Содержание
Введение
1 Общая часть
1.1 Анализ технического задания
1.2 Описание схемы электрической принципиальной
2 Исследовательская часть
2.1 Обоснование выбора элементов схемы
2.2 Обоснование выбора резисторов
2.3 Обоснование выбора конденсаторов
2.4 Обоснование выбора микросхем
2.5 Обоснование выбора диодов
2.6 Обоснование выбора транзисторов
2.7 Обоснование выбора промежуточного реле
3 Расчётная часть
3.1 Расчёт надёжности
3.2 Расчёт коэффициента заполнения печатной платы
3.3 Расчёт ошибки операционного усилителя
4 Конструкторская часть
4.1 Разработка трассировки печатной платы
4.2 Разработка компоновки печатной платы
5 Технологическая часть
5.1 Изготовление печатной платы
6 Организационная часть
6.1 Организация рабочего места оператора, работающего с радиоаппаратурой
7 Экономическая часть
7.1 Расчёт себестоимости изделия
8 Охрана труда
8.1 Охрана труда при изготовлении радиоэлектронного оборудования
9 Заключение
Литература
Введение
Проблема надёжной защиты от перегрузок электродвигателей, а соответственно, и механизмов, в которых установлены, до сих пор очень актуальна. Современные стандарты большинства стран мира, в том числе и России, предъявляют все более высокие требования к повышению безопасности работы персонала и росту экономической эффективности во всех отраслях промышленности. Эти факторы определяют потребность в защите и наблюдении за оборудованием и механизмами, приводимыми в действие электродвигателями. Пренебрежение указанными требованиями приводит к непредвиденному и значительному ущербу от снижения срока службы оборудования, к повышению вероятности травмирования персонала.
Для надежной и бесперебойной работы электродвигателей не малое значение имеет соблюдение необходимых требований и правил при составлении электрической схемы, выборе пускорегулирующей аппаратуры, проводов и кабелей, монтаже и эксплуатации электропривода. Для повышения эффективности и снижения стоимости конечного продукта специалисты предприятий различных отраслей промышленности реализуют проекты, направленные на модернизацию электропривода машин и механизмов. Наиболее рационально эти цели могут быть достигнуты применением электронных систем защиты. Даже для правильно спроектированных и эксплуатируемых электроприводов при их работе всегда остается вероятность появления режимов, аварийных или ненормальных для двигателя и другого электрооборудования.
Особенно на производстве, где нередко случаются нарушения установленных правил эксплуатации механизмов, приводящие к перегрузкам, да и аварии изношенного оборудования иногда происходят (заклинил редуктор, «рассыпался» подшипник, замыкание в кабеле или обрыв фазного провода). Во всех этих случаях рассматриваемое защитное устройство надёжно срабатывает, выключая двигатель.
1. Общая часть
1.1 Анализ технического задания
Высокие показатели надежности и долговечности электродвигателей возможны только при условии их работы при номинальных или близких к ним режимах, что можно обеспечить лишь установкой надлежащей защиты.
Целью данного дипломного проекта является разработка электрической схемы защиты электродвигателей. Устройство должно удовлетворять следующим требованиям:
- обеспечивать защиту по максимальному току,
- обеспечивать защиту по рабочему току;
- иметь регулируемые пределы порога срабатывания отключения двигателя для точной настройки;
- выполнять функцию электромагнитного пускателя;
- конструкция устройства должна обеспечивать возможность ремонта.
Устройство предназначено для крупного серийного производства. Изделие должно эксплуатироваться в помещениях. Напряжение питания устройства переменное 36 В для пускателя, и 12…18 В для устройства защиты от перегрузок.
1.2 Описание схемы электрической принципиальной
При нажатии на кнопку SB1 «Пуск» срабатывает К1 – промежуточное реле электромагнитного пускателя электродвигателя, а с ним и сам пускатель, вспомогательные группы контактов которого КМ1.1 и КМ1.2 замыкаются. Первая из них блокирует кнопку SB1, которую теперь можно отпустить, а вторая включает в работу выпрямитель на диодном мосте VD5-VD8. Напряжение 12 В с выхода стабилизатора на стабилитроне VD9 и транзисторе VT1 подаётся в цепи питания устройства. Нужное для питания реле К1 напряжение 36 В имеется в пускателе. Обычно там удаётся найти и переменное напряжение 12…18 В для выпрямителя.
