Научно-образовательный портал
W-10.RU

Разработка конструкции стабилизатора тока

Разработка конструкции стабилизатора тока

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

До захисту допущений

Зав. кафедрою КВР, доц. В.М. Крищук

“_____” __________ 2003 р.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ

РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ СТАБІЛІЗАТОРА СТРУМУ

Розробив ст.гр. РП-128 С. А. Пешиков

Керівник асистент Л. І. Башмакова

Консультанти:

З економіки доцентЛ. О. Варинська

З охорони праці ст. викладачО. В. Коробко

Нормо контролер асистентЛ. І. Башмакова

2009

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Радіоприладобудівний факультет

Кафедра КВР

Спеціальність 8.091001 - Виробництво електронних засобів

ЗАТВЕРДЖУЮ:

Зав. кафедрою КВР, доц.

В.М. Крищук

“_____” ___________ 2003 р.

ЗАВДАННЯ

НА ДИПЛОМНИЙ ПРОЕКТ СТУДЕНТОВІ

Пешикову Сергію Анатолійовичу

1. Тема проекту (роботи): Розробка конструкції стабілізатора струму

Затверджена наказом по інституту від “ 14 ” квітня 2003 р. № 192 - А

2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи): 9 червня 2003р.

3. Вихідні дані до проекту (роботи): Схема електрична принципова, умови експлуатації: кліматичне виконання УХЛ, група експлуатації I по ГОСТ 11478-82, тип виробництва - одиничний. Забезпечити технічні вимоги: експлуатаційні, техніки безпеки, технологічності, теплового режиму, вимоги до ергономіки та естетики.

4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити): Вступ, актуальність розробки, технічне завдання, призначення та принцип дії, технічні вимоги, забезпечення технічних вимог, обґрунтування вибору конструкції, опис конструкції, конструкторські розрахунки, економічні розрахунки, охорона праці, висновки.

5. Перелік графічного матеріалу: Схема електрична принципова (А1); складальні креслення: стабілізатор току (А1), блок стабілізатору току (А1), блок управління (А1), блок основний (А1), плата управління (А2), плата запуску(А2); деталювання: передня панель блоку управління (А1), плата блоку основного (А1), плата управління (А2), плата запуску (А2).

6. Консультанти по проекту (роботі), із зазначенням розділів проекту, що стосуються їх

7. Дата видачі завдання 7 лютого 2003р.

Керівник ____________(підпис)

Завдання прийняв до виконання____________ (підпис)

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

Студент-дипломник _____________ Пешиков Сергій Анатолійович

(підпис) _______________________(прізвище, ім'я, по батькові)

Керівник проекту ______________ Башмакова Людмила Іванівна

(підпис)___________________ (прізвище, ім'я, по батькові)

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат

Введение

1 Актуальность разработки стабилизатора

2 Техническое задание

2.1 Электрические требования

2.2 Конструкторские требования

3 Назначение и принцип действия стабилизатора

4 Технические требования к стабилизатору

4.1 Эксплуатационные требования

4.2 Требования техники безопасности

4.3 Требования технологичности

4.4 Требования теплового режима

4.5 Требования эргономики и эстетики

5 Обеспечение технических требований

5.1 Обеспечение эксплуатационных требований

5.2 Обеспечение требований техники безопасности

5.3 Обеспечение требований технологичности

5.4 Обеспечение требований теплового режима

5.5 Обеспечение требований эргономики и эстетики

6 Обоснование выбора конструкции

7 Описание конструкции стабилизатора

8 Конструкторские расчёты

8.1 Расчёт радиатора

8.2 Расчёт надёжности

8.3 Расчёт винта на срез

9 Экономические расчёты

9.1 Организация и планирование технической подготовки производства

9.2 Расчет себестоимости стабилизатора тока

9.3 Расчет эксплуатационных расходов

9.4 Расчет годового экономического эффекта от производства с

использованием новых изделий

10 Охрана труда

10.1 Анализ потенциальных опасностей

10.2 Мероприятия по технике безопасности

10.3 Мероприятия по обеспечению производственной санитарии и гигиены труда

10.4 Мероприятия по пожарной безопасности

10.5 Мероприятия по безопасности в условиях чрезвычайных ситуаций

Выводы

Перечень ссылок

Введение

В настоящее время разработано и существует в продаже огромное количество мощных стабилизаторов тока, однако, не существует отечественных стабилизаторов тока отвечающих данным требованиям, а зарубежные аналоги дорогие.

Требованный стабилизатор тока должен отвечать следующим требованиям:

- стабилизация параметров до 1200А/70В;

- возможность регулировки основных параметров стабилизатора тока с высокой точностью, за счёт разделения мощности на четыри блока и автономное их регулирование;

- высокая ремонтопригодность;

- масса стабилизатора тока до 250 кг;

- стоимость дешевле зарубежных аналогов.

