, беспрепятственно проникают в цепи питания радиоэлектронной аппаратуры, выводя их из строя. Входные фильтры бытовой радиоэлектро­ники не всегда могут защитить электронные компонен­ты радиоаппаратуры.

В продаже имеются специальные ограничители, ос­нащенные схемой защиты от импульсных помех, но и они не всегда успешно защищают бытовую радиоэлек­тронику от проникновения импульсных помех и пере­напряжений.

Желательно создать препятствие для выхода им­пульсных перенапряжений из бытовых электроприбо­ров, оснащенных мощными электродвигателями. При пониженном, в момент запуска электродвигателя, се­тевом напряжении пусковой ток нагрузки снизится до рабочего состояния, что предотвратит возникновение радиопомех и перенапряжений в электросети.

Убавить пусковой ток можно несколькими метода­ми: понизить мощность нагрузки, уменьшить напряже­ние на контактах пускового реле в момент размыка­ния, или выполнить начальный разгон оборотов элект­родвигателя током меньше пускового, перевести его из статического в динамический режим — уровень помех будет незначитель­ным.

 

1 Анализ технического задания

Назначение и общие характеристики устройства

Устройство защиты от помех пусковых токов предназначено для уменьшения воздействия импульсных помех на радиоаппаратуру.

 

Характеристики устройства:

- напряжение электросети, В___________________ 190…230;

- мощность нагрузки, Вт___________________________1000;

- время пуска, мс________________________________5…30;

- потребляемая мощность, Вт________________________10;

- уровень помех, %__________________________________5;

- амплитуда помех максимальная, В___________________50;

- напряжение на нагрузке, В____________________210…220.

 

Требования по устойчивости к внешним воздействиям

 

Условия эксплуатации для устройства защиты от помех пусковых токов:

- рабочая температура_______________0…+30 °С;

- влажность__________________________60-70%;

- частота воздействующих вибраций_______50 Гц;

- вероятность безотказной работы­­­____не менее 0,9.

 

Устройство должно соответствовать требованиям ГОСТ15150-69 и ГОСТ 22261-94.

Исходя из задания на курсовой проект устройство защиты от помех должно быть выполнено для климати­ческого исполнения УХЛ 2.1 согласно ГОСТ15150-69 и нормально функциони­ровать при следующих климатических условиях:

- верхнее значение температуры окружающей среды +50°С;

- нижнее значение температуры окружающей среды -60°С;

- относительная влажность воздуха 70% при температуре +15°С.

Предельно допустимые условия эксплуатации изделия должны со­ответствовать:

- верхнее значение температуры окружающей среды +50°С;

- нижнее значение температуры окружающей среды -70°С;

- относительная влажность воздуха 98% при температуре +25°С;

- атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.).

В соответствии с ГОСТ 22261-94 проектируемое устройство относится к 6 группе

ГОСТ 22261-94 для изделий 6 группы устанавливает следующие предельные условия:

- атмосферное давление, мм.рт.ст. – 460…800;

- рабочие условия применения (механические воздействия):

а) частота вибраций, Гц – 10…150;

б) максимальное ускорение, м/с² – 250;

в) число ударов в минуту – 10…50;

- предельные условия транспортирования:

а) число ударов в минуту - 80-120;

б) максимально ускорение, м/с² – 30;

в) продолжительность воздействия, ч – 2.

 

Требования к надежности

 

Время наработки на отказ должно быть не менее 10 000 ч.

 

 

Анализ схемы электрической принципиальной

Схема состоит из входного и выходного сетевых фильт­ров, состоящих из LC-цепей, ограничителя импульсных пе­ренапряжений на светодиоде HL2, программируемом тай­мере пуска электродвигателя DA1 и ключевом регуляторе тока на тиристоре VS1. Устройство работает в автоматичес­ком режиме.

Таймер включается только в момент появления нагрузки на выводах ХЗ, Х4. Падение сетевого напряжения на диод­ном мосте VD1 включит в работу трансформатор Т1, вып­рямленное диодным мостом VD2 вторичное напряжение по­ступит через ограничительный резистор R 4 на питание тай­мера DA1.Стабилитрон VD3 поддерживает напряжение на уровне 13 В.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения установлен конденсатор С5, светодиод HL1 указывают на наличие питающего напряжения.

Питание цепей оптопары U1 выполнено нестабилизированным напряжением непосредственно с диодного моста VD2.

Работой всего устройства управляет программируемый таймер на микросхеме DA1 типа NE555P, назначение его: генерирование прямоугольных импульсов управления клю­чевым устройством на тиристоре VS1, включение устрой­ства с задержкой времени от начала замыкания контак­тов пускового реле нагрузки и подача напряжения по экс­поненте с повышением до номинального значения, стаби­лизация напряжения на нагрузке. Резистором R15 уста­навливается при необходимости скважность импульса, а R12 — время задержки включения.

