Потребляемый ток

Vcc =12 В

Драйвера (IR2127, UCC37322)

Vcc =~12 В

Управление ключами (TV7, TV12)

Vcc =±12 В

Датчик тока (DA1)

Vcc =5 В

Микросхема развязки (DA8)

Микросхема интерфейса RS485 (DA4)

Vcc =3.3 В

Микроконтроллер (DD1)

Заложим общую мощность, потребляемую от источника собственных нужд .

Источники малой мощности (до 150 Вт) обычно построены по схеме однотактного обратноходового преобразователя напряжения. В данной дипломной работе источник питания собственных нужд выполнен на микросхеме UC3842. Выбор данного источника питания обусловлен тем, что подобные преобразователи получили широкое распространение при проектировании микропроцессорных устройств и не раз проектировались в лаборатории группового проектного обучения (ГПО) силовых микропроцессорных устройств (СМУ). Рассмотрение других источников питания не осуществлялось. Микросхема UC3842 имеет минимальное напряжение для запуска микросхемы которое составляет 10 В, что для нас не мало важно. На рисунке 6.1 приведена типовая схема включения микросхемы UC3842 [19].

Микросхема UC3842 имеет все необходимые функциональные возможности для создания схем управления сетевыми импульсными источниками питания. Встроенные структурные элементы микросхемы обеспечивают её отключение при недопустимо низком входном напряжении и пусковом токе менее 1 мА. Прецизионный источник опорного напряжения тактирован для повышения точности на входе усилителя сигнала ошибки. ШИМ-компаратор контролирует также ограничение по току, а квазикомплиментарный выходной каскад рассчитан на значительные броски тока (как втекающего, так и вытекающего). Выходной каскад обеспечивает работу на нагрузку типа n-канального полевого транзистора с изолированным затвором и имеет низкий логический уровень напряжения в отключённом состоянии.

Схема источника питания приведена на рисунке 6.2.

Произведем расчет источника питания собственных нужд (ИПСН) приведенного на рисунке 6.2. Параметры ИПСН:

- минимальное входное напряжение ;

- максимальное входное напряжение ;

- активная мощность источника ;

- частота преобразования ;

- максимальная длительность импульса ;

- максимальная длительность разряда ;

- выходное напряжение ;

- выходное напряжение ;

- выходное напряжение ;

- собственная обмотка для микросхемы .

Произведем расчет и выбор стартового терморезистора. Он защищает элементы входной цепи от скачка тока в конденсаторе при включении в сеть.

Сопротивление резистора

Мощность резистора

Выбираем терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом SCK-101 c сопротивлением 10 Ом при 25 єC.

Средний ток рассчитывается по формуле:

(6.1)

Максимальный ток первичной и третьей обмотки рассчитывается по формуле:

(6.2)

(6.3)

Индуктивность первичной обмотки рассчитывается по формуле:

(6.4)

Индуктивность вторичной обмотки рассчитывается по формуле:

(6.5)



Выбираем сердечник феррит марки N87 на каркас ETD29 с площадью сечения и полагаем зазор .

Определим количество витков каждой из обмоток:

положим равным 30 число витков первичной обмотки.

Рассчитаем рабочую индукцию по формуле:

(6.6)

положим равным 11 число витков вторичной обмотки.

Рассчитаем действующие токи каждой из обмоток по формулам:

Произведем расчет провода, которым будет осуществляться намотка по формуле:

Расчет токочувствительного резистора по формуле:

(6.7)

Расчет силового ключа по формуле:



7. Разработка печатной платы источника

Печатные платы - это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи. Они получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков благодаря следующим преимуществам по сравнению с традиционным объемным монтажом проводниками и кабелями:

- повышение плотности размещения компонентов и плотности монтажных соединений, возможность существенного уменьшения габаритов и веса изделий;

- получение печатных проводников, экранирующих поверхностей и электро и радиодеталей в одном технологическом цикле;

- гарантированная стабильность и повторяемость электрических

характеристик (проводимости, паразитных емкости и индуктивности);

- повышение быстродействия и помехозащищенности схем;

- повышенная стойкость и климатическим и механическим

воздействиям;

- унификация и стандартизация конструктивных и технологических решений;

- увеличение надежности узлов, блоков и устройства в целом;

- улучшение технологичности за счет комплексной автоматизации монтажно-сборочных и контрольно-регулировочных работ;

- снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.

Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия.

Общие требования к ПП

Диэлектрическое основание ПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре.

Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, разрывов, следов инструмента и остатков технологических материалов.