В настоящее время делаются попытки создания стабилизатора тока, отвечающего выше перечисленным требованиям на двух крупнейший заводах нашей области: “Мотор-Сич” и “Запорожсталь”.

Целью данной работы являлась разработка комплекта конструкторской документации стабилизатору тока, в наиболее полной мере удовлетворяющей перечисленным параметрам.

Учитывая переход к рыночным отношениям стабилизатор должен иметь конкурентоспособность, как по перечисленным параметрам, так и по внешнему виду изделия.

1 Актуальность разработки стабилизатора

Стабилизатор тока предназначен для питания установки плазменного напыления, а также может использоваться для питания других установок, питающихся 1200А/70В.

Необходимость разработки нового стабилизатора тока вызвано потребностью обеспечения питания с меньшим отклонением (существует 1200А?5%, требуется 1200А?0,5%) более точного питания, это возможно осуществить несколькими путями:

- использованием более точной элементной базы, что в свою очередь повлечёт значительное повышение стоимости стабилизатора тока;

- разделение мощности стабилизатора тока на отдельные блоки и регулировка каждого блока в отдельности.

Имеются зарубежные аналоги разрабатываемого стабилизатора тока, однако они дорогие, поэтому требуется отечественный более дешёвый стабилизатор тока с выше перечисленными требованиями.

В настоящее время широко развиваются рыночные отношения, поэтому существует потребность изготовления конкурентно способной аппаратуры.

2 Техническое задание

2.1 Электрические требования

Можно выделить следующие электрические требования:

- номинальный ток питания, 1А?5%, 1200А?5%;

- номинальное напряжение питающей сети, 70В?0,5%, 380В?0,5%;

- номинальная частота питания, 50Гц;

- номинальный ток на выходе, 1200А?0,5%;

- номинальное напряжение на выходе,70В?0,5%;

- номинальная частота на выходе, 50Гц.

• 2.2 Конструкторские требования
• Масса стабилизатора тока должна быть не более 250 кг.
• Место установки не позволяет транспортировать стабилизатор тока, поэтому его необходимо разделить на отдельные блоки.
• Теплонагруженные элементы (дроссели) должны быть вынесены в отдельный блок.

4 Технические требования к стабилизатору

4.1 Эксплуатационные требования

В стабилизаторе тока должны быть выполнены следующие эксплуатационные требования:

- лёгкость управления стабилизатором тока;

- возможность доставки, установки и монтажа блоков стабилизатора тока на месте эксплуатации;

- удобство работы оператора стабилизатором тока;

- высокая ремонтопригодность;

- не использование в стабилизаторе тока дорогостоящих или редкоиспользуемых компонентов.

В процессе эксплуатации основные параметры стабилизатора тока должны сохраняться в пределах допустимых значений, при этом должна быть обеспечена возможность быстрой и легкоконтролируемой настройки устройства при отклонении параметров от нормы.

Стабилизатор тока эксплуатируется при 1 группе аппаратуры по ГОСТ 11478-88 (в помещениях), и категория исполнения по ГОСТ 15150 - 4.1 (для эксплуатации в помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом).

В таблице 4.1 приведены значения температуры воздуха при эксплуатации.

Таблица 4.1 - Значения температуры воздуха при эксплуатации, оС

Рабочие значения влажности воздуха приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Рабочие значения влажности воздуха

4.2 Требования техники безопасности

В стабилизаторе тока должны быть выполнены следующие требования техники безопасности:

- заземлённость металлических блоков стабилизатора тока;

- изолировать доступ к вентилятору;

- кабели, входящие в блоки, должны входить через втулки;

- установка автоматического отключения блока стабилизатора тока при выходе из строя вентилятора.

4.3 Требования технологичности

Разрабатываемый стабилизатор тока предусматривается изготавливать в единичном производстве на предприятии не имеющего радиотехнической направленности.

Стабилизатор тока должен быть высокотехнологичным. Это позволит снизить себестоимость каждой выпускаемой единицы, уменьшить количество необходимого оборудования, временных и сырьевых затрат при производстве.

В качестве основных рекомендаций к повышению технологичности стабилизатора тока можно выделить следующие:

- стремиться ограничить число оригинальных изделий элементной базы, повсеместно использовать стандартные элементы;

- обеспечить высокий коэффициент заполнения блока по объёму;

- стремиться исключить наличие дополнительных экранов и экранируемых элементов за счет правильной компоновки элементов на платах;

- использовать, по возможности, типовые и хорошо отработанные технологические процессы, имеющие минимальную протяженность и затраты ресурсов;

- по возможности применять БНК (так как единичное производство).

Многие требования к технологичности противоречат остальным требованиям к изделию, поэтому необходимо выбрать оптимальный вариант решения.

