Разработка конструкции и технологии изготовления регулируемого высоковольтного источника питания.

Содержание
Введение
Обзор статей, литературных источников, уже существующих объектов
1.Специальная часть проекта
1.1. Анализ технического задания
1.2. Разработка конструкции ячейки
1.2.1. Разработка структурной схемы
1.2.2 Разработка принципиальной схемы и выбор элементов
1.2.3. Разработка топологии печатной платы и конструкции изделия
1.3.1. Расчёт тепловых выделений
1.4. Разработка технологического процесса изготовления устройства
1.5. Расчёт трудоёмкости, количества рабочих мест, программы выпуска
2. Раздел экономики и организации производства
2.1. Расчёт себестоимости разработки и единицы изделия
2.3. Выводы по разделу
3. Раздел промышленной экологии и безопасности производства
3.1. Безопасность производства
3.1.1. Идентификация опасных и вредных факторов при разработке и изготовлении устройства
3.1.2. Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов при разработке и изготовлении устройства
3.1.2.1. Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов при работе с ПЭВМ
3.1.2.2. Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов при пайке
3.1.2.3. Правила безопасности при обслуживании электрооборудования
3.2. Устойчивость производства в чрезвычайных ситуациях
3.2.1. Анализ возможных чрезвычайных ситуаций при разработке и изготовлении устройства
3.2.2 Разработка мер защиты при чрезвычайных ситуациях
3.2.3 Разработка мер пожарной безопасности
3.3. Промышленная экология
3.3.1. Оценка факторов загрязнения окружающей среды при разработке и изготовлении устройства
3.3.2. Разработка мер охраны окружающей среды
3.4. Выводы по разделу
Заключение
Список литературы

При  устройстве  отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп. В светильниках местного освещения допускается применение ламп  накаливания,  в   том числе галогенные. Для освещения помещений с ПЭВМ следует применять светильники с зеркальными параболическими решетками, укомплектованными электронными пуско-регулирующими  аппаратами  (ЭПРА).  Допускается  использование многоламповых светильников  с  электромагнитными  пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА), состоящими из равного числа опережающих и отстающих ветвей. Применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается. При отсутствии светильников с ЭПРА лампы многоламповых светильников или рядом расположенные светильники общего освещения следует включать на разные фазы трехфазной сети.
Общее освещение при использовании люминесцентных светильников следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от  рабочих  мест,  параллельно   линии зрения пользователя при рядном расположении видеодисплейных  терминалов. При периметральном расположении компьютеров  линии  светильников  должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору. При этом коэффициент запаса (Кз) для осветительных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4; коэффициент пульсации не должен превышать 5%.
3.1.2.2. Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов при пайке
Для обеспечения безопасности при пайке нужно соблюдать следующие требования:
Содержать рабочее место в чистоте, не допускать его загромождения.
При выполнении работ соблюдать принятую технологию пайки изделий.
Паяльник, находящийся в рабочем состоянии, устанавливать в зоне действия местной вытяжной вентиляции.
Паяльник на рабочих местах устанавливать на огнезащитные подставки, исключающие его падение.
Нагретые в процессе работы изделия и технологическую оснастку размещать в местах, оборудованных вытяжной вентиляцией.
При пайке крупногабаритных изделий применять паяльник со встроенным отсосом.
Для перемещения изделий применять специальные инструменты (пинцеты, клещи или другие инструменты), обеспечивающие безопасность при пайке.
Сборку, фиксацию, поджатие соединяемых элементов, нанесение припоя, флюса и других материалов на сборочные детали проводить с использованием специальных приспособлений или инструментов, указанных в технологической документации.
Излишки припоя и флюса с жала паяльника снимать с применением материалов, указанных в технологической документации (хлопчатобумажные салфетки, асбест и другие).