Монтажные и фиксирующие отверстия должны быть расположены в соответствии с требованиями чертежа и иметь допустимые отклонения, определяемые классом точности ПП. Для повышения надежности паяных соединений внутреннюю поверхность монтажных отверстий покрывают слоем меди толщиной не менее 25 мкм.

Контактные площадки представляют собой участки металлического покрытия, которые соединяют печатные проводники с металлизацией монтажных отверстий. Их площадь должна быть такой, чтобы не было разрывов при сверлении и остался гарантийный поясок меди шириной не менее 50 мкм. Разрывы контактных площадок не допускаются, так как при этом уменьшаются токонесущая способность проводников и адгезия к диэлектрику.

Виды печатных плат. В зависимости от числа нанесенных печатных проводящих слоев печатные платы разделяются на одно- двух- и многослойные. Первые два типа называют также одно- и двусторонними.

Односторонние печатные платы (ОПП) выполняются на слоистом прессованном или рельефном литом основании без металлизации или с металлизацией монтажных отверстий. Платы на слоистом диэлектрике просты по конструкции и экономичны в изготовлении. При невозможности стопроцентной разводки печатных проводников применяются навесные перемычки. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания, устройств техники связи. Низкие затраты, высокую технологичность и нагревостойкость имеют рельефные литые ПП, на одной стороне которых расположены элементы печатного монтажа, а на другой - объемные элементы (корпуса соединителей, периферийная арматура для крепления деталей и ЭРЭ, теплоотводы и др.). В этих платах за один технологический цикл получается вся конструкция с монтажными отверстиями и специальными углублениями для расположения ЭРЭ, монтируемых на поверхность. В настоящее время технология рельефных ПП интенсивно развивается.

Двусторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического или металлического основания и обеспечивают высокую плотность установки компонентов и трассировки. Переходы проводников из слоя в слой осуществляются через металлизированные переходные отверстия. Платы допускают как монтаж компонентов на поверхности, в том числе с двух сторон, так и монтаж компонентов с осевыми и штыревыми выводами в металлизированные отверстия. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решить проблему теплоотвода в сильноточной аппаратуре.

Многослойные печатные платы (МПП) состоят из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования. Электрическая связь между проводящими слоями выполняется специальными объемными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией. По сравнению с ОПП и ДПП они характеризуются повышенной надежностью и плотностью монтажа, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, уменьшением размеров и числа контактов. Однако большая трудоемкость изготовления, высокая точность рисунка и совмещения отдельных слоев, необходимость тщательного контроля на всех операциях, низкая ремонтопригодность, сложность технологического оборудования и высокая стоимость позволяют применять МПП только для тщательно отработанных конструкций радиоэлектронной аппаратуры.

При разработке конструкции печатных плат решаются следующие взаимосвязанные между собой задачи:

- схемотехнические - трассировка печатных проводников,

минимизация слоев и т.д.;

- радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий

связи и пр.;

- теплотехнические - температурный режим работы ПП, теплоотводы;

- конструктивные - размещение элементов на ПП, контактирование

и пр.;

- технологические - выбор метода изготовления, защита и пр.

Конструктивные особенности ПП. Ширину печатных проводников рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружающей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровными, проводники без вздутий, отслоений, разрывов, протравов, пор, крупнозернистости и трещин, так как эти дефекты влияют на сопротивление проводников, плотность тока, волновое сопротивление и скорость распространения сигналов.

Расстояние между элементами проводящего рисунка, расположенными на наружных или в соседних слоях ПП, зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями.

Координатная сетка чертежа ПП необходима для координации элементов печатного рисунка. В узлах пересечений сетки располагаются монтажные и переходные отверстия. Основным шагом координатной сетки принят размер 0,5 мм в обоих направлениях. Если этот шаг не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, можно применять шаг, равный 0.05 мм. При использовании микросхем и элементов с шагом выводов 0.625 мм допускается применение шага координатной сетки 0.625 мм. При использовании микросхем зарубежного производства с расстояниями между выводами по дюймовой системе допускается использование шага координатной сетки, кратного 2.54 мм.

Диаметры монтажных и переходных отверстий (металлизированных и неметаллизированных) должны выбираться из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; U; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4;2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0. Монтажные отверстия предназначены для установки микросхем и ЭРЭ, а переходные отверстия для электрической связи между слоями или сторонами ПП.

