Дипломная (вкр): Разработка лабораторного блока питания на основе микроконтроллера

Определение диаметра проводов обмоток трансформатора:

d₂ = 0,8* ,          (3.9)

где: d₂-диаметр провода, мм;₂-ток через обмотку, А.

d₂ = 0,8* √1 = 0,8 мм.

Из справочника выбираем стандартный провод и его марку:

₁ = 0,12 ПЭЛ;

d₂ = 0,8 ПЭЛ.

В результате расчётов, получены следующие данные:

U₁ = 220 В.₁ = 0,037 A.₁ = 8,14Вт.₁ = 1353,8Вит.₁ = 0,12 мм.

U₂ = 5 В.₂ = 1 A.₂ = 5 Вт.₂ = 33,8Вит.

d₂ = 0,8 мм.

3.2 Расчёт выпрямителя

Выбор выпрямительного диода и конденсатора, а также определение необходимого переменного напряжения, снимаемого для выпрямления с вторичной обмотки сетевого трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на нагрузке (U_н) и потребляемый ею максимальный ток (I_н). (Рисунок 9).

Рисунок 9 - Схема выпрямителя

Расчет производится в таком порядке:

Определение переменного напряжения, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:

₂ = B * U_н,                                                                                           (3.0)

где: U_н - постоянное напряжение на нагрузке, В;

В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по таблица 1.

U₂ = 1,7 * 5 = 8,5 В.

Таблица 1.1 - Коэффициент, зависящий от тока нагрузки

По току нагрузки производится расчёт максимального тока, текущего через каждый диод выпрямительного моста:

_д = 0,5 * С * I_н,                                                                                    (3.1)

где: I_д - ток через диод, А;_н - максимальный ток нагрузки, А;

С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определение по табл. 1).

I_д = 0,5 * 1,8 * 1 = 0,9 А.

Расчёт обратного напряжения, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

_обр = 1,5 * U_н,                                                                                      (3.2)

где: U_обр - обратное напряжение, В;_н - напряжение на нагрузке, В._обр = 1,5 * 5 = 7,5 В.

Выбор диодов, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

Выпрямительный диод: Д9И.

U_обр = 7,5;

I = 0,3 А.

Определение емкости конденсатора фильтра:

С_ф = 3200 * I_н / U_н * K_п,                                                                     (3.3)

где: С_ф - емкость конденсатора фильтра, мкФ;_н - максимальный ток нагрузки. A;_н - напряжение на нагрузке, В;_п - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).

С_ф = 3200 * 1/ 5 * 0,053 = 12075 мкФ.

Выбираем стандартный конденсатор сглаживающего фильтра: К50-35.

Вывод: в результате проведённых расчётов выбраны выпрямительные диоды моста Д9И, и был выбрал стандартный конденсатор ёмкостью 12000 мкФ 20 В.

3.3 Расчет надежности

Цель расчета: Рассчитать надежность блока питания.

Надежность это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого времени.

Для приборов и изделий, не ремонтируемых в условиях эксплуатации, важнейшим показателем надежности является вероятность безотказной работы Р (вероятность того, что в заданном интервале времени t не возникнет отказ).

В составе любого прибора можно выделить n простейших элементов, внезапный отказ которых приведет к отказу прибора в целом. Поэтому условием безотказной работы прибора является отсутствие внезапных отказов этих элементов.

Исходные данные для расчета:

Амортизация отсутствует

Влажность воздуха 60.0%

Высота над уровнем моря 1.000 км.

Заданное время работы 10000.0 час.

Исходными данными для расчета также являются значения интенсивностей отказов всех радиоэлементов и элементов конструкций.

Расчет надежности устройства состоит из следующих этапов:

Определяется суммарное значение интенсивности отказов по формуле:

,час^-1                                                            (3.14)

где n - число наименований радиоэлементов и элементов конструкции устройства;

 - величина интенсивности отказа i-го радиоэлемента, элемента конструкции с учетом заданных для него условий эксплуатации: коэффициента электрической нагрузки, температуры, влажности, технических нагрузок и т.п.;

N_i - количество радиоэлементов, элементов конструкции i-го наименования.

Определяется значение величины наработки на отказ T по формуле:

,                                                                                      (3.15)

Определяется значение вероятности безотказной работы P(t) по формуле:

                                                                                (3.16)

где t - заданное время безотказной работы устройства в часах.

Полученные результаты сравниваются с заданными.

Таблица 1.2 - Справочные и расчетные данные элементов конструкции.

Примечания:

 - априорная номинальная интенсивность отказов при температуре окружающей среды 20⁰С и коэффициенте нагрузки K_Hi=1;

- коэффициент, зависящий от температуры и коэффициента нагрузки K_Hi. Определяется по графикам: Парфенов Е.М. “Проектирование конструкций РЭА” стр. 176.

 - коэффициент, учитывающий климатические и механические нагрузки;

 - расчетная величина интенсивности отказов по i-му радиоэлементу, элементу конструкции, час^-1;

N_i - число элементов i-ой группы.

Расчетная величина интенсивности отказов i-го элемента, приведенная в таблице 3.1, определяется по формуле:

, час^-1.                                                 (3.17)

Расчет выполняется для периода нормальной эксплуатации при следующих допущениях:

Отказ элементов случаен и независим;

Учитываются только внезапные отказы;

Имеет место экспоненциальный закон надежности устройства.

Определим суммарное значение интенсивности отказов по (3.14):

(0,2*13+0,4*3+0,1*29+5,0*1+0,1*1+0,96*4+0,3*6+1,12*1+1,2*6+0,2*1+0,6*262)*10^-7 =(6,5+1,2+2,9+5+0,1+3,84+1,8+1,12+7,2+0,2+157,2)*10^-7=187,06 * 10^-7 1/час

Интенсивность отказов: 187,06 * 10^-7 1/час

Определим значение величины наработки на отказ T по формуле (3.15):

=1/(187,06 * 10^-7) = 53459 час.

наработка на отказ Т= 53459 час.

Определим значение вероятности безотказной работы P(t) по формуле (3.16)

= 0,83

вероятность безотказной работы P(t) = 0,83

Полученное значение наработки на отказ Т=53459час превышает заданное, равное 10000 часов, что гарантирует надежную работу разрабатываемого прибора.

4. Экономическая часть

4.1 Исходные данные для расчета затрат

В дипломном проекте разработан лабораторный блок питания на основе микроконтроллера.

Определим исходные данные для расчета затрат на осуществление технического проекта системы. Сведем в таблицу 2 трудоемкость инженерно-технического персонала.

Таблица 2 - Данные для расчета заработной платы

Для определения амортизационных отчислений сведем в таблицу 3. Используемое оборудование и программное обеспечение (ПО) при проектировании.

Таблица 3 - Используемое оборудование и Подля проектирования системы

Определим исходные данные для расчета затрат на внедрение системы. При внедрении систем учитываются трудозатраты сотрудников, осуществляющих работы (кодирование, монтаж систем, тестирование, отладку), а также затраты на оборудование, комплектующие, материалы и специальное программное обеспечение, позволяющее физически реализовать и обеспечить качество системы.

Определение суммы материальных затрат.

Составим ведомость применяемых материалов на изготовление.

Таблица 4 - Ведомость материалов

М = ∑ⁱ₁Q×Ц_i , руб.                                                                                 (4.1)