Пайку паяльником в замкнутых объемах проводить не менее чем двумя работниками. Для осуществления контроля безопасного проведения работ один из работников должен находиться вне замкнутого объема. Работник, находящийся в замкнутом объеме, кроме спецодежды должен применять: защитные каски (полиэтиленовые, текстолитовые или винипластовые), электрозащитные средства (диэлектрические перчатки, галоши, коврики) и предохранительный пояс с канатом, конец которого должен находиться у наблюдающего вне замкнутого объема.
Пайку паяльником в замкнутых объемах проводить паяльником с напряжением не выше 12 В и при непрерывной работе местной приточной и вытяжной вентиляции.
Пайку малогабаритных изделий в виде штепсельных разъемов, наконечников, клемм и других аналогичных изделий производить, закрепляя их в специальных приспособлениях, указанных в технологической документации (зажимы, струбцины и другие приспособления).
Во избежание ожогов расплавленным припоем при распайке не выдергивать резко с большим усилием паяемые провода.
Паяльник переносить за корпус, а не за провод или рабочую часть. При перерывах в работе паяльник отключать от электросети.
При нанесении флюсов на соединяемые места пользоваться кисточкой или фарфоровой лопаточкой.
При проверке результатов пайки не убирать изделие из активной зоны вытяжки до полного его остывания.
Изделия для пайки паяльником укладывать таким образом, чтобы они находились в устойчивом положении.
На участках пайки паяльником не производить прием и хранение пищи, а также курение.
3.1.2.3. Правила безопасности при обслуживании электрооборудования
Работы производимые на действующих электроустановках, в отношении мер безопасности, разбиваются на четыре категории:
а) выполняемые при полном снятии напряжения;
б) выполняемые с частичным снятием напряжением;
в) выполняемые без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением.
г) выполняемые без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением.
К работе при полном снятии напряжения относятся такие работы, которые производятся в электроустановке, где со всех токоведущих частей снято напряжение и где нет запретного входа в соседнюю электроустановку, находящуюся в напряжении.
К работе с частичным снятием напряжения относятся такие работы в электроустановке, где напряжение снято только с тех присоединений или участков их, на которых производится работа, или где напряжение полностью снято, но есть незапертый вход в соседнюю установку, находящуюся под напряжением.
К работам без снятия напряжения на токоведущих частей вблизи их относятся:
- работы, при которых необходимо принятие технических и организационных мероприятий (непрерывный надзор и другие), предотвращающих возможность приближения работающих людей и используемых ими ремонтной оснастки и инструмента к токоведущим частям на расстояние не менее 0,7 м (при напряжении до 15 кВ).
- работы на токоведущих частях, проводимые с помощью изолирующих средств и приспособлений.
К работам без снятия напряжения вдали от токоведущих частей находящихся под напряжением относятся работы, при которых исключено случайное приближение работающих людей и ремонтной оснастки и инструмента к токоведущим частям на опасное расстояние и требуется принятия организационно-технических мер (например, непрерывного надзора) для предотвращения такого приближения.
При выполнении работ по обслуживанию (эксплуатации и ремонту) действующих электроустановок возможны поражения электрическим током в результате:
- подачи напряжения к месту работы, вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;
- неправильного принятия рабочего положения при работе вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением;
- неисправности, неприменения или неправильного использования изолирующих защитных средств;
- случайного прикосновения к токоведущим частям или приближения к ним на расстояние менее установленных норм:
- прикосновение к незаземленным (незанулённым) корпусам;
- неисправности рабочего инструмента для работы в электроустановках;
- неправильного пользования приставными лестницами и лестницами-стремянками
- слабой производственной дисциплиной по исполнению указаний и распоряжений оперативного персонала и требований "Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" в объеме выполняемых работ.
Существует два вида поражения электрическим током; местная электрическая травма, когда возникает местное поражение организма (электрический ожог, электрический знак, металлизация кожи, механические повреждения, воспаление наружных оболочек глаз при ультрафиолетовом облучении от электрической дуги) и общая электрическая травма, так называемый электрический удар, когда происходит возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающиеся непроизвольным судорожным сокращениям мышц, потерей сознания, нарушением сердечной деятельности, дыхания или клинической смертью.
