Файл: Липский.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.05.2020

Просмотров: 327

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


СОДЕРЖАНИЕ

Введение

3

  1. 1 Расширенное техническое задание

4

  1. Анализ технического задания, электрической схемы

и оценка элементной базы


6

2.1 Сравнительный анализ аналогов

6

2.2 Описание работы шахматных часов

6

2.3 Оценка элементной базы

7

3 Разработка конструкции РЭУ

10

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

10

3.2 Разработка элементов и узлов конструкции устройства

18

4 Конструкторские расчёты

20

4.1 Выбор метода изготовления и класса точности печатной платы

20

4.2 Расчёт печатного монтажа

21

Заключение

29

Список используемой литературы

30

Приложение А

31














ВВЕДЕНИЕ

Задача данного дипломного проекта - спроектировать устройство, соответствующее требованиям ГОСТ по всем параметрам, а также отвечающее требованиям современного рынка к надежности, стоимости и удобству пользования прибором (эргономичность).

Цель разработки - рассмотреть разработанные ранее аналогичные устройства, выяснить их недостатки, и спроектировать устройство, лишенное этих недостатков, а также отвечающее требованиям экономичности, минимальной стоимости и максимальной надежности.

Разрабатываемое устройство – «Система регулирования вращения коллекторного двигателя».

Во многих бытовых электроприборах и электроинструментах, снабженных коллекторными электродвигателями, не предусмотрена возможность регулировать частоту вращения вала двигателя и вращающий момент. Это делает такие приборы неудобными в работе, вынуждая выполнять многие операции в далеко не оптимальном режиме. Эти недостатки устраняет предлагаемое устройство, предназначенное для управления электродвигателем постоянного тока.

С помощью описанного ниже регулятора частоту и момент вращения можно изменять и поддерживать в интервале от нулевых до максимальных значений, развиваемых двигателем. Режим уменьшенного момента вращения удобен, например, для предотвращения поломки режущего инструмента в случае его заклинивания в обрабатываемом материале. В приборе реализован алгоритм пропорционально-интегрирующего регулятора.

Проектируемое устройство построено на основе недорогих деталей, однако эффективность устройства высока, т.е. устройство является экономически эффективным.




1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1) Назначение цифрового частотомера. Данное устройство применяется при точном измерении частоты.

  1. Проектируемое устройство состоит из одного функционального узла, для реализации которого используется одна печатная плата.

  2. Технические требования

Условия эксплуатации и транспортирования (ГОСТ 16019-78):

  • напряжение питания, В 9;

-допустимое отклонение напряжения питания, % 10;

  • температура окружающей среды,°С -30... +70;

  • влажность окружающей среды, не более, % 80;

-воздействие линейных ускорений, м/с до 160;

  • транспортировка всеми видами транспорта.

4) Требования по надежности:

  • среднее время безотказной работы, ч не менее 5000;

  • интенсивность отказов, ч*1 2510;

  • гарантийный срок эксплуатации, лет 3.

5) Конструктивные требования:

  • число марок применяемых материалов не более 4;

-коэффициент применяемости не менее 0,8;

-коэффициент унификации 0,9. -использование интегральной и дискретной элементной базы;

  • органы управления и сигнализации вынести на панель;

-масса, форма и габариты устанавливаются в процессе проектирования.

  • применяемые радиоэлектронные элементы отечественного производства, предназначены для общего применения, должны удовлетворять условиям ремонтопригодности и взаимозаменяемости.

6) Номенклатура конструкторской документации:

  • схема электрическая принципиальная – А3;

  • перечень элементов - А4;

  • трассировка платы – А2;

  • сборочный чертеж платы - А2;

  • спецификация на плату- А4;

  • сборочный чертеж изделия – А2;

  • спецификация на изделие - А4;

  • таблица соединений - А4.
























2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2.1 Сравнительный анализ аналогов

При проведении поиска аналогов проектируемого устройства[5] был найден регулятор-стабилизатор частоты вращения коллекторного двигателя УВ-705 [9].

Сравнение аналогов по техническим характеристикам сведено в таблице 1.


