Балаковский институт техники, технологии и управления

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО курсу КТОП

ТЕМА: Преобразователь напряжения

Выполнил:

студент гр. УИТ-43

Колесников И. А.

Принял

Фомина Н. Н.

2005

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 4

1.1 Назначение преобразователя напряжения 4

1.2 Технические требования 4

1.3 Конструктивные требования 4

1.4 Ориентировочная номенклатура конструкторской документации 4

2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 5

2.1 Сравнительный анализ аналогов 5

2.2 Анализ работы электрической схемы 6

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ 8

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства 8

3.2 Выбор типа электрического монтажа

3.3 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий 9

3.4 Расчет теплового режима 9

3.5 Окончательная разработка конструкции устройства 11

4 Конструкторские расчеты 13

4.1 Объемно – компоновочный расчет 13

4.2 Расчет печатного монтажа 17

4.3 Расчет по постоянному и переменному току 18

4.4 Конструктивно-технологический расчет 19

4.5 Расчет электрических параметров печатной платы 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 30 Список литературы 31

ПРИЛОЖЕНИЯ 33

Введение

Преобразователь напряжения необходим в тех ситуациях, когда под рукой нет нечего, а единственным источником электроэнергии оказывается аккумуляторная батарея автомобиля. Данное устройство предназначено для питание каких либо механизмов или приборов рассчитанные на напряжения переменного тока 36, 127, 220 В частотой 50 Гц, например электронасос «крот», электробритву «Микма», электропаяльник, радиоприемник, и многое другое. Данное изделие незаменима в тех случаях, когда необходимо питание меньше чем напряжения сети 220В для различных приборов и устройств. Конструкторская разработка преобразует напряжения питания сети 220В в то напряжение, которое необходима для данного устройства путем регулировки или переключения тумблера на соответствующий режим. Важность данных устройств в том, что они просты в эксплуатации. Разработано множество таких устройств, которые обладают как достоинствами, так и недостатками. Разрабатываемое изделия будет достигать мощности нагрузки до 200 Вт при этом ток, потребляемый от батареи равен примерно 20А, что немало важно для таких устройств. Предполагаемая проектируемая конструкторская разработка будет достаточна дешевая, легко доступная в продаже, проста в обращении, и в эксплуатации, это изделие можно будет собрать, из деталей которые доступны в любом радио магазине, так как данная разработка будет выполнена на широко распространенных деталях, и недорогих материалов.

Задача курсового проекта развить и закрепить навыки самостоятельной работы при конструировании изделий элементов автоматике и вычислительной техники, овладении методикой расчета. При выполнении, которых необходимо учитывать разносторонние требования к конструкции изделия, знание современной технологии, схемотехнике, надежности, материалов, и многих других дисциплин.

Цель курсового проекта – научиться пользоваться нормативно-технической документацией при разработке изделия, ознакомление с порядком

построения, изложение и оформление конструкторской документации.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Наименование преобразователь напряжения

1.1 Назначение и область применения

Преобразует напряжения одного диапазона в другое, в бытовой радиоэлектронной аппаратуре.

1.2 Технические требования

• питание, В 12;

- температура ,С от -20 до +70;

- Атмосферное давление, kПа 650 – 750;

- Относительная влажность, % 65 – 85;

- безотказность не более часов 10000;

- категория эксплуатации 4 ;

- транспортируется любой вид транспорта.

1.3 Конструктивные требования

- использование дискретной элементной базы;

- органы управления и сигнализации вынести на переднюю панель прибора;

- масса, форма и габариты устанавливаются в процессе разработки изделия;

- цвет корпуса светлый.

-устройство выполнить в пластмассовом корпусе.

1.4 Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

- схема электрическая принципиальная А2;

- сборочный чертеж блока А2;

- плата печатная А2;

-трассировка печатной платы А1.

- плата (сборочный чертеж) А1

2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ.

2.1 Сравнительный анализ аналогов

В результате литературного поиска были найдены устройства, выполняющие аналогичные функции, что и разрабатываемое устройство. Проведем сравнительный анализ данного разрабатываемого устройства с уже существующими. Аналог 1- Преобразователь для электробритвы «Эра» /Описанным в [10]/, Аналог 2- Двухтактный автогенераторный преобразователь

/Описанным в [11]/ Аналог 3- Преобразователь напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5 /Описанным в[2]/ . Данные сведем в таблицу 1.