Обычно местные травмы излечиваются, и работоспособность пострадавшего восстанавливается полностью или частично.
Электрический удар (если человек не погибает) может вызвать серьёзные расстройства нервной и сердечно-сосудистой системы, которые появляются сразу за воздействием тока или через несколько часов, дней и даже месяцев.
К основным электрозащитным средствам, применяемым в электроустановках до 1000В относятся:
- изолирующие шланги;
- изолирующие электроизмерительные клещи;
- указатели напряжения;
- диэлектрические перчатки;
- слесарный и монтажный инструмент с изолирующими рукоятками (у отверток должен быть изолирован стержень).
К дополнительным электрозащитным средствам в электроустановках до 1000 В относятся:
- диэлектрические галоши;
- диэлектрические ковры;
- переносные заземления;
- изолирующие подставки и накладки;
- оградительные устройства;
- плакаты и знаки безопасности.
К основным электрозащитным средствам для работы в электроустановках до 1000 В относится:
- изолирующие шланги;
- изолирующие и электроизмерительные клещи;
- указатели напряжения;
- указатели напряжения фаз.
К дополнительным электрозащитным средствам, применяемым в электроустановках свыше 1000В относятся:
- диэлектрические перчатки;
- диэлектрические боты;
- диэлектрические ковры;
- изолирующие подставки и накладки;
- диэлектрические колпаки;
-переносные заземления;
- оградительные устройства;
- плакаты и знаки безопасности.
К правилам безопасности при обслуживании электрооборудования относятся:
1. Необходимо надеть спецодежду с опущенными и застегнутыми у кистей рук рукавами и головной убор.
2. Необходимо проверить срок годности и исправность основных дополнительных электрозащитных средств, применяемых в электроустановках до 1000 В и свыше 1000 В.
3. Подготовить комплект плакатов по технике безопасности, включающий:
- предупреждающие плакаты - ("СТОП, НАПРЯЖЕНИЕ", "НЕ ВЛЕЗАЙ-УБЪЕТ", "ИСПЫТАНИЕ, ОПАСНО ДЛЯ ЖИЗНИ");
- запрещающие плакаты - ("НЕ ВКЛЮЧАТЬ - РАБОТАЮТ ЛЮДИ", "НЕ ВКЛЮЧАТЬ - РАБОТА НА ЛИНИИ");
- предписывающие плакаты - ("РАБОТАТЬ ЗДЕСЬ", "ВЛЕЗАТЬ ЗДЕСЬ");
- указательные плакаты - ("ЗАЗЕМЛЕНО").
3.2. Устойчивость производства в чрезвычайных ситуациях
3.2.1. Анализ возможных чрезвычайных ситуаций при разработке и изготовлении устройства
Чрезвычайные ситуации возникают как правило в результате неисправности оборудования или несоблюдения техники безопасности. Источниками таких ситуаций при разработке и на производстве электронных изделий могут быть лабораторные источники питания, паяльное оборудование, другая электронная техника.
При разработке и изготовлении устройства могут иметь место следующие чрезвычайные ситуации:
Пожар.
Поражение электрическим током.
Отравление вредными веществами.
3.2.2 Разработка мер защиты при чрезвычайных ситуациях
В аварийных ситуациях необходимо:
При обнаружении неисправной работы паяльника отключить его от питающей электросети и известить об этом своего непосредственного или вышестоящего руководителя.
При травмировании, отравлении и внезапном заболевании работника оказать ему первую (доврачебную) помощь и, при необходимости, организовать доставку в учреждение здравоохранения.
При поражении электрическим током работника принять меры к скорейшему освобождению пострадавшего от действия тока.
При возникновении пожара:
- прекратить работу;
- отключить электрооборудование;
- сообщить непосредственному или вышестоящему руководителю о пожаре;
- сообщить о пожаре в пожарную охрану;
- принять по возможности меры по эвакуации работников, тушению пожара и сохранности материальных ценностей.