Таблица 1

Сравнительный анализ регулятор-стабилизатор частоты вращения

коллекторного двигателя


Параметры

Проектируемое устройство

Аналог

Функциональное

назначение

регулирование - стабилизация частоты вращения коллекторного двигателя

Регулирование- стабилизация частоты вращения коллекторного двигателя УВ-705

Напряжение питания, В

220

12…15

Потребляемая мощность, Вт

1,6

3

Длительность управляющего импульса, мкс

200

800

Исходя из анализа параметров устройств, можно сделать вывод, что проектируемое устройство обладает перед аналогом рядом преимуществ:

  • сниженная длительность управляющего импульса;

  • сниженная потребляемая мощность

- питание прибора осуществляется без понижающего трансформатора



2.2 Описание работы регулятора-стабилизатора частоты вращения

коллекторного двигателя



Электродвигатель М1 питают от управляемого выпрямителя из транзисторах VS1, VS2 и диодов VD3, VD4. Питание постоянным током благоприятно и для коллекторных двигателей переменного тока, так как они развивают в этом режиме вращающий момент больше номинального. Резистор R10, шунтирующий электродвигатель, гарантирует, что при свойственных коллекторно-щеточному узлу двигателя кратковременных разрывах цепи ток через включенный транзистор остается большим тока его выключения.

Импульсы, открывающие транзисторы, формируют узел, состоящий из генератора на транзисторах VT3, VT4, соединенных по схеме аналога однопереходного транзистора, усилителя мощности на транзисторе VT5 и импульсного трансформатора Т1.

Детектор нуля на транзисторах VT1, VT2 в начале каждого полупериода сетевого напряжения разряжает конденсатор С1, после чего конденсатор заряжается током, текущим через резисторы R6, R19 и диод VD10 и пропорциональным выходному напряжению операционного усилителя DA1. Чем больше зарядный ток, тем быстрее напряжение на конденсаторе С1 достигает порога срабатывания аналога однопереходного транзистора. В этот момент формируется импульс длительностью приблизительно 200 мкс, открывающий тот из транзисторов VS1, VS2, напряжение на аноде которого в данном полупериоде положительно относительно катода. Импульс такой длительности достаточен, чтобы открыть любой из транзисторов. За счет укорочения импульса уменьшается мощность, потребляемая устройством управления до 1,6 Вт (с учетом мощности, рассеиваемой на резисторе R1).

От механически связанного с двигателем М1 тахогенератора G1 напряжение, пропорциональное частоте вращения вала, поступает в систему стабилизации. Операционный усилитель DA1 служит элементом сравнения этого напряжения с поступающим с движка переменного резистора R12 – регулятора частоты вращения. Конденсатор С4 устраняет кратковременное включение полных оборотов двигателя в момент подачи сетевого напряжения. Благодаря обратной связи по цепи R20 C5 ОУ DA1 не только усиливает сигнал ошибки, но и выполняет функцию пропорционально-интегрирующего фильтра системы стабилизации частоты вращения. Переменным резистором R19 регулируют вращающий момент. Чем больше сопротивление, тем меньше момент. Механическая связь валов тахогенератора G1 и электродвигателя должна быть жесткой и без люфта, в противном случае система стабилизации может потерять устойчивость и возникнут незатухающие колебания частоты вращения.

    1. Оценка элементной базы

Используемая элементная база широко применяется в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет множество отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.

2.3.1 Микросхемы. В разрабатываемом устройстве применяется
микросхема серии К140. Они представляют собой операционный усилитель с малыми входными токами и внутренней коррекцией. Предназначены для преобразования и обработки аналоговых сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции, применяются в аналоговых регулирующих устройствах, в узлах и блоках сравнения. Напряжение питания микросхем составляет +14В±10%. Диапазон рабочих температур -30... +70 °С.

В схеме управления использована 1 микросхема:

- Операционный усилитель: К140УД6 (DА1);

Микросхемы данной серии имеют круглый металлостеклянный корпус с 8 выводами 201.8-1. Вариант установки VIII-a.

2.3.2 Резисторы. В качестве распределителей электрической энергии
между цепями и элементами схемы шахматных часов применены резисторы
общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа МЛТ-0.125 , МЛТ-2 - резисторы металлизированные лакированные теплостойкие постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Температурный диапазон от -20 до +80°С. Вариант установки II-а. Устанавливается на печатной плате.

Переменные непроволочные резисторы СП-I регулировочные без стопорения оси одинарного конструктивного варианта. Характеризуются слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Температурный диапазон от -20 до +80°С. Устанавливаются на корпус.

Проволочный эмалированный постоянный резистор с жесткими выводами ПЭВ-10,

в качестве проводящего элемента, в котором используются изолированные и неизолированные провода из сплавов с высоким сопротивлением (манганин, константан, нихром). Температурный диапазон от -20 до +150°С. Устанавливается с силовой части устройства.

  1. Конденсаторы. В проектируемом устройстве используются малогабаритные трубчатые керамические конденсаторы серии КМ50-35, К73-17В предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Диапазон рабочих температур -50.. .+130 °С. Вариант установки II-в. Устанавливается на печатной плате.

2.3.4 Транзисторы. Транзистор КТ315Г, КТ361А, КТ630А маломощный высокочастотный. Статический коэффициент передачи тока базы транзистора не
менее 40. Диапазон температур от -10 до +60 °С. Вариант установки II-в.
Устанавливается на печатной плате.

2.3.5 Предохранители. Предохранитель ВП21 выполнен из легкоплавкого материала (проволоки), плавящегося при превышении заданного предела прохождения электрического тока в 10А. Диапазон температур от -30 до +150 °С.
Устанавливается в цепи питания силовой части устройства.

2.3.6 Трансформатор. Применяется импульсный трансформатор МИТ-4вм, состоящий из ферритового кольца, изготовленного по технологии порошковой индустрии и двух обмоток по 50 витков провода ПЭВ-2 0,35, изолированных друг от друга и от магнитопровода отрезками полихлорвиниловой трубки. Диапазон рабочих температур -50...+100 °С. Устанавливается на печатной плате.

2.3.7 Диоды. Диод импульсный Д223, Д232, Д814Д применяемый для преобразования импульсного сигнала. , . Однофазный диодный мост КЦ405Г представляет собой выпрямительный блок средней мощности. , . Диапазон температур от -55 до +100 °С. Вариант установки II-а. Устанавливается на печатной плате.

2.3.7 Тиристоры. Тиристоры КУ202Н представляют сбой управляемые диоды с широким диапазоном управления. Диапазон температур от -55 до +100 °С.

Устанавливается с силовой части устройства.

2.3.7 Тахогенератор. В качестве тахогенератора применен малогабаритный коллекторный электродвигатель постоянного тока ДПИ-25-Н3-03 закрытого типа. Диапазон температур от -20 до +150 °С. Устанавливается с силовой части устройства.

Из анализа температурных диапазонов всех элементов схемы, получаем, что диапазон температур «регулятора-стабилизатора частоты вращения коллекторного двигателя» составляет -10.. .+60°С.

Основные параметры элементной базы, размещённой на печатной плате проектируемого регулятора-стабилизатора частоты вращения коллекторного двигателя, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Основные конструктивные параметры элементной базы


Наименование

элемента

Кол-во

Вариант установки

Установочная площадь одного

элемента,

Общая площадь,

Микросхемы:

К140УД6А


1


VIII-a


71,65


71,65

Резисторы:

МЛТ-0,125

МЛТ-2


16

1


II-a

II-a


13,2

159,1


211,2

159,1

Конденсаторы:

К50-35-4,7 мкФ

К50-35-100 мкФ

К73-17В-0,1 мкФ

К73-17В-1 мкФ


2

1

1

1


II-в

II-в

II-в

II-в


28,26

44,16

50

105


56,52

44,16

50

105

Трансформатор:

МИТ-4вм


1


II-в


254,34


254,34

Диоды:

Д223

Д814Д


4

1


II-а

II-а


36

90


144

90

Диодный мост:

КЦ405Г


1


II-а


484


484

Транзисторы:

КТ315Г

КТ361А

КТ630А


3

1

1


II-в

II-в

II-в


18

18

69,36


54

18

69,36

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

При разработке конструкции устройства были учтены требования, приведенные в разделе "Расширенное техническое задание". Объем устройства должен быть минимален, а коэффициент заполнения - максимален. Помимо этого конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов. Разрабатываемый регулятор-стабилизатор частоты вращения

коллекторного двигателя также должны быть ремонтопригодными и обеспечивать удобства эксплуатации.

3 .1.1 Выбор предварительного варианта компоновки устройства. Для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства, представленных на рисунке 1.


3




2

1



Вариант 1






Смотрите также файлы