Генератор прямоугольных импульсов, созданный на таймере DA1, выдает прямоугольные импульсы с изменя­емой скважностью в зависимости от номиналов RC-цепи: R14, R15, С8.

Конденсатор С7, подключенный к выводу 4 DA1 — сбро­са таймера, позволяет через 5…30 мс поднять напряже­ние на нагрузке, через ключевой транзисторVT1, по экс­поненте, до номинального значения, управляя через тиристорную оптопару U1, углом отпирания силового тиристо­ра VS1. Плавный рост напряжения от нулевого до макси­мального значения устраняет возможность создания на контактах пускового реле нагрузки электро-дуги с после­дующими радиопомехами и перенапряжениями в элект­росети.

В то же время происходит сброс напряжения на выхо­де 3 DA1 в нулевое состояние, независимо от состояния других выходов.

Повышение напряжения ошибки, созданной при повы­шении входного сетевого напряжения на вторичной обмот­ке трансформатора Т1, приводит к открытию транзистора VT2 — обратной связи, напряжение на выводе 5 DA1 — мо­дификации схемы таймера уменьшается, что повлияет на скважность. Частота импульсов на выходе 3 DA1 возрас­тет из-за уменьшения время паузы в цикле импульсного напряжения генератора.

Напряжение на нагрузке несколько снизится, что ком­пенсирует повышение входного сетевого напряжения.

Провалы сетевого напряжения длительностью менее 5 мс не повлияют на работу цепей стабилизации.

Для создания начального напряжения в цепях нагруз­ки транзистор VT1 — ключевого регулятора напряжения, открывает тиристор VS1 не с нулевого уровня, а с больше­го значения, определяемого значением сопротивления ре­зистором R9 — смещения напряжения базы.

В силовой цепи питания нагрузки установлен сетевой фильтр, состоящий из индуктивностей L1, L2 и конденса­торов С1, С2, СЗ, С6 для ограничения импульсных помех преобразования от проникновения в сеть, их частичного гашения и снятия импульсных перенапряжений. Фильтр на­грузки представляет собой трансформатор Т2 со встреч­но- параллельными обмотками и конденсатором Сб. Пре­дохранители FU1, FU2 защищают линию электросети от случайных коротких замыканий в нагрузке. Конденсатор С4 устраняет помехи от переключений ди­одов моста VD1.

Резистор R1 параллельной цепи сетевого диодного мо­ста VD1 облегчает переключение тиристора VS1 под на­грузкой.

Ограничение импульсных перенапряжений происходит при разрядке импульсной помехи через двух полярный светодиод HL2 на резистор R16. Лабораторные исследова­ния показали, что импульсные перенапряжения величиной в 1500…2000 В, длительностью несколько миллисекунд, сни­жаются в 30…40 раз, при использовании такой защиты.

Выбор и обоснование комплектующих элементов и материалов конструкции

Выбор способа монтажа

Монтаж печатных плат состоит из двух этапов:

- установки компонентов (конденсаторы, светодиодные индикаторы, батарейные отсеки элементов питания, кнопки и др.) на подложке;

- пайки этих компонентов к печатной плате, в том числе и с использованием технологии поверхностного монтажа.

На самом деле все операции монтажа элементов на печатную плату значительно более сложны. Многоэтапные процессы обеспечивают универсальность установки компонентов и позволяют включать в процесс монтажа печатных плат различные типы компонентов, широкий спектр материалов и конфигураций подложек, а также быстро адаптироваться к часто меняющимся объемам производства электронных узлов и блоков в целях удовлетворения требований к уровню брака и надежности. Более точный, хотя и сравнительно общий перечень этапов монтажа печатных плат можно представить в следующем виде:

1) Подготовка поверхностей компонентов и подложки для пайки.

2) Нанесение флюса и припоя.

3) Расплавление припоя для создания паянных соединений.

4) Последующая отмывка паянных соединений.

5) Проверка и испытания.

Некоторые из этих этапов могут быть либо объединены, либо опущены в зависимости от конкретной сборочной линии.

Технологии монтажа печатных плат можно подразделить на следующие три вида, которые названы в соответствии с типами компонентов, устанавливаемых на плату:

- технология монтажа в сквозные отверстия;

- технология поверхностного монтажа (SMD – технология);

- смешанная технология монтажа печатных плат, которая представляет собой сочетание технологии монтажа в сквозные отверстия и поверхностного монтажа на одной плате.

Технология сквозных отверстий является единственным способом монтажа некоторых компонентов печатных плат, особенно крупных устройств, таких как трансформаторы, фильтры и силовые компоненты, которые требуют дополнительной механической поддержки, а она может быть создана только посредством создания межсоединений через сквозные отверстия.

