3.3 Разработка принципиальной электрической схемы

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема устройства

Основой регулятора является унифицированный понижающий трансформатор Т1. Он включен по схеме автотрансформатора. Кроме трансформатора схема содержит выпрямитель для питания электронной части схемы, два пороговых устройства и узел включения выходного напряжения. Последний обеспечивает некоторую задержку появления напряжения на выходе. Это необходимо для того, чтобы устройство успело войти в рабочий режим.

При коммутации вторичных обмоток неизбежно возникновение помех, от которых обгорают контакты реле. Для защиты от этого явления служит цепочка, состоящая из резистора R1 и конденсатора C2.

Электронная часть устройства получает питание от нестабилизированного выпрямителя, состоящего из диодного моста VD1 и сглаживающего конденсатора C1. Конденсаторы C3 и C4 установленные в пороговых устройствах, предназначены для устранения кратковременных изменений (выбросов) выпрямленного напряжения. Это же напряжение используется для контроля сетевого напряжения.

На транзисторе VT3 и элементах C5 и R6 собран таймер задержки включения. Также устройство содержит два пороговых устройства, конструкция которых аналогична.

Первое пороговое устройство выполнено на транзисторе VT1, резисторах R2, R3, стабилитронах VD2, VD3 , и конденсаторе C3. Реле К1 включено в коллекторную цепь транзистора VT1. Для защиты транзистора от напряжения самоиндукции катушка реле зашунтирована диодом VD4.

Контакты реле К1 переключают обмотки трансформатора Т1 при срабатывании порогового устройства. Конденсатор С3 предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, а также устранения помех. По такой же схеме собрано и второе пороговое устройство. Оно состоит из элементов VT2, VD4, VD5, R4, R5, C4, реле К2.

Работа регулятора напряжения

Работу регулятора удобно рассматривать по частям. При включении устройства на конденсаторе С1 появляется напряжение, которое начинает заряжать конденсатор С5. С задержкой около двух секунд открывается транзистор VT3, включается реле К3, и в нагрузку подается напряжение.

Сетевое напряжение понижено

В том случае, когда напряжение в сети менее 190 В не сработает ни одно пороговое устройство и контакты реле К1 и К2 находятся в том положении, как показано на схеме. В этом случае к нагрузке будет подано сетевое напряжение и плюс к нему напряжение с обмоток III и VI. Если напряжение сети в этот момент будет 150 В, на нагрузке будет не менее 190 В.

Сетевое напряжение почти в норме.

Если сетевое напряжение будет в диапазоне 190…220 В, выходное напряжение выпрямителя достаточно для открытия стабилитронов VD2, VD3, что приведет к открытию транзистора VT1, поэтому сработает реле К1. если проследить по схеме, то можно увидеть, что в этом случае подключатся обмотки III и IV.

Сетевое напряжение повышено

В случае, когда сетевое напряжение превысит 220 В, произойдет срабатывание реле К2, которое своими контактами подключит обмотки V и IV. Эти обмотки включены противофазно, поэтому выходное напряжение уменьшится.

Детали и конструкция регулятора напряжения

Почти все детали можно смонтировать на печатной макетной плате проводным монтажом. В конструкции можно применить резисторы типа МЛТ или импортные. Оксидные конденсаторы лучше также импортные, сейчас их, наверно, проще купить, чем отечественные. Да и качество у них получше. Диодный мостик можно заменить дискретными диодами, например 1N4007. Транзисторы подойдут любые маломощные с напряжением коллектор - эмиттер не менее 30 В и током, достаточным для срабатывания реле. Кроме указанных на схеме подойдут КТ645, КТ503, КТ972 с любым буквенным индексом.

Вместо указанных на схеме двуханодных стабилитронов возможно применение обычных Д810…Д814. Перед установкой их следует подобрать по напряжению в соответствии с указанными на схеме.

В качестве реле лучше применить импортные (Tianbo, Trl, Trk и подобные, их тоже сейчас проще и дешевле купить) с катушкой на 24 В. Контакты реле должны быть рассчитаны на ток не менее 1,5 А. Многие такие реле, при весьма малых габаритах, имеют контакты, рассчитанные на ток 10…16 А.

микроконтроллер защита перепад сеть

4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

4.1 Расчет надёжности разработанной электрической принципиальной схемы

В данном разделе курсового проекта необходимо провести расчет показателей надежности разработанной электрической принципиальной схемы заданного устройства. К основным показателям надежности относятся:

1) Л - интенсивность отказов устройства;

2) T₀ - средняя наработка на отказ;

3) Р (t₃) - вероятность безотказной работы на заданное время t₃ (примем t₃ = 5000 часов);

4) T_г - процентная наработка до отказа (примем г=90%)

Пользуясь перечнем элементов и технической документацией на них, составим таблицу со всеми электрическими и эксплуатационными характеристиками, необходимыми для расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов. Расчет будем проводить приближенно без учета поправочных коэффициентов. Предположим, что устройство работает в нормальном режиме в лабораторных условиях. Все исходные данные и результаты расчетов сведем в таблицу 4.1.

Пользуясь справочными данными, находим для каждого элемента схемы базовую интенсивность отказа и заносим в таблицу 4.1.

Исходные данные для расчёта интенсивности отказов устройства

В нашем случае учёт электрического режима, температуры окружающей среды и других факторов, влияющих на эксплуатационную безотказность устройства, выполняется приближенно с помощью обобщенного коэффициента К_Э.ОБ. Значение этого коэффициента зависит от типа устройства и условий его эксплуатации. Так как предполагается, что разрабатываемое устройство будет работать в лабораторных условиях, то К_Э.ОБ = 1.Тогда суммарная интенсивность отказов определяется по формуле.

(4.1)

гдесреднегрупповое значение интенсивности отказов элементов j-ой группы (находится по справочнику);

к - число сформированных групп однотипных элементов;

количество элементов в j-ой группе.

= 0,041?4+0,091?3+0,21?1+0,044?9+0,022?5+0,044?3+0,011?1+0,18?4+

+0,0072?1=2,023?10^-6 1/ч

Далее определим среднюю наработку до отказа.

Средняя наработка до отказа Т₀ - это математическое ожидание наработки устройства до первого отказа (может быть определена по потоку отказов).

(4.2)

Т₀==494315 ч

Определим вероятность безотказной работы устройства. Вероятность безотказной работы Р(t_З) представляет собой вероятность того, что в пределах заданного промежутка времени отказ системы не возникнет. В курсовом проекте необходимо рассчитать вероятность безотказной работы для промежутка времени t_з = 5000 часов. Вероятность безотказной работы рассчитывается по формуле

(4.3)

=0,91

Рассчитаем гамма-процентную наработку на отказ. Гамма-процентная наработка до отказа - это наработка, в течение которой отказ в изделии не возникнет с вероятностью г, выраженной в процентах.

В курсовом проекте необходимо рассчитать в течение какого времени в разрабатываемом устройстве отказ не наступит с вероятностью 90%. Гамма-процентную наработку находят по формуле.

(4.4)

Т_Г = - 49431551903 ч