3.2.3 Разработка мер пожарной безопасности
Под пожарной безопасностью понимается состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а, в случае возникновения, предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.
Возможность возникновение пожара это одна из наиболее опасных чрезвычайных ситуаций. Пожар – это неконтролируемый процесс горения, который сопровождается уничтожением материальных ценностей и человеческими жертвами. Причинами пожара являются:
- неосторожное обращение с огнем;
- несоблюдение правил эксплуатации оборудования;
- самовозгорание веществ и материалов;
- разряды статического электричества;
- поджог;
- грозовые разряды.
Опасные факторы пожара:
- открытое пламя, искры;
- повышенная температура окружающих предметов;
- пониженная концентрация кислорода;
- повышенная концентрация отравляющих веществ;
- движущиеся части разрушающихся зданий и аппаратов.
Пожарная безопасность согласно ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования» должна обеспечиваться системой предотвращения пожара и системой пожарной защиты.
Системы предотвращения пожара и системы пожарной защиты разрабатываются для каждого конкретного объекта из расчета, что нормативная вероятность возникновения пожара или воздействие опасных пожарных факторов на людей принимается равной не более 10-6 в год в расчете на отдельный пожароопасный узел (элемент) данного объекта или в расчете на отдельного человека.
По своему смыслу вероятность 10-6 означает, что производственные здания и сооружения должны иметь такую противопожарную защиту, чтобы в среднем каждый человек, находящийся в них, подвергался риску воздействия опасных факторов не более 10-6 раз в год или, чтобы один человек из миллиона людей находящихся в здании подобного типа, подвергался воздействию опасных факторов пожара в течение одного года один раз.
Все действия по обеспечению пожарной безопасности, предпринимаемые в организации, в том числе по выполнению требований пожарной безопасности, относятся к мерам пожарной безопасности. На территории нашей страны действует «Федеральный закон о пожарной безопасности» от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ (с изменениями на 25 ноября 2009 года), который регулирует права и обязанности граждан в области пожарной безопасности, а также устанавливает основные требования государства к системе обеспечения пожарной безопасности в жилых и административных зданиях, а также на промышленных предприятиях.
Из Статьи 37 «Права и обязанности организаций в области пожарной безопасности» Федерального закона «О пожарной безопасности» следует что необходимо:
- соблюдать требования пожарной безопасности, а также выполнять предписания, постановления и иные законные требования должностных лиц пожарной охраны;
- разрабатывать и осуществлять меры по обеспечению пожарной безопасности;
- проводить противопожарную пропаганду, а также обучать своих работников мерам пожарной безопасности;
- включать в коллективный договор (соглашение) вопросы пожарной безопасности;
- содержать в исправном состоянии системы и средства противопожарной защиты, включая первичные средства тушения пожаров, не допускать их использование не по назначению.
Мероприятия пожарной профилактики разделяются на 2 группы:
1. Организационные – предусматривают правильную эксплуатацию машин и внутризаводского транспорта, правильное содержание зданий и территорий, противопожарный инструктаж рабочих и служащих.
2. Технические – соблюдение противопожарных правил, норм при проектировании зданий, правильное расположение первичных средств пожаротушения на предприятиях.
Таким образом, объекты, в том числе и производственные, должны иметь системы пожарной безопасности, направленные на предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара и их вторичных проявлений на требуемом уровне.
Предотвращение пожара должно достигаться предотвращением образования горючей среды и (или) предотвращением образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания. Это достигается:
- максимально возможным применением негорючих и трудногорючих веществ, материалов вместо пожароопасных;
- ограничением количества горючих веществ и их размещения;
- изоляцией горючей среды;
- предотвращением распространения пожара за пределы очага;
- применением средств пожаротушения;
- применением конструкций объектов с регламентированными пределами огнестойкости и горючести;
- эвакуацией людей;
- применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей (к индивидуальным относятся: специальная одежда и обувь, средства защиты рук, лица, глаз, органов слуха и так далее; к коллективным относятся различные оградительные устройства для изоляции систем привода агрегатов, для ограждения токоведущих частей, зон интенсивных излучений и так далее);
- применением средств пожарной сигнализации и средств извещения о пожаре (пожарные извещатели преобразуют неэлектрические физические величины (излучение тепловой и световой энергии, движение частей дыма) в электрические, которые в виде сигнала определенной формы направляются по проводам на приемную станцию);
- системой противодымной защиты;
- организацией пожарной охраны производственных объектов.