Допустимая плотность тока для ОПП, ДПП и наружных слоев МПП - 20 А/мм²; для внутренних слоев МПП - 15 А/мм². Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях ПП и ГПК, зависит от материала основания печатной платы и не должно превышать значений, указанных в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Допустимое рабочее напряжение между элементами проводящего рисунка

Расстояние между элементами рисунка, мм	Значение рабочего напряжения, В
	Фольгированный гетинакс (ГФ)	Фольгированный стеклотекстолит (СФ)
От 0,1 до 0,2	--	25
Свыше 0,2 до 0,3	--	50
Свыше 0,3 до 0,4	75	100
Свыше 0,4 до 0,5	150	200
Свыше 0,5 до 0,75	250	350
Свыше 0,75 до 1 ,5	350	500
Свыше 1,5 до 2,5	500	650

Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, расположенными на наружном слое ПП, зависят от материала основания ПП, условий эксплуатации и не должны превышать следующих значений (таблица 7.2).

Таблица 7.2 - Допустимые рабочие напряжения

Расстояние между элементами проводящего рисунка, мм	Значения рабочего напряжения, В
	Нормальные условия	Относительная влажность (93±3 )% при 40+2 °С в течение 48 ч	Пониженное атмосферное давление
			400 мм рт. ст.	5 мм рт. ст.
	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,2	--	25	--	15	--	20	--	10
От 0,2 до 0,3	30	50	20	30	25	40	20	30
От 0,3 до 0,4	100	150	50	100	80	ПО	30	50
От 0,4 до 0,7	150	300	100	200	ПО	160	58	80
От 0,7 до 1,2	300	400	230	300	160	200	80	100
От 1,2 до 2,0	400	600	300	360	200	300	100	130
От 2,0 до 3,5	500	830	360	430	250	400	ПО	160
От 3,5 до 5,0	660	1160	500	600	330	560	150	210
От 5,0 до 7,5	1000	1500	660	830	500	660	200	250
От 7,5 до 10,0	1300	2000	830	1160	560	1000	230	300
От 10,0 до 15,0	1800	2300	1160	1600	660	1160	300	330

Классы точности ПП. Отечественным стандартом ГОСТ 23751-86 предусматривается пять классов точности (плотности рисунка) ПП (таблица 7.3). Выбор класса точности определяется достигнутым на производстве уровнем технологического оснащения. В КД должно содержаться указание на необходимый класс точности ПП.

Платы первого и второго классов точности просты в изготовлении, дешевы, не требуют для своего изготовления оборудования с высокими техническими показателями, но не отличаются высокими показателями плотности компоновки и трассировки.

Для изготовления плат четвертого и пятого классов требуется специализированное высокоточное оборудование, специальные материалы, безусадочная пленка для изготовления фотошаблонов, идеальная чистота в производственных помещениях, вплоть до создания "чистых" участков (гермозон) с кондиционированием воздуха и поддержанием стабильного температурно-влажностного режима. Технологические режимы фотохимических и гальвано-химических процессов должны поддерживаться с высокой точностью.

Таблица 7.3 - Классы точности ПП

Наименование параметра	Усл. обозн.	Размеры элементов проводящего рисунка для классов, мм
Расстояние между проводниками, контактными площадками, металлизированными отверстиями	t	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия	S	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
Отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы	f	0.4	0.4	0.33	0.25	0.2

В проекте было разработано две печатные платы, которые располагаются в одном корпусе. Первая плата силовая (рисунок 7.1) располагается на первом этаже, т.е на ней расположены силовые ключи инвертора, силовой дроссель, система управления силовыми ключами инвертора, источник питания собственных нужд. Причем плата крепится к радиатору, транзисторы и диоды плотно прижимаются болтами к радиатору. Вторая плата управления (рисунок 7.2), на ней размещен индикация и управляющие кнопки. С платой силовой она соединяется через шлейф.

В качестве материала для изготовления печатных плат используется двухсторонний фольгированный стеклотекстолит СФ-2Н-50-1,5 ГОСТ 10316-78.

При проектировании печатной платы использован шаг координатной сетки 1,25 мм. Ёмкости, резисторы, диоды и микросхемы установлены в узлах координатной сетки и располагаются параллельно печатной плате. Расстояние между корпусами не менее одного миллиметра.

Размеры сквозных отверстий берутся в соответствии с ГОСТ 11284-75. Плата изготовлена комбинированным позитивным способом ГОСТ 23752-79.

Исходя из требований допустимого перегрева печатных проводников, для них устанавливается допустимая плотность тока J_доп = 30 А/мм².

Допустимый ток в печатных проводниках определяется как:

(7.1)

где b - ширина проводника, мм;

t_п - толщина проводника, мкм.

