Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок надійності стабілізованого перетворювача 12/220В
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра ТРР
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Розрахункова робота
Предмет:
Основи надійності РЕА
Група:
РТ-32
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Кафедра ТРР
Розрахункова робота
з дисципліни “ Основи надійності РЕП”
на тему: Розрахунок надійності стабілізованого перетворювача 12/220В
Львів 2007
Вступ
На практиці дуже часто необхідно забезпечити живлення побутової апаратури від автомобіля чи від батареї напругою 12 В. В літературі опубліковано немало матеріалів на цю тему, але більшість цих пристроїв є не стабілізованими.
Даний пристрій представляє собою простий стабілізуючий перетворювач для живлення навантаження потужністю до 150 Вт. Він призначений для живлення апаратури розрахованої на змінну напругу 220 В частотою 50 Гц, від бортової мережі автомобіля чи від акумуляторної батареї напругою 12 В.
Основні технічні характеристики
Вхідна напруга……………………………………..10…15 В
Границі зміни вихідної напруги при зміні вхідної напруги і потужності навантаження……………………………………….215-230 В
Максимальна потужність навантаження………….150 Вт
Технологічні особливості
Деталі пристрою, окрім трансформатора Т1, діодного моста VD4 і конденсатора С8, розташовані на односторонній друкарській платі з фольгованого склотекстоліту завтовшки 1,5...2 мм, креслення якої показане на рис. 1. Транзистори VТ5 \/Т6 впаяні в плату і пригвинчені через слюдяні прокладки до металевої пластини розмірами 40x30 мм, яка служить тепло відводом. Гвинти, що кріплять транзистори, ізольовані від пластини фторопластовими трубками і скло-текстолітовими шайбами. Виводи обмоток I припаяні до контактних пелюстків, пригвинчених до фланців транзисторів.
Перетин струмопровідних доріжок, по яких протікає великий струм, збільшують напаюванням на них додаткових провідників і валиків з припою.
Підбором резистора R3 встановлюють необхідну частоту вихідної напруги перетворювача, а підбором резистора R12 — амплітуду вихідної напруги, рівну 215...220 В, при мінімальній напрузі живлення (10 В).
Рис.1
Друкована плата пристрою
Ї
Рис.2
Опис елементної бази пристрою
Параметри резисторів МЛТ
Діапазон номінальних опорів, Ом
ТКС, 10-6, 1/0С в проміжку температур
Позначення групи ТКС
Від – 60 до + 200С
Від + 20 до + 1250С
1 - 100
( 5000
( 5000
Д
До 1(103
( 1000
( 500
Д
10(103 – 0,1(106
( 600
( 100
В
10(103 – 0,1(106
( 200
( 250
Г
10(103 – 0,1(106
( 250
( 50
Б
Більше 1(106
( 1200
( 1000
Ж
Граничні експлуатаційні дані:
Рівень власних шумів – 1,5мкВ/В;
Температура навколишнього середовища:
при номінальному електричному навантаженні
від – 60 до + 700С;
при зниженні електричного навантаження до 0,3 Рн
від – 60 до +1250С;
Відносна вологість повітря при температурі + 3500С до 98%;
Знижений атмосферний тиск до 133 Па (1 мм. рт. ст.);
Гранично робоча напруга постійного струму:
0,125 Вт – 200В;
0,25 Вт – 250В;
0,5 Вт – 350В;
1 Вт – 500В;
2 Вт – 750В.