Сразу после включения питания конденсатор С6 заряжается через резистор R10, на котором формируется импульс, устанавливающий триггеры DD1.1 и DD3.2 в исходное состояние с низким уровнем на выходе.
Обычно в электромагнитных пускателях для контроля тока, потребляемого трёхфазным двигателем, применяют два трансформатора тока. В блоках защиты по максимальному току и по рабочему току происходит сравнение выходного тока трансформаторов с образцовым. Узлы сравнения построены на резисторах МЛТ-2, которые при превышении допустимых значений тока сильно нагреваются, иногда даже выходят из строя.. Следствием перегрева бывают кольцевые трещины в местах пайки выводов этих резисторов.
В рассматриваемом устройстве компараторы напряжения на ОУ DA1 и DA2 следят за амплитудой напряжения на нагрузочных резисторах трансформаторов тока Т1 и Т2 (соответственно R1 и R2), которая пропорциональна контролируемому току. Не исключено, что снимаемые с этих резисторов напряжения окажутся слишком малыми по сравнению с порогами срабатывания компараторов. В таком случае их можно усилить с помощью ОУ, включённых по стандартной схеме неинвертирующего усилителя.
Для защиты однофазного двигателя, когда ток контролируют только в одной цепи, трансформатор тока Т2 не нужен. Его исключают из устройства вместе с резистором R2 и диодом VD2, а верхний (по схеме) вывод подстроечного резистора R4 соединяют с таким же выводом резистора R3.
С началом работы электродвигателя на неинвертирующий вход ОУ DA2 поступают положительные полупериоды напряжения с движка подстроечного резистора R4. Их амплитуда намного превышает образцовое напряжениена выводе 2 ОУ, поскольку пусковой ток электродвигателя обычно в 5…7 раз больше рабочего. В результате на выходе ОУ DA2 присутствуют импульсы логических уровней. Фронтом первого из них запускаются одновибраторы на триггерах DD1.2 и DD3.1. Первый генерирует импульс длительностью 5 с, второй – 3с.
Соединённые последовательно элементы микросхемы DD2 создают задержку, благодаря которой при одновременном запуске одновибраторов высокий уровень на входе D триггера DD3.2 устанавливается позже, чем на входе С, поэтому триггер остаётся в исходном состоянии, а обмотка реле К3 – обесточенной.
Если ток двигателя за 3 с. не уменьшился до рабочего значения и импульсы на выходе ОУ DA2 не прекратились, произойдёт повторный запуск одновибратора на триггере DD3.1. Поскольку установленный ранее на входе D триггера DD3.2. высокий уровень остался прежним, этот триггер переключится, реле К3 сработает, его контакты К3.1 разомкнутцепь обмотки реле К1. Двигатель будет выключен.
Аналогичные процессы произойдут и при увеличении тока сверх допустимого рабочего в результате механической перегрузки двигателя. Если её продолжительность менее 3 с., двигатель продолжит работать, а если больше, он будет выключен.
Следует иметь ввиду, что в случае, когда контакты кнопки SB1 выполняющего её функции реле блока дистанционного управления (БДУ) остаются замкнутыми более 3 с., после аварийного выключения двигателя произойдёт его повторное включение ещё на 3 с. Чтобы не допустить этого, можно, например, заменить обычное реле К3 на имеющее два устойчивых состояния (дистанционный переключатель) и использовать его вторую обмоткудля возвращения устройства защиты в рабочий режим после устранения причины аварии.