Для стабильности работы печатных проводников должно соблюдаться равенство:

(7.2)

где: I - ток, протекающий в проводнике, А.

Толщина фольги на фольгированных материалах берется равной 70 мкм. Ширина b зависит от величины протекающего тока и перегрева проводника. На различных участках платы протекают разные по величине токи. При данной толщине фольги по проводнику шириной 1 мм может проходить ток:

А



8. Разработка конструкции прибора

За основу конструкции прибора был использован алюминиевый профиль, который в дальнейшем будет радиатором силовой платы. Радиатор будет несущей конструкцией прибора, к которой будут крепиться силовая плата и корпус прибора. Алюминиевый профиль изображен на рисунке 8.1 все размеры указаны в мм.

После того как определились с профилем, мы можем сказать, что ширина печатной платы не должна превышать ширину профиля. После того как были расставлены элементы силовой платы, мы можем приблизительно сказать о длине профиля. Длина профиля была выбрана 300 мм.

Для крепления силовой платы к радиатору были предусмотрены крепежные и прижимные отверстия. Общий вид радиатора изображен на рисунке 8.2 в мм.

Для реализации сборочного чертежа, была использована программа SolidWorks 2006, в которой были созданы все элементы схемы, и расставлены по месту расположению на плате.

Силовой блок в сборе с радиатором представлен на рисунке 8.3.

После того как были определены габаритные размеры силового блока с радиатором, был разработан корпус прибора. Корпус прибора представляет собой две П-образные пластины, изготовленные листового металла толщиной 0.8 мм. Так как силовой блок требует принудительного охлаждения, то к нижней пластине были прикреплены два вентилятора, а в верхней пластине было предусмотрено окно для платы индикации прибора. Внешний вид всего прибора изображен на рисунке 8.4.



9. Технико-экономическое обоснование целесообразности разработки проекта

9.1 Маркетинговые исследования рынка сбыта

Выполним маркетинговые исследования на этапе выбора идеи. Анализ научно - технической и рекламной литературы позволил определить ближайшего аналога непосредственного преобразователя напряжения со стабилизацией тока.

Ближайшим схемотехническим аналогом является DC/DC преобразователь MR800D-48S48-UT фирмы «Александр Электрик» (Россия). Этот преобразователь удовлетворяет требованиям, предъявленным к современным DC/DC преобразователям. Он имеет микропроцессорное управление, защиту от перегрузки и перенапряжения, тепловую защиту, подстройка выходного тока, дистанционное управление. По массе и габаритам это один из самых легких и небольших преобразователей. Однако технические свойства этого преобразователя не удовлетворяют поставленной задаче.

Рассчитаем уровни конкурентоспособности по показателям «Значимость технического решения» Зтр и «Значимость экономического события» Зэс[20]. Для этого поместим всю имеющуюся информацию о разрабатываемом устройстве и его аналогов в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Сводные технико - эксплуатационно - экономические характеристики разрабатываемого устройства и его аналогов

Наименование характеристик, единицы измерения	Значение параметров
	MR800D-48S48-UT	Разрабатываемый образец
Технические характеристики:
Диапазон регулировки тока, А	0 - 17	0 - 70
Габаритные размеры, мм	168х122х20	330х160х110
Наименование характеристик, единицы измерения	Значение параметров
	MR800D-48S48-UT	MR800D-48S48-UT
Защита от короткого замыкания	+	+
Защита от перегрева	+	+
Подстройка выходного тока	+	+
Дистанционное управление	+	+
Экономические характеристики:
Цена продаж, руб	10000	30000

Таблица 9.2 - Расчет показателя «Значимость технического решения»

Наименование критериев конкурентоспособности	Значение параметров
	1	2
	MR800D-48S48-UT	Разрабатываемый образец
Коэффициент актуальности (Аи)	Технические решения, дающие технико - экономический эффект при применении - 1,0	1,0
Коэффициент соответствия программам важнейших работ (Пр)	НТП производственных и научно - производственных фирм - 1,05	1,05
Коэффициент сложности (Сз)	Конструкция прибора - 3,5	3,5
Коэффициент места использования (Ми)	РФ - 1,0	РФ - 1,0
Коэффициент объема использования (Ои)	В серийном производстве в нескольких фирмах - 4,0	4,0
Коэффициент охвата охранными мероприятиями (Шо)	Техническое решение без охранных документов - 1,0	Техническое решение, имеющее товарный знак - 2,0

Показатель «Значимость технического решения» Зтр определяется с помощью значений показателей из Таблица 9.2 по формуле:

(9.1)

где Аи - актуальность;

Пр - соответствие программ важнейших работ;

Сз - сложность решения;

Ми - место использования;

Ои - объем использования;

Шо - охват охранными мероприятиями.