Параметри конденсаторів К42
Найменування параметра
Величина параметра
1. Корпус
ЦМ
2. Номінальна ємність
0,047..1мкФ
3. Допустиме відхилення ємності, %
10; 20;
4. Номінальна робоча напруга, В
160
5. Інтервал робочих температур, 0С
-60...+70
Параметри конденсаторів КМ6
Найменування параметра
Величина параметра
1. Номінальна ємність
2мкФ-5000мкФ
2. Допустиме відхилення ємності, %
+80 до -20
3. ТКЄ на 1 0С
30 – 15000
4. Номінальна робоча напруга, В
6,3 – 25
5. Інтервал робочих температур, 0С
-60...+125
Параметри конденсаторів К50
Найменування параметра
Величина параметра
1. Номінальна ємність
1.5мкФ-5000мкФ
2. Допустиме відхилення ємності, %
+80 до -20
4. Номінальна робоча напруга, В
6,3 – 25
5. Інтервал робочих температур, 0С
-60...+85
Параметри бар’єрів Шотки
Тип
Uзв.max, В
Uпр, В, не більш
Іпр.max, мА
Ізв, мкА, не більш
Сд, пФ, не більш
1N5817
75
1
30
10
0,6
Параметри стабілітронів
Тип
Uст, В
rст, Ом, не більш
Іст. max, мА
Іст. mіn, мА
КС139А
11,5..14
28
24
3
Параметри діодів
Тип
Uзв.max, В
Uпр, В, не більш
Іпр.max, мА
Ізв, мкА, не більш
Сд, пФ, не більш
КД2997А
КЦ405А
400
600
1.2
2.5
700
300
300
125
0,8
1,6
Параметри світлодіода
Тип
Uпр, В
Яскравість свічення, нт
Іпр, мА
Т, 0С
АЛ307БМ
3.8
10
11
-60 - +70
Параметри оптопари
Тип
UВХ.max, В
Івх.max, мА
Спр, пФ
Івих тем, мкА
Тмах, 0С
АОД101А
15
20
12
22
40
Параметри транзисторів
Тип
Із,нА
не більш
Uпор, В
не більш
S, мА/В
Іс,мА
не більш
Uсв,В
не більш
Uзс,В
не більш
Свх, пФ,
Рр,Вт
КП304A
20
5
4
30
25
30
9
200
КП501А
50
5
10
50
30
35
9
250
IRL2505
150
20
7.5
150
55
60
12
700
Параметри контактної пари
Тип
Umax, В
Інтервал робочих температур, 0С
Іmax, мА
РЕС55
24
– 50…+70
100
КЕМ2
24
– 30…+ 50
55
Параметри трансформаторів
Тип
Umax, В
Інтервал робочих температур, 0С
Іmax, А
Т1 ТС180
360
– 50…+70
1
Умови експлуатації
Для даного приладу умови експлуатації є різними. Оскільки він може живитись від автомобільного акумулятора то його можна експлуатувати на автотранспортних засобах, але крім того він може живитись і від звичайної батареї напругою 12 В і тому може використовуватись як в стаціонарних так і побутових стаціонарних умовах. Але враховуючи те, що мені для подальших розрахунків необхідно зупинитись на одних умовах експлуатації, то найоб’єктивніше буде визначення умов як стаціонарних.
Опис схеми
Пристрій містить задаючий генератор на мікросхемі DA1, стабілізатор його живлення DA2, розрядні польові транзистори VT1-VT4, потужні транзистори VT5-VT6, які комутують струм в первинній обмотці трансформатора Т1, вузол захисту по струму на реле К1, вузол стабілізації вихідної напруги на мікросхемі DA3.
Генератор виробляє прямокутні імпульси з частотою близько 50 Гц із захисними паузами, що виключають одночасне відкриття комутуючих транзисторів VТ5 і \/Т6. Коли на виході Q1 (або Q2) з'являється низький рівень, відкриваються транзистори VT1 і \/ТЗ (або VT2 і \/Т4), викликаючи швидку розрядку ємностей затворів, а значить, і форсоване закривання транзисторів VТ5 і VТ6.
Власне перетворювач зібраний по двотактній схемі і особливостей не має. Розглянемо детальніше роботу вузла стабілізації вихідної напруги.
Якщо напруга на виході перетворювача з якої-небудь причини перевищить встановлене значення, напруга на резисторі R12 перевищить 2,5 В, струм через стабілізатор DA3 різко зросте. Це, у свою чергу, викличе освітлення фотодіода оптрона U1 і поява сигналу високого рівня на вході FV(вивід 2) мікросхеми DA 1.
Її виходи Q 1 і Q 2 перемкнуться в стан низького рівня, транзистори VТ5 і \/Т6 швидко закриються і струм в напівобмотках l.1 і l.2 припиниться, викликаючи зменшення вихідної напруги. Якщо ж вихідна змінна напруга з якої-небудь причини знизиться, освітлення фотодіода оптрона припиниться
мікросхема DА1 перейде в активний стан з появою на її виходах протифазних імпульсів.
У пристрої також є вузол захисту по струму, зібраний на реле К1. Якщо струм, що протікає через обмотку реле, перевищить встановлене значення, замкнуться контакти геркона К1.1. На вході FС (вивід 1) мікросхеми DА1 з'явиться високий рівень і виходи мікросхеми перемкнуться в стан низького рівня, викликаючи швидке закривання транзисторів \/Т5 і \/Т6 і різке зменшення споживаного струму. Після цього, незважаючи на те що контакти гекона К1.1 будуть розімкнені, мікросхема DА1 залишиться в заблокованому стані (низький рівень на виходах).