4.4 Требования теплового режима

Требования к тепловому режиму в стабилизаторе тока очень актуальны, поэтому выделяются следующие требования:

- для обеспечения нормального теплового режима проанализировать и произвести корректировку стабилизатора тока;

- мощные элементы (дроссели) вынести за пределы блока стабилизатора тока;

- выполнить расчёт мощных транзисторов и при необходимости установить их на радиаторы.

Наиболее распространёнными являются следующие, перечисленные ниже, виды радиаторов.

Пластинчатые: в виде пластин, угольников - наиболее просты в изготовлении (изготавливаются из листовых материалов, штамповкой) и используются при сравнительно небольших мощностях.

Ребристые: односторонние и двусторонние - являются более эффективными по сравнению с пластинчатыми, однако сложнее в изготовлении. Их можно изготовить методами литья либо механической обработки.

Штыревые и игольчатые радиаторы - наиболее эффективные, но и более сложные в изготовлении (изготавливаются с помощью литья).

4.5 Требования эргономики и эстетики

Из всех эргономических показателей наиболее важными являются психофизиологические показатели человека и их доминирующий фактор - зрение. Это обусловлено тем, что с помощью зрения человек получает 80 ... 90 % всей информации. Поэтому при проектировании РЭС необходимо выполнить эргономический анализ создаваемой конструкции и убедиться в том, что:

- выбор формы изделия и соотношение размеров его сторон, цветовое решение передней панели и корпуса обеспечивают оптимальный режим работы оператора;

- расположение приборов и органов управления обеспечивает удобное положение человека при работе;

- рука при перемещении органа управления не закрывает шкалу индикатора;

- режим работы оператора допускает правильное чередование работы и отдыха, а также динамических и статических видов нагрузки;

- существует соответствие между перемещением органов управления

и вызванными ими эффектами;

- органы управления и индикации размещены в последовательности, соответствующей порядку выполнения операций;

- физическая и психофизиологическая нагрузка при работе соответствует возможностям оператора.

С учётом того, что аппаратура будет выставлена на рынок данного технологического оборудования, она должна отвечать эстетическим требованиям.

5 Обеспечение технических требований

5.1 Обеспечение эксплуатационных требований

Управление стабилизатором тока происходит через блок управления, который вынесен в соседнее помещение, где находится рабочее место оператора управляющего стабилизатором тока и установкой плазменного напыления.

В блоке управления установлены четыре шкальных амперметра, которые позволяют визуально определить допустимые пределы отклонения параметров стабилизатора тока, в отличие от цифровых амперметров.

Стабилизатор тока имеет высокую ремонтопригодность, которая обеспечивается взаимозаменяемостью созданных основных блоков. Также извлечение плат запуска и управления не влечёт разрушения электрических соединений, так как платы фиксируются при помощи направляющей планки, а электрическое соединения обеспечиваются с помощью розеток установленных на основном блоке и вилок установленных на платах запуска и управления.

Условия эксплуатации стабилизатора не жёсткие, поэтому не применяются специальные меры защиты от вредных факторов.

В качестве материалов ПП выбран стеклотекстолит СФ-1-35-1,0

ГОСТ 10316-78, это обусловлено наличием в стабилизаторе тока вентилятора, который создаёт вибрации в блоке стабилизатора тока.

Весь крепеж, применяемый в стабилизаторе тока имеет стопорение.

В подразделе 8.3 произведён расчёт винта на срез.

5.2 Обеспечение требований техники безопасности

Все блоки стабилизатора тока имеют металлические корпуса, поэтому на каждом блоке имеется клемма заземления, которая исключает случайное поражение электричеством оператора и обслуживающего персонала.

В блоке стабилизатора тока установлен вентилятор, поэтому используется специальный каркас, изготовленный на заводе “Мотор-Сич”, который исключает случайное прикасание к вентилятору.

Блок управления и блок дросселей имеют резиновые втулки, через которые входят кабели, что обеспечивает сохранность кабеля от повреждения.

Питание 380В/50Гц подходит к блоку стабилизатора тока, в котором установлен двухполюсный переключатель, который обеспечивает отключение от сети. Питание 1200А/70В подходит к блоку через кабели, которые присоединяются к панели входа/выхода. Питание 1200А/70В обесточивается при отключении рубильника, который находится вне блока стабилизатора (рубильник установлен на щите сети).

В цепи питания 380В/50Гц установлены предохранители на 1А, которые обесточивают отключение блока при превышении тока сети.

Защита от поражения электричеством об оголённые контакты элементов опасные для жизни, обеспечивается за счёт надевания на них изоляционных трубок.

Сечение провода в стабилизаторе тока больше расчётного, что обеспечивает запас от перегрева, и тем самым защиту от выхода из строя проводов.

В стабилизаторе тока предусмотрена механическая блокировка блока, то есть при открытии блока происходит автоматическое отключение от питания.