Возникновение пожара на производстве может быть вызвано причинами электрического характера (короткое замыкание, перегрузки оборудования, большое переходное сопротивление, повреждение изоляции силовых кабелей).
Для предотвращения пожаров при выполнении операции с электрооборудованием применяют автоматическую защиту электрической сети от перегрузок, которая обеспечивает отключение электрооборудование при возникновении в них опасно недопустимого уровня напряжения. В этих целях необходимо применять плавкие предохранители для защиты от токов короткого замыкания.
В случае загорания частей электрооборудования:
- огонь тушить двуокисью углерода (ОУ) огнетушитель углекислотный, предназначен для тушения загораний класса В (горение жидких веществ, не растворимых в воде), загораний на электроустановках, находящихся под напряжением до 10000В, а также электронной вычислительной техники.
- огнегасительные составы на основе ганоидиpованных углеводородов (применять углекислотные - бpомэтиловые ручные огнетушители ОИБ-7),
- порошковые огнетушители. ОП-2;
- установки воздушно-пенного тушения, предназначены для защиты технологического оборудования, кабельных туннелей, топливных насосов, компрессорных станций, помещений масляных закалочных ванн, испытательных стендов двигателей внутреннего сгорания, емкостей с горючими жидкостями, покрасочных и сушильных камер, помещений по производству, переработке и хранению каучука, резинотехнических изделий, ангаров, крупных автотранспортных предприятий. По принципу действия автоматические установки пенного пожаротушения подразделяются на сплинкленые и дренчерные.
Все эти средства находятся в специально отведенных и обозначенных местах. В случае возникновения пожара для его тушение применять углекислотные установки газового тушения. В качестве пожарной сигнализации применять дымовые извещатели РИД-1 и ультразвуковые извещатели Фикус-НП, которые являются составной частью приемной станции ТЛО-10/100.
В производственных помещениях должны быть планы эвакуации людей и материальных ценностей при пожаре. Раз в полгода специальная комиссия проводит «пожаробезопасность производственных помещений».
Предотвращение воздействия на людей опасных и вредных факторов, возникающих в результате взрыва, достигается системой взрывозащиты, которая обеспечивается:
– установлением минимально необходимых количеств взрывоопасных веществ, применяемых в производственном процессе;
– применение огнепреградителей, гидрозатворов, инертных газов и паровых завес и другой;
– применение оборудования, рассчитанного на давление взрыва;
– защитой аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления (клапаны и предохранительные мембраны).
3.3. Промышленная экология
3.3.1. Оценка факторов загрязнения окружающей среды при разработке и изготовлении устройства
Основным вредным воздействием на окружающую среду при производстве электронных изделий являются выбросы вредных веществ в атмосферу, в основном свинца, и утилизация отработавших электронных изделий, которая приводит к попаданию свинца в почву. Вообще, в электронной промышленности удельный вес применения свинца относительно мал - 0,5…7%, по данным различных источников, но вследствие стремительного роста отходов электронных систем, особенно бытовых, проблема избавления от свинца становится все острее.
В настоящее время свинец занимает первое место среди причин промышленных отравлений. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.
Свинец является металлом, оказывающим хорошо известное нейротоксическое воздействие. Нарушение процесса развития нервной системы детей является наиболее важным воздействием свинца. Эти нарушения могут объясняться его воздействием на эмбрионы, а также в период грудного вскармливания и в раннем детском возрасте.