Для запуску перетворювача необхідний перепад напруги на вході IN (вивід 3) DА1, що досягається або короткочасним відключенням живлення, або короткочасним замиканням конденсатора С1. Для цього можна встановити кнопку без фіксації, контакти якої підключити паралельно конденсатору С1.
Оскільки вихідна напруга меандр, для його згладжування і наближення до синусоїдальної форми встановлений конденсатор С8. Світлодіод НL1 виконує функцію індикатора наявності вихідної напруги перетворювача.
Трансформатор Т1 виконаний на основі промислового ТС-180 від блоку живлення лампового телевізора. Всі його вторинні обмотки видаляють, а мережеву на напругу 220 В залишають. Вона служить вихідною обмоткою перетворювача. Напівобмотки 1.1 і 1.2 намотують дротом ПЄВ-2 1,8. Вони містять по 35 витків. Початок однієї обмотки сполучають з кінцем іншої і отримують середню точку первинної обмотки.
Реле вузлового захисту — саморобне. Обмотка реле містить 1—2 витки (підбирають виходячи з необхідного струму спрацьовування захисту) ізольованого дроту, розрахованого на протікання струму 20...30 А. Провід намотують на корпусі геркона КЭМ2 або будь-якого іншого із замикаючими контактами.
Карта режимів
Елемент
Hапругa U,В
Номінал елемента Ом
Струм,A
Кн.
R1 МЛТ 0,125
0,84
1000
0.00084
0,0056
R2 МЛТ 0,125
1,35
100000
0.000014
0,00015
R3 МЛТ 0,125
1,65
560000
0.0000029
0,000038
R4 МЛТ 0,125
1,52
180000
0.0000084
0,0001
R5 МЛТ 0,125
0,21
3000
0.00007
0.00012
R6 МЛТ 0,125
0.52
3000
0.00017
0,0001
R7 МЛТ 0,25
0,2
75
0.0026
0,0021
R8 МЛТ 0,25
0,2
75
0.0026
0,0021
R9 МЛТ 0,125
1,1
2000
0.00055
0,00061
R10 МЛТ 0,125
1,1
2000
0.00055
0,00061
R11 МЛТ 0,5
3
91000
0.000032
0,0002
R12 МЛТ 0,125
2
1000
0.002
0,05
R13 МЛТ 2
4,1
27000
0.00015
0,00041
R14 МЛТ 0,125
1,1
1000
0.0011
0,0097
R15 МЛТ 0,125
1,1
1000
0.0011
0,0097
C1 К42
0,84
1мкФ
0,02
C2 КМ 6
1,12
2,2
0.1
C3 К42
0,02
1
0.005
C4 К50-1
0,9
100
0.12
C5 К50-1
6
100
0.4
C6 К50-1
2
33
0.15
C7 К50-1
1,1
100
0.1
C8 КМ 6
220
0.22
0.8
VD1 1N5817
0,12
0.0001
0.01
VD2 1N5817
0,12
0.0001
0.01
VD3 КД29997А
0,2
0.0001
0.02
VD4 КЦ405А
220
0.0004
0.36
VD5 КС139А
4
0.0005
0.013
VT1 КП304А
0.6
0.0001
0,024
VT2 КП304А
0.54
0.00001
0.018
VT3 КП501А
1.2
0.00005
0.04
VT4 КП501А
1.2
0.00002
0.04
VT5 IRL2505
6.6
0.0005
0.12
VT6 IRL2505
6.6
0.0004
0.12
HL1 АЛ307БМ
3.5
0.0001
0.05
Т1 ТС-180
220
0.001
0.6
U1 АОД101А
3
0.00002
0.01
К1 РЕС55
6,1
0.0015
0.25
К1.1 КЕМ2
0.84
0.0008
0.035
Методика розрахунку надійності радіоелектронних пристроїв на основі використання показників інтенсивності відмов елементів.
Розрахунок надійності радіоелектронних пристроїв передбачає визначення показників надійності РЕП за відомими показниками надійності їх елементів та вузлів.
При розрахунку надійності враховуються такі положення:
відмова будь-якого елемента пристрою призводить до його відмови загалом;
відмови елементів є подіями випадковими і взаємно незалежними;
інтенсивності відмов елементів і потоки їх відмов не залежать від часу, тобто (0=const і (0=const.
Розрахунок надійності пристрою повинен виконуватись на стадіях ескізного і технічного проектів.