В результате расчетов «Значимость технического решения» равен:

- для собственной продукции:

- для конкурирующей продукции:

Необходимое общее условие выхода товара на рынок Зсп > Зкп выполняется.

Показатель «Значимость экономического события» Зэс определятся по формуле с помощью значений показателей из Таблица 9.3.

(9.2)

где Вп - коэффициент влияния продукции на формирование потребностей общества;

Рд - коэффициент объема и доступности ресурсов, необходимых для создания продукции;

Кр - коэффициент влияния продукции на конъюнктуру рынка;

Рв - коэффициент влияния продукции на экономический рост предприятия.

Таблица 9.3 - Расчет показателя «Значимость экономического события»

	MR800D-48S48-UT	Разрабатываемый образец
Коэффициент экономического развития региона, использующего продукцию (Ри)	Одна экономически отсталая страна - 4,0	4,0
Коэффициент влияния продукции на формирование потребностей общества (Вп)	Среднесрочная высокоэластичная потребность - 3,0	3,0
Коэффициент объема и доступности ресурсов, необходимых для создания продукции (Рд)	Большой объем таких же ресурсов -2,0	2,0
Коэффициент влияния продукции на рыночную стратегию предприятия и определение стоимости (Ср)	Продукция, выходящая на рынок совершенной конкуренции - 1,0	1,0
Коэффициент влияния продукции на конъюнктуру рынка (Кр)	Продукция незначительно влияет на динамику цен и объемы реализации прямых аналогов - 2,0	2,0
Коэффициент влияния продукции на экономический рост предприятия (Рв)	Продукция обеспечивает незначительный (5-10%) экономический рост предприятия преимущественно (более 30%) за счет привлечения внешних инвестиций - 1,5	Продукция обеспечивает существенный (более 10%) экономический рост предприятия преимущественно (более 30%) за счет привлечения внешних инвестиций - 4,0

Показатель «Значимость экономического события» равен:

- для собственной продукции:

- для конкурирующей продукции:

Так как Зэс сп > Зэс кп, то необходимое условие выхода собственного устройства по показателю «Значимость экономического события» выполнено. Найдем суммарное значение Зсп и Зкп и определим полное условие выхода на рынок собственного устройства:

По общему показателю уровня конкурентоспособности разработанная продукция превосходит своих конкурентов, что свидетельствует о том, что разработка продукта оправдана.

9.2 Расчет затрат на производство товара

На стадии производства продукции (опытный образец и т.д.), необходимо определить капитальные вложения при производстве (Кп) и себестоимость проектируемого продукта (С)

Кп = Кппз + Кпф, (9.3)

где Кпф - затраты в производственные фонды, необходимые для изготовления продукции (основные фонды плюс оборотные средства);

Кппз - производственные затраты. Причем:

Кппз = Sниокр + Косв,

где Sниокр - смета затрат на НИОКР;

Косв - затраты на освоение производства и доработку опытных образцов (если такие затраты планируются).

Все составляющие капитальных вложений Кп определяются прямым счетом на основе потребности для освоения производства и действующих рыночных цен.

Калькуляция себестоимости НТП (С) производится по отдельным статьям затрат:

- основная и дополнительная заработная плата;

- спецоборудование;

- расходы на служебные командировки;

- затраты на работы, выполняемые сторонними организациями;

- прочие прямые расходы;

- накладные расходы.

Заработная плата

Размер месячной основной заработной платы устанавливается, исходя из численности исполнителей, трудоемкости и среднедневной заработной платы. Дополнительная заработная плата состоит из: оплаты труда в соответствии с районным коэффициентом (в Томской области 30% от основной заработной платы); надбавок за высокую квалификацию, за дополнительный объем работ, персональных надбавок и т.п., премий (если они установлены).

Общий фонд заработной платы определяется по формуле:

З = Ззпо + Ззпд, (9.4)

где Ззпо - основная заработная плата;

Ззпд - дополнительная заработная плата.

В свою очередь, основная заработная плата рассчитывается по формуле:

(9.5)

где N - количество исполнителей;

Зос i - основная заработная плата i-го исполнителя;

Д - районный коэффициент (Д = 30%).