Второй канал устройства, собранный на трансформаторе тока Т1, ОУ DA1, триггере DD1.1, транзисторах VT2, VT3 и реле К2, немедленно выключает двигатель при превышении допустимого значения пускового тока. Импульсыперегрузки, появившиеся в этом случае на выходе ОУ, переводят триггер в состояние с высоким уровнем на выходе ОУ, переводят триггер в состояние с высоким уровнем на выходе ОУ, переводит триггер в состояние с высоким уровнем на выходе, что приводит к срабатыванию реле К2, размыкающего цепь питания К1, - промежуточного реле пускателя. Для устранения последствий слишком длительного нажатия на кнопку SB1 рекомендуется заменить дистанционным переключателем и реле К2.
Налаживание печатной платы сводится к проверке длительности импульсов одновибраторов натриггерах DD1.2 и DD3.1 и к установке порогов срабатывания защиты подстроечными резисторами R3 и R4.
2. Исследовательская часть
2.1 Обоснование выбора элементов
Выбор элементной базы проводится на основе схемы электрической принципиальной с учетом изложенных в техническом задании условий и требований. Эксплуатационная надежность элементной базы в основном определяется правильным выбором типа элементов при проектировании и при использовании в режимах, которые не превышают предельно допустимые.
Для правильного выбора типа элементов необходимо на основе требований по установке в частности климатических, механических и др. влияний проанализировать условия работы каждого элемента и определить:
- эксплуатационные факторы (интервал рабочих температур, относительную влажность окружающей среды, атмосферное давление, механические нагрузки и др.);
- значения параметров и их разрешенные изменения в процессе эксплуатации (номинальное значение, допуск, сопротивление изоляции, шумы, вид функциональной характеристики и др.);
- разрешенные режимы и рабочие электрические нагрузки (мощность, напряжение, частота, параметры импульсного режима и др.);
- показатели надежности, долговечности и срока сохранения.
Критерием выбора в устройстве электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ, заданных условиями работы и эксплуатации.
Основными параметрами при выборе ЭРЭ является:
технические параметры:
- номинальное значение параметров ЭРЭ согласно принципиальной электрической схемы прибора;
- допустимые отклонения величины ЭРЭ от их номинального значения;
- допустимое рабочее напряжение ЭРЭ;
- допустимая мощность рассеивания ЭРЭ;
- диапазон рабочих частот ЭРЭ;
- коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.
эксплуатационные параметры:
- диапазон рабочих температур;
- относительная влажность воздуха;
- атмосферное давление;
- вибрационные нагрузки;
- другие показатели.
Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ является:
- унификация ЭРЭ;
- масса и габариты ЭРЭ;
- наименьшая стоимость.
Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволяет обеспечить надежную работу изделия. Применение принципов стандартизации и унификации ЭРЭ при конструировании изделия позволяет получить следующие преимущества:
- значительно уменьшить сроки и стоимость проектирования;
- сократить на предприятии номенклатуру примененных деталей и сборочных единиц;
- увеличить масштабы производства;
- исключить разработку специальной оснастки и специального оборудования для каждого нового варианта схемы, то есть упростить подготовку производства;
- создать специализированное производство стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятия;
- улучшить эксплуатационную и производственную технологичность;
- снизить себестоимость выпуска проектируемого изделия.
Выберем ЭРЭ наиболее дешевых, распространенных, которые поставляются многими организациями – поставщиками электронных компонентов, при условии соблюдения принципа наименьших габаритов и размеров.
2.2 Обоснование выбора резисторов
Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=U I, P=U2/R, P=I2R, выведенные из закона Ома. Полученная величина увеличивается вдвое. Исходя из полученных значений, выбирают, резисторы эталонных мощностей: 0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5, 10Вт и т.д.
Металлооксидные резисторы содержат резистивный элемент в виде очень тонкой металлической пленки, осажденной на основании из керамики, стекла, слоистого пластика, ситалла или другого изоляционного материала. Металлопленочные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и напряжения и высокой надежностью. Для разрабатываемого устройства подходят резисторы МЛТ - резисторы общего применения для ручной и автоматизированной сборки, предназначенные для работ в электрических цепях постоянного, переменного токов и в импульсном режиме.