Послідовність розрахунку надійності визначається двома стадіями:
наближений розрахунок надійності, який проводиться на стадії ескізного проектування пристрою;
уточнений розрахунок надійності, який проводиться на стадії технічного проектування.
У цій роботі я буду використовувати метод уточненого розрахунку надійності.
Уточнений розрахунок надійності РЕП належить проводити на стадії технічного проекту, коли відомі електричні і теплові режими роботи радіоелементів, навантаження на деталі електромеханічних та механічних складових частин.
Напрацювання на відмову пристрою визначають за формулою
Поправні коефіцієнти К1, К2, К3, Кн1, Кн2, К(3, Кt, Ке вибирають з врахуванням рекомендацій, які наведено в додатках.
К1=((Кн,Т) - поправний коефіцієнт, який враховує електричне і теплове навантаження елемента;
К2=((U) - поправний коефіцієнт, який враховує номінальну напругу конденсаторів різних видів;
К3=(( ) - поправний коефіцієнт, який враховує, відносне число перемикань тумблерів, перемикачів та мікроперемикачів;
Кn1=(( ) - поправний коефіцієнт, який враховує струмове навантаження контактної пари реле;
Кn2=((R,Т)- поправний коефіцієнт, який враховує вид навантаження (активне, індуктивне) реле.
К(3=(( ) - поправний коефіцієнт, який враховує відносне число з’єднань роз(ємів.
Кn2=((Т(,С) - поправний коефіцієнт, який враховує температуру зовнішнього середовища і час, упродовж якого обмотка реле знаходиться під напругою.
Ке - поправний коефіцієнт, який враховує умови експлуатації пристрою.
Формули для розрахунку робочої інтенсивності відмов і коефіцієнтів
навантаження електрорадіоелементів і комплектуючих виробів.
Інтенсивність відмов резисторів (Р визначається за формулою
Коефіцієнти електричного навантаження по потужності КНП і напрузі КНН визначаються за формулами
,
При дії на резистор постійної і змінної напруги коефіцієнт навантаження розраховують за формулою
Інтенсивність відмов конденсаторів визначається за формулою
коефіцієнт електричного навантаження , де
UР- фактична максимальна робоча напруга на конденсаторі;
UДОП- гранична допустима робоча напруга за технічними умовами.
В даній схемі, враховуючи що змінні струми дуже малі, розрахунок коефіцієнтів навантаження проводиться по постійному струмові. На деяких елементах коефіцієнт навантаження дуже малий, тому за робочу інтенсивність відмов цих елементів будемо приймати середньостатистичну інтенсивність відмов у конкретних умовах експлуатації. Такими елементами є: деякі резистори та конденсатори.
3. Інтенсивність відмов напівпровідникових виробів розраховують за формулою:
Коефіцієнт електричного навантаження розраховується в залежності від типу напівпровідникового виробу.
Розрахунок надійності пристрою
Назва і тип
еле-
мента
1/год.
КН
Т
ОС
Поправні коефіцієнти
1/год.
N
1/год.
При-
міт-
ка
К1
К2
К3
Кн1
Кн2
К”3
Кt
Ке
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Резистори постійні
R1- МЛТ-О,125-
1 кОм
0,7
0.0056
30
0,25
2
0,35
1
--
R2-МЛТ-О,125-100 кОм
0,7
0,00015
30
0,25
2
0,35
1
--
R3-МЛТ -О,125-560кОм
0,7
0,000038
30
0,25
2
0,35
1
---
R4-МЛТ -О,125-18ї0кОм
0,7
0,0001
30
0,25
2
0,35
1
---
R5-МЛТ-О,125- 3 кОм
0,7
0.00012
30
0,25
2
0,35
1
---
R6-МЛТ-О,125-3 кОм
0,7
0,0001
30
0,25
2
0,35
1
---
R7-МЛТ-О,25-75 Ом
0,7
0,00021
30
0,25
2
0,35
1
---
R8-МЛТ -О,25-75 Ом
0,7
0,00021
30
0,25
2
0,35
1
---
R9-МЛТ -О,125-2 к Ом