Основная заработная плата i-го исполнителя определяется как:



(9.6)

где Зм - месячный оклад работника;

М - число рабочих месяцев в году (11,2 месяца);

Тд - действительный годовой фонд рабочего времени научно - технического персонала (в календарных днях, таблица 9.4);

F - время, затраченное на проведение работ.

Техническая и технологическая возможность создания прибора, базируется на имеющемся оборудовании каф. «ПрЭ» и лабораторий ГПО ТУСУР.

Таблица 9.4 - Действительный годовой фонд рабочего времени

Показатели рабочего времени
Календарное число дней	365
Количество нерабочих дней: выходные дни праздничные дни	52 11
Потери рабочего времени: отпуск Невыходы по болезни	30 -
Действительный годовой фонд рабочего времени	273

Дополнительная заработная плата определяется в размере 30% от основной заработной платы работника за непроработанное время (очередной отпуск, учебный отпуск, выполнение государственных обязанностей). Расчет заработной платы сведен в таблице 9.5.

Таблица 9.5 - Расчет заработной платы

Исполнители	Зм, руб	F, руб	Зос i, руб	Ззпо, руб	Ззпд, руб	З, руб
Инженер-конструктор	15000	273	168000	280000	7500	287500
Монтажник	10000	273	112000



Социальный налог

Отчисление во внебюджетные фонды производится в процентах от фонда заработной платы в размере 14% для малых предприятий с упрощенной формой налогообложения (В нашем случае ООО)

Сумма начислений составит: 287500·0,14=40250 рублей.

На статью «Спецоборудование» для научных и экспериментальных работ относятся затраты на приобретение или аренду специальных приборов, стендов, аппаратов и др. Необходимое количество оборудования используемого при разработке приведено в таблице 9.6.

Таблица 9.6 - Необходимое количество оборудования

Вид оборудования	Количество единиц	Цена за единицу (руб)	Цена за комплект (руб)	Способ вовлечения в работы по проекту
Осциллограф	1	200000	240000	Собственность ТУСУР
Паяльная станция 137 ESD	2	3150	6300	Собственность ТУСУР
Вольтамперметр M2015	1	2700	2700	Собственность ТУСУР
Компьютер	1	40000	40000	Собственность ТУСУР

Затраты на работы, выполняемые сторонними организациями

На статью «Затраты на работы, выполняемые сторонними организациями» относятся все затраты по оплате работ для данного проекта сторонними организациями. В данном проекте сторонними организациями предполагается производство печатных плат и корпуса. Заказ печатных плат производился в ООО «ТрансМаш» в г. Томске. Стоимость печатных плат составила:

- для разработки опытного образца (включая пробные и исправленные платы) составила 10000 руб;

- окончательный вариант печатных плат - 1500 руб. (при производстве партии одинаковых плат).

Расчет затрат на материалы и комплектующие

К этой статье относиться стоимость всех материалов, включая расходы на их приобретение и доставку (транспортно - заготовительные расходы можно принимать в пределах 5% от их стоимости). В данном случае расходов на доставку не было. Для разработки макетного образца необходимые материалы указаны в таблице 9.7.

Таблица 9.7 - Материалы для разработки макетного образца

Вид ресурса	Количество на проект	Рыночная цена за един. (руб.)	Общие затраты (руб.)	Источник обеспечения
Конденсаторы	43	-	3040	Розничная торговля
Резисторы	44	-	40	Розничная торговля
Микросхемы	11	-	400	Розничная торговля
Магнитные элементы	4	-	1450	Розничная торговля
Транзисторы	9	-	630	Розничная торговля
Диоды	17	-	1000	Розничная торговля
Механический корпус	1	-	1500	Розничная торговля
Прочие			1940
Итоги			10000

Прочие прямые расходы

На статью «Прочие прямые расходы» относятся затраты на приобретение начно - технической, патентной, коммерческой и др. информации, за использование различных средств связи, за аренду помещения, в котором выполняется проект и другие расходы.

Неучтенные ранее затраты рассчитаем как (3-5)% от суммы предыдущих статей прямых расходов.

(9.7)

Накладные расходы

На статью «Накладные расходы» относятся затраты на управление и хозяйственное обслуживание при разработке проекта. Размеры накладных расходов планируется в размере до 20% от суммы всех прямых затрат на создание продукции (услуг).

(9.8)

Общая стоимость ОКР

Общая стоимость ОКР определяется как сумма статей 1 - 6, приведенных в таблице 9.8. Сумма стоимости ОКР составила 440232 рубля.

Таблица 9.8 - Смета затрат на ОКР

Наименование статьи	Затраты, руб.	Примечание
1. Заработная плата	287500	-
2. Отчисления во внебюджетные фонды	40250	14% от ст. 1
3. Затраты на работы, выполняемые сторонними организациями	10000	-
4. Расходы на материалы и комплектующие	10000	-
5. Прочие прямые расходы	14110	-
6. Накладные расходы	73372	20% от ЗОС
7. Себестоимость ОКР	435232	Сумма ст. 1-6

Расчет себестоимости разработанного устройства

Стоимость элементной базы, необходимой для изготовления разработанного устройства составляет 10000 руб. Стоимость печатных плат для серийного производства составляет 1500 руб. На изготовление и настройку устройства тратиться одна календарная неделя. Определяем стоимость работ по формуле.

(9.9)

где Дн.Ставка - дневная ставка инженера, которая выбирается исходя из месячного оклада Зм в соответствии с таблица 9.5.

Дополнительная заработная плата составляет 30% от стоимости работ на изготовление (от основной заработной платы), то есть

(9.10)

Налоги составляют 14%, то есть

(9.11)

Размеры накладных расходов 20% от суммы всех прямых затрат на изготовление. Полная калькуляция себестоимости разработанного устройства приведена в таблица 9.9.

Таблица 9.9 - Себестоимость разрабатываемого устройства

№ п/п	Статьи затрат	Сумма, руб.
1	Материалы и комплектующие	10000
2	Печатные платы	1500
3	Заработная плата	4643
4	Отчисления во внебюджетные фонды	650
5	Накладные расходы	2704.6
Итого:	19497

Следовательно, себестоимость разрабатываемого устройства, без учета нормативной прибыли составит 19497 руб. 

9.3 Определение коммерциализуемости товара

Стратегия коммерциализации

Задача 1. Разработка конструкторской документации и изготовление экспериментального образца, проверка общей работоспособности устройства в соответствии с документацией. Оформление и получение сертификата.

Составления подробного бизнес - плана коммерциализации результатов, определение цены и количества продукции, необходимой для продаж, организация рекламы, поиск инвесторов, заказчиков изделия. Существует производственно - технический риск, связанный со сроками изготовления прибора и административные барьеры во время оформления сертификата.

Задача 2. Организация серийного производства источника питания для установок концентрирования щелочного электролита.

Приобретение площади и оборудования, набор 2 сотрудников, организация сборочно - регулировочного и испытательного участков, поиск предприятия - соисполнителя электромеханических узлов для серийного выпуска продукции. Организация продаж. Существует финансовый риск, связанный с кредитными отношениями с финансовыми институтами и предприятиями - соисполнителями (большие проценты кредитов банков, инфляционные факторы и др.)

Задача 3. Стабилизация производства и продаж продукции, устойчивый рост и выход на объем продаж до 150000 руб. на человека в год.

Для успешного вывода продукта на рынок необходимо:

- организовать рекламу нового источника питания с предложениями областей применения данного прибора;

- организовать сервисный центр по гарантийному ремонту источников питания;

- определит торговых партнеров (магазины специального назначения) и заключить с ними договора о поставке продукции.

Калькуляция затрат по годам, согласно изложенному выше организационному плану производства и изготовления продукции представлена в таблице 9.10.

Таблица 9.10 - Калькуляция затрат

№ п/п	Статьи расходов	Сумма, тыс. руб
1	Зарплата основных исполнителей проекта	287.5
2	Начисления на зарплату (14%)	40.25
3	Материалы и комплектующие	10
4	Затраты на работы, выполняемые сторонними организациями	15
5	Прочие прямые расходы	14.11
6	Накладные расходы	73.37
7	Изготовление и покупка оборудования	-
8	Командировки	-
9	Проведение патентных исследований	-
№ п/п	Статьи расходов	Сумма, тыс. руб
10	Оформление охранного документа по защите ИС	-
11	Проведение маркетинговых исследований	20
12	Разработка бизнес-плана	10
13	Подготовка рекламных материалов	40
	Итого:	540.23

Описание рисков, препятствующих успешному выполнению работы

Инвестиционный риск. Важнейшим фактором финансового риска данного проекта является получение инвестиций. Наличие инвестиций является необходимым условием начала развития проекта: насколько они задержатся, настолько задержится начало проекта. При отказе инвестора от финансирования проекта будут максимально выявлены причины отказа, проект будет доработан в соответствии с требованиями инвестора и подан заново на рассмотрение.