В блоке стабилизатора тока установлен вентилятор, выход которого из строя приводит к нарушению теплового режима блока, поэтому в верхней части блока установлено воздушное реле, которое срабатывает при уменьшении воздушного потока от вентилятора.

5.3 Обеспечение требований технологичности

Разрабатываемый стабилизатор тока изготавливается в единичном производстве на предприятии, не имеющем радиотехнической направленности.

В стабилизаторе тока применена стандартная элементная база, количество оригинальных элементов сведено к минимуму (4 дросселя).

В стабилизаторе тока обеспечен высокий коэффициент заполнения блока, с учётом обеспечения теплового режима, что удалось выполнить при использовании вентилятора.

При компоновке и разводке плат были учтены все требования, которые предъявляются к данному типу изделиям.

Использовались типовые и хорошо отработанные технологические процессы, имеющие минимальную протяженность и затраты ресурсов.

Хоть стабилизатор тока изготавливается на предприятии не имеющего радиотехнической направленности, изготовление плат заказывается предприятию с радиотехнической направленностью.

Платы односторонни, что повышает автоматизацию.

Для быстроты настройки готовых стабилизаторов тока, чтобы привести в норму их параметры, подстроечные резисторы устанавливаются на платах в доступном для регулировке месте.

На платах и внутренних стенках стабилизатора тока нанесена частичная маркировка, которая позволит сократить время на сборку и ремонт.

В данном стабилизаторе тока применяется БНК, что оправдывает себя, так как сокращается время на проектно-конструкторские и технологические работы, а проработка корпусов заключается в их доработке.

В качестве материалов ПП выбран стеклотекстолит СФ-1-35-1,0

ГОСТ 10316-78, это обусловлено наличием в стабилизаторе тока вентилятора (из-за наличия теплонагруженных элементов), который создаёт вибрации в блоке.

ПП установленные в основном блоке имеют одинаковые размеры по высоте, это позволило применить одну планку фиксации для них.

На ПП имеются разъёмы, которые повышают технологичность.

В основном блоке стабилизатора имеются оригинальные детали (плата, планка, скобы) при чём следует отметить, что они изготовлены из недефицитных материалов и выполнены методами, позволяющими изготовить их в единичном производстве.

В основном блоке стабилизатора тока применены в широком ассортименте стойки по ГОСТ 20865-81, что значительно увеличивает технологичность.

5.4 Обеспечение требований теплового режима

Блок стабилизации тока и блок дросселей являются теплонагруженными блоками, поэтому их корпуса имеют перфорацию.

Наиболее теплонагруженным является блок дросселей, который выполнен в отдельном блоке.

Расчёт радиатора приведён в подразделе 8.1.

После анализа элементной базы выделены теплонагруженные элементы, которые необходимо установить на радиаторы (транзисторы VT1 и VT2). Остальные элементы, имеющие большую рассеиваемую мощность (VS1…VS3, VD1…VD4) устанавливаются вместе с радиаторами, входящими в состав элементов.

Для обеспечения нормального теплового режима блока стабилизатора тока в него устанавливается вентилятор.

Компоновка мощных элементов, как на платах, так и в блоке в целом выполнено таким образом, что они располагаются выше маломощных, тем самым не нагревая их.

5.5 Обеспечение требований эргономики и эстетики

Из всех эргономических показателей наиболее важными являются психофизиологические показатели человека и их доминирующий фактор - зрение. Это обусловлено тем, что с помощью зрения человек получает 80 ... 90 % всей информации.

Корпус блока управления выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда продолговатой формы. Амперметры расположены на передней панели слева на право, резисторы управления соответственно находятся под ними.

Блок имеет ножки - амортизаторы, угол наклона которых регулируется, что обеспечивает угол наклона блока для удобства оператора при работе.

Оператору удобен блок управления как в положении сидя, так и в положении стоя, то есть неболшое изменение расстояния к блоку управления не вызывает затруднений для контроля за стабилизатором тока.

Расстояние между ручками регулировка током находятся на достаточном расстоянии и позволяют небольшим усилием регулировать ток.

Конструкция обеспечивает удобство обслуживания и ремонта стабилизатора тока, то есть для открытия блока стабилизатора тока достаточно открыть дверцы.

Ручки управления стабилизатором тока размещены на оптимальном расстоянии в поле зрения, деления шкал видны достаточно чётко, индикаторы расположены достаточно близко от соответствующих органов управления

В однотипной аппаратуре (стабилизаторах тока) органы управления расположены одинаково, и по положению индикации можно быстро определить рабочее состояние стабилизатора тока.

Ручки при перемещении органов управления не закрывают шкалы индикатора.

Режим работы оператора допускает правильное чередование работы и отдыха, а также динамические и статические виды нагрузок, за счёт управления одним оператором стабилизатором тока и установкой плазменного напыления.

При небольшом изменени