0,7
0,00061
30
0,25
2
0,35
1
---
R10-МЛТ-О,125-2кОм
0,7
0,00061
30
0,25
2
0,35
1
---
R11-МЛТ- О,5-91кОм
0,7
0,0002
30
0,25
2
0,35
1
---
R12-МЛТ-О,125-1 кОм
0,7
0,05
30
0,25
2
0,35
1
---
R13- МЛТ-2-27 кОм
0,7
0,00041
30
0,25
2
0,35
1
---
R14-МЛТ-О,125-1 кОм
0,7
0,0097
30
0,25
2
0,35
1
---
R15-МЛТ-О,125-1 к
Ом
0,7
0,0097
30
0,25
2
0,35
1
---
Конденсатори
Метало-паперові
С1- К42-1мкФ
-20%+80%
0,2
0.02
30
0,1
1
2
0,04
1
---
С3-К42-1мкФ
-20%+80%
0,2
0.01
30
0,1
1
2
0,04
1
---
Конденсатори
керамічні
С2-КМ6 -2.2 мкФ
-20%+80%
0,7
0.1
30
0,1
1
2
0,14
1
---
С8- КМ6 -0.22 мкФ
-20%+80%
0,7
0.08
30
0,5
1
2
0,7
1
---
Конденсатори
Оксидно-електролітичні
С4- К50-100 мкФВ
-20%+80%
1
0.12
30
0,2
1,5
2
0,6
1
---
С5-К50-100 мкФВ
-20%+80%
1
0.4
30
0,5
1,5
2
1,5
1
---
С6-К50-33 мкФВ
-20%+80%
1
0.15
30
0,2
1,5
2
0,6
1
---
С7- К50-100мкФВ
-20%+80%
1
0.1
30
0,2
1,5
2
0,6
1
---
Діоди
VD1-1N5817
3
0.01
30
0.1
2
0.6
1
---
VD2-1N5817
3
0.01
30
0.1
2
0.6
1
---
VD3-КД2997А
3
0.02
30
0,1
2
0,6
1
---
VD4-КЦ405А
0.5
0.41
30
0.45
2
0.45
1
---
Світлодіод
HL1 АЛ307БМ
1.5
0.007
30
0.1
2
0.2
1
Стабілітрон
VD5 – KC139A
0.7
0,3
30
0,12
2
0,17
1
---
Транзистори польові
VT1-КП304А
1
0,024
30
0,05
2
0,1
1
---
VT2-КП304А
1
0,018
30
0,05
2
0,1
1
---
VT3-КП501А
1
0,04
30
0,05
2
0,1
1
---
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VT4-КП501А
1
0,04
30
0,05
2
0,1
1
---
VT5-IRL2505
1
0,12
30
0,05
2
0,1
1
---
VT6-IRL2505
1
0,12
30
0,05
2
0,1
1
---
Трансформа- тор
T1
2
0,6
30
0,12
2
0,48
1
__
Реле
К1
2,8
0,01
30
0,2
1
0,65
2
0,72
1
__
Геркон
К1.1
2,5
0,1
30
0,05
2
0,28
1
__
Оптопара
1.5
0.01
30
0.1
2
0.6
Роз’ємне з’єднання
3,2
0.01
30
0.1
2
0.1
1
__
Визначимо значення сумарного параметра потоку відмов
Визначимо середній час напрацювання на відмову даного пристрою :
Т= 32950 год.
Зобразимо графік залежності ймовірності безвідмовної роботи пристрою в залежності від часу роботи.
Рис. 3. Залежності ймовірності безвідмовної роботи пристрою від часу роботи
Висновок : Здійснивши всі розрахунки по надійності даної схеми я можу зробити висновок про те, що вона характеризується високою надійністю з середнім часом напрацювання на відмову 32950 год. Останній показ-ник є достатньо великим, що підтверджує високу надійність пристрою. Такі непогані результати ми отримали завдяки відсутності в схемі пе-ревантажених елементів. Найбільш навантаженим є трансформатор і транзистори VT5 та VT6. До транзисторів можна пригвинтити металеві пластини (наприклад через слюдяні прокладки). Даний трансформатор можна замінити трансформатором у якого б опір обмотки був меншим (після 2-ох годин роботи), щоб дозволило дещо зменшити температуру обмотки та відповідно коефіцієнт навантаження. Крім того можна взяти транзистори з більшими допустимими параметрами. Найменш наван-таженим елементом є резистор R3.Отже можна підсумувати, що дана схема характеризується високою надійністю, цього вдалось досягти відносно невеликою кількістю елементів та відсутністю перенавантаж-жених складових.
Список літератури :
1. «Основи надійності радіоелектронних пристроїв». За ред. д-ра техн. наук, проф. Л.А. Недоступа.- “Львівська політехніка” 1998 р.
2. «Методика розрахунку надійності радіоелектронних пристроїв»/Л.А.Недоступ, Ю.Я.Бобало, М.Д.Кіселичник, О.В.Лазько. -“Львівська політехніка” 2005 р.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора