Блок управления стабилизатора пременного напряжения

   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. 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  

 

       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.

       - Необходимо стремиться к сокращению номенклатуры, элементов, деталей, сборочных единиц в каждом изделии.

       - При конструировании изделий РЭА я добивался максимальной простоты изделия.

       - Конструкция должна быть технологична. 
 

       2.2 Описание конструкции изделия 
 

       В основу разработки современной РЭА  положен модульный принцип конструирования, основывающийся на функционально-узловом методе проектирования.

       В курсовом проекте разрабатывается  конструкция первого уровня.