Конструирование печатных плат осуществляется следующими методами:

- ручным;

- полуавтоматизированным;

- автоматизированным.

При ручном методе конструирования размещение навесных элементов и разработка проводящего рисунка осуществляются вручную.

Полуавтоматизированный метод конструирования может включать размещение навесных элементов с помощью ЭВМ и разработку проводящего рисунка печатной платы ручным методом, или размещение навесных элементов ручным методом и разработку проводящего рисунка с помощью ЭВМ.

Автоматизированный метод предполагает размещение навесных компонентов и разработку проводящего рисунка с помощью ЭВМ.

В разрабатываемом приборе используется технология монтажа в сквозные отверстия, т.к. в схеме фотореле отсутствуют SMD- элементы, для установки которых используется технология поверхностного монтажа.

 

 

Технологический раздел

Введение

При включении в сеть бытовых электроприборов на экране телевизоров и мониторов компьютеров иногда просматриваются импульсные помехи, снижающие ка­чество и устойчивость изображения.

Импульсные помехи, возникающие в момент замы­кания контактов пусковых реле или выключателей элек­тродвигателей, амплитудой в несколько тысяч вольт, при пятикратным пусковым токе длительностью в не­сколько миллисекунд, беспрепятственно проникают в цепи питания радиоэлектронной аппаратуры, выводя их из строя. Входные фильтры бытовой радиоэлектро­ники не всегда могут защитить электронные компонен­ты радиоаппаратуры.

В продаже имеются специальные ограничители, ос­нащенные схемой защиты от импульсных помех, но и они не всегда успешно защищают бытовую радиоэлек­тронику от проникновения импульсных помех и пере­напряжений.

Желательно создать препятствие для выхода им­пульсных перенапряжений из бытовых электроприбо­ров, оснащенных мощными электродвигателями. При пониженном, в момент запуска электродвигателя, се­тевом напряжении пусковой ток нагрузки снизится до рабочего состояния, что предотвратит возникновение радиопомех и перенапряжений в электросети.

Убавить пусковой ток можно несколькими метода­ми: понизить мощность нагрузки, уменьшить напряже­ние на контактах пускового реле в момент размыка­ния, или выполнить начальный разгон оборотов элект­родвигателя током меньше пускового, перевести его из статического в динамический режим — уровень помех будет незначитель­ным.

 

1 Анализ технического задания

Назначение и общие характеристики устройства

Устройство защиты от помех пусковых токов предназначено для уменьшения воздействия импульсных помех на радиоаппаратуру.

 

Характеристики устройства:

- напряжение электросети, В___________________ 190…230;

- мощность нагрузки, Вт___________________________1000;

- время пуска, мс________________________________5…30;

- потребляемая мощность, Вт________________________10;

- уровень помех, %__________________________________5;

- амплитуда помех максимальная, В___________________50;

- напряжение на нагрузке, В____________________210…220.

 

Требования по устойчивости к внешним воздействиям

 

Условия эксплуатации для устройства защиты от помех пусковых токов:

- рабочая температура_______________0…+30 °С;

- влажность__________________________60-70%;

- частота воздействующих вибраций_______50 Гц;

- вероятность безотказной работы­­­____не менее 0,9.

 

Устройство должно соответствовать требованиям ГОСТ15150-69 и ГОСТ 22261-94.

Исходя из задания на курсовой проект устройство защиты от помех должно быть выполнено для климати­ческого исполнения УХЛ 2.1 согласно ГОСТ15150-69 и нормально функциони­ровать при следующих климатических условиях:

- верхнее значение температуры окружающей среды +50°С;

- нижнее значение температуры окружающей среды -60°С;

- относительная влажность воздуха 70% при температуре +15°С.

Предельно допустимые условия эксплуатации изделия должны со­ответствовать:

- верхнее значение температуры окружающей среды +50°С;

- нижнее значение температуры окружающей среды -70°С;

- относительная влажность воздуха 98% при температуре +25°С;

- атмосферное давление от 84,0 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.).

В соответствии с ГОСТ 22261-94 проектируемое устройство относится к 6 группе

ГОСТ 22261-94 для изделий 6 группы устанавливает следующие предельные условия:

- атмосферное давление, мм.рт.ст. – 460…800;

- рабочие условия применения (механические воздействия):

а) частота вибраций, Гц – 10…150;

б) максимальное ускорение, м/с² – 250;

в) число ударов в минуту – 10…50;

- предельные условия транспортирования:

а) число ударов в минуту - 80-120;

б) максимально ускорение, м/с² – 30;

в) продолжительность воздействия, ч – 2.

 

Требования к надежности

 

Время наработки на отказ должно быть не менее 10 000 ч.