таблица 1

Параметр	Аналог 1	Аналог 2	Аналог 3	Разрабатываемое устройства
Напряжения питания, В	12	16	12	12
Мощность, Вт	50	25	50	200
КПД, %	20%	30%	32%	40%
Ток потребления, А	2.5	2	1.5	20
Индикатор выходного напряжения	нет	нет	нет	есть

Из таблицы видно, что разрабатываемое устройство отличается от своих аналогов повышенной мощностью, КПД выше, а также наличием световой индикации выходного напряжения.

2.2 Анализ работы электрической схемы.

При подачи напряжения питания 12В от аккумуляторной батареи автомобиля или другого источника питания 12В на входные зажимы U питания Х1,Х2 устройства, происходит постепенное преобразования U. Данное питание поступает на печатную плату 1 из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм на которой расположены детали слаботочных узлов. Питание поступает на параметрический стабилизатор напряжения R7VD1 со сглаживающим конденсатором С1. Преобразователь содержит задающий генератор на частоту 100 Гц, выполненный на транзисторах VT1, VT2, который питается от параметрический стабилизатор напряжения. С выхода задающего генератора (с коллектора транзистора VT2) импульсы напряжения через дифференцирующую цепь С3R11 поступают на триггер, делящий частоту генератора на 2(VT5, VT6) который вырабатывает две противофазные симметричные импульсы последовательности (вида «меандр») с частотой 50 Гц. Благодаря этому исключаются протекание постоянной составляющей тока через первичную обмотку согласующего трансформатора Т1 и перегревание транзисторов VT7,VT8. Импульсы напряжения, снимаемые со вторичных обмоток трансформатора Т1, управляют мощными транзисторами VT9, VT10, возбуждающими в первичных обмотках I-IV трансформатора Т2 импульсный ток амплитудой 20А, что обеспечивает необходимую мощность на его вторичной обмотке V. Эта обмотка рассчитана на подключение к ней нагрузок на напряжение 220 и 127 В через разъем Х4 и 36 В через Х3. Данные транзисторы обеспечивают теплоотвод. Эффективная площадь поверхности каждого из теплоотводов транзисторов не менее 100 см². Вспомогательная плата 2 выполнена из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5мм и служит для распайки выводов узлов и деталей, несущих большой ток, - выводов обмоток трансформаторов, транзисторов VT7-VT10, цепей источника питания. На ней симметрично, на обеих сторонах сформировано по шесть фольговых площадок , что позволяет, пропаяв при монтаже выводы с обеих сторон, увеличить сечение соединений. Предварительный усилитель мощности

собран на (VT3, VT4, VT7, VT8 и согласующий трансформатор Т1) и выходной усилитель мощности собран на (VT9, VT10 с выходным трансформатором T2). Тумблер SA1 предназначен для переключения с 220В на 127В. Также в схеме имеется предохранитель в случае превышения тока он разрывает цепь питания, и она обесточивается. HL1 - индикатор включенного состояния.

В результате анализа схемы электрической принципиальной устройство представляет собой единый модуль.

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

При разработке конструкции устройства следует учитывать следующие требования: объем устройства должен быть минимальным, а коэффициент заполнения максимальным. Конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов, а также обеспечивать удобство ремонта и эксплуатации РЭУ.

Исходя из этого, предполагается, что устройство будет представлять собой блок, имеющий форму прямой призмы, состоящий из основания и верхней крышки. К боковым стенкам с помощью втулок и винтов крепятся печатные платы. На ПП размещаются основные элементы печатного монтажа. Индикаторы крепятся на лицевую панель.

Для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства.

Первый вариант компоновки приведен на рисунке 1а. Второй вариант компоновки приведен на рисунке 1б.

Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства приведен в пункте 4.1. Из расчета видно, что первый вариант компоновки имеет меньший объем блока и больший коэффициент заполнения объема, чем второй вариант. Следовательно, целесообразно остановить выбор на первом варианте компоновки блока. Последний и является исходным для дальнейшей разработки конструкции.

3.2 Выбор типа электрического монтажа.

В разрабатываемой конструкции используется два типа монтажа: печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально и конструктивно законченный узел - печатную плату. Объемный монтаж применяется для соединения друг с другом функционально и конструктивно законченных узлов устройства.

3.3 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий

Преобразователь напряжения необходимо предохранять от пыли, воды и механических воздействий. Для этого применяется частичная герметизация устройства с помощью прочного металлического кожуха.