Согласно статистическим данным, полученным при анализе машиностроительного производства, следующие вредные вещества: CO, HF, аэрозоли (свинец) в среднем на участке пайки и лужения выделяются в количесвтвах: в процессе пайки выделения до 0,04 мг на 100 паек, в процессе лужения (методом погружения в припой) до 500 мг/ч*м2 
3.3.2. Разработка мер охраны окружающей среды
Для предотвращения вредных свинцовых выбросов в атмосферу при пайке можно использовать очищающие фильтры. Также, в последнее время популярной является идея использования бессвинцового припоя.
Сегодня активно ведётся компания по внедрению бессвинцовой пайки в электронную промышленность во всём мире. Выдано множество патентов на сплавы различных составов для замены свинцовых припоев.
Вообще, бессвинцовая пайка ничем, кроме температуры, не отличается от традиционной Sn/Pb-технологии. Однако могут потребоваться некоторые изменения на определенных операциях техпроцесса. Новые типы припоев и флюсов могут повлиять на характеристики припойной пасты. Могут измениться такие свойства паст, как срок службы и хранения, текучесть, что потребует изменения конструкции ракеля и режимов оплавления.При воздействии повышенной температуры пайки может произойти вспучивание корпусов ИС, растрескивание кристаллов, нарушение функционирования схем.
3.4. Выводы по разделу
Таким образом, было установлено, что при разработке изделия основным источником вредных и опасных факторов является персональный компьютер, а при его производстве – паяльное оборудование, были рассмотрены и перечислены эти факторы и разработаны меры по снижению их воздействий.
Были рассмотрены возможные чрезвычайные ситуации и действия, которые необходимо предпринимать в этих ситуациях.
Для снижения загрязнения окружающей среды свинцом было предложено перейти на бессвинцовую технологию пайки.
Заключение
Таким образом, в работе был разработан высоковольтный импульсный источник питания, обеспечивающий выходное напряжение 5-7кВ. Источник соответствует всем техническим требованиям, в том числе по устойчивости вибрациям и температурным показателям.
Был разработан технологический процесс изготовления устройства, рассчитана трудоёмкость производства изделия, подсчитано количество рабочих мест.
Были рассчитаны себестоимость разработки и изготовления единицы изделия и выведены условия окупаемости.
Также были рассмотрены вредные и опасные факторы, имеющие место при разработке и изготовлении изделия, меры по борьбе с ними, возможные чрезвычайные ситуации, загрязнение окружающей среды, вызванное производством, и меры по его уменьшению.
Список литературы
Микросхемы для импульсных источников питания и их применение, СПРАВОЧНИК. Издательство Додэка, 1997
Е.М.Парфенов, Э.Н.Камышная, В.П.Усачов. Проектирование конструкций электронной радиоаппаратуры. – М: «Радио и связь», 1989.
Вторая жизнь телевизора. Ефимов Владимир Владимирович. М: «Связь»,1971.
http://irls.narod.ru/bp/is02.htm. Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя
http://ru.wikipedia.org
http://irls.narod.ru/izm/osc/demosc2.htm. Каталог радиолюбительских схем.
Виктор Зенин, Виктор Озяков, Александр Рягузов. Экологические аспекты бессвинцовой пайки радиоэлектронных изделий. Технологии в электронной промышленности №5, 2005.
http://www.qrz.ru/schemes/contribute/digest/bp30.shtml. Умножители напряжения.
http://www.cqham.ru/uu1.htm. Принципы построения и работы умножителей напряжения.
В.И.Волкоморов, А.В.Марков, А.А.Гайков-Алехов. Программирование сверлильно-фрезерных операций на станках с ЧПУ. С-Пб., 2008.
Дубовцев В.А. Безопасность жизнедеятельности. / Учеб. пособие для дипломников. - Киров: изд. КирПИ, 1992.
Мотузко Ф.Я. Охрана труда. – М.: Высшая школа, 1989. – 336с.
Самгин Э.Б. Освещение рабочих мест. – М.: МИРЭА, 1989. – 186с.