Производственный риск. Покупка оборудования приведет к частичной автоматизации процесса сборки, будет гарантировать качество продукции. Возможность выхода из строя оборудования не велика, поскольку в рамках реализации проекта предполагается организация серийного производства, что не предполагает максимальной нагрузки на оборудование. Однако, в случае возникновения неполадок, предприятие сможет перейти на ручной режим.

Сегодня в Томске существует около пяти фирм поставляющих комплектацию под заказ. И возможность работы с любым из них открыта, поэтому риск задержки производства от закрытия одного из них не велик.

Контрактный риск. В процессе производства продукции исполнители проекта самостоятельно производят все этапы производственного процесса, производственной кооперации нет, следовательно, нет риска простоя из-за нарушения контрактов.

Коммерческий риск. Сроки реализации этапов проекта имеют значение с точки зрения движения потоков денежных средств и выполнения обязательств по запланированным кредитным договорам. В случае, если произойдет нестыковка планируемых сроков с реальными в течении срока получения средств, можно отказаться от финансирования некоторых этапов либо уменьшить финансирование некоторых этапов.



10 Вопросы безопасности жизнедеятельности

10.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Главной целью охраны труда является создание таких условий, которые обеспечивают безопасность человека в процессе труда, минимальную вероятность поражения током и сохранение работоспособности. Проведение мероприятий по охране труда обеспечивает улучшение условий труда и повышение его производительности. Можно выделить следующие опасные и вредные производственные факторы (ОВФП), определяемые согласно ГОСТ 12.0.003-74:

- физические;

- химические;

- биологические;

- психофизиологические.

Из физических факторов опасности можно выделить следующие:

- повышенная температура отдельных частей и приборов;

- опасный уровень напряжения в сети переменного тока, от которой питается источник.

Из психофизиологических факторов опасности можно выделить следующие:

- утомление;

- монотонность труда.

10.2 Требование безопасности к источнику

Источник питания может быть выполнен в виде управляющей установки, собранной в едином корпусе, с выведенными кабелями. Установку подобных устройств следует производить в зоне от 400 до 2000 мм от уровня пола. Допускается, после согласования с потребителем, устанавливать источник ниже 400 мм и выше 2000 мм. Дроссели, трансформаторы, резисторы, разрядники, сирены и другие элементы, не требующие постоянного контроля и обслуживания, могут устанавливаться на высоте ниже 400 мм и выше 2000 мм.

Органы управления аппаратов ручного управления (кнопки, переключатели и т.п.) должны находиться в зоне 700 -1900 мм от уровня пола.

Измерительные приборы и контрольные индикаторы должны устанавливаться с учетом ГОСТ 12.2.032-78 и ГОСТ 12.2.033-78. Шкала каждого прибора должна находиться на высоте от уровня пола:

- при работе стоя - от 1000 до 1800 мм;

- при работе сидя - от 700 до 1400 мм.

Конструкция прибора и расположение на нем аппаратов и приборов должно обеспечивать:

- удобство и безопасность обслуживания;

- удобство наблюдения за работой источника;

- удобство установки устройства, а так же подключения внешних соединений;

- исключение возможности взаимного влияния источников;

- доступ к контактным соединениям;

- удобство ремонта и замены износившихся деталей.

На устройствах к аппаратам и приборам должны выполняться позиционные обозначения. К приборам ручного управления, вводным устройствам, аппаратам сигнализации и т.п. по согласованию с потребителем должны выполняться функциональные надписи или символы по ГОСТ 12.4.040-78 и ГОСТ 12.4.026-76, «Вкл», «Выкл», «Старт», «Стоп» и т.д.. Позиционные обозначения приборов и функциональные символы или надписи должны выполняться способом, обеспечивающим их сохраняемость.

По согласованию с потребителем на устройстве должен быть нанесен предупредительный знак «ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ». На устройстве двухстороннего обслуживания предупредительный знак следует наносить на обеих сторонах.

Основным поражающим фактором является ток, протекающий через человека. Установлены пороговые (наименьшие) значения тока (для переменного тока промышленной частоты), определяющие степень поражения:

- пороговый ощутимый ток 0,5 - 1,5 мА;

- пороговый неотпускающий ток 10 - 20 мА;

- пороговый фибрилляционный ток 50 - 80 мА;

- смертельно опасный ток 100 мА и более.

Напряжение влияет на исход поражения лишь в той степени, в какой оно предопределяет силу тока. Для напряжения до 400 - 500 В более опасным считается переменный ток, для напряжения свыше 500 В - постоянный. На исход поражения влияет путь тока в теле человека. Возможных путей (петель тока) много, однако наиболее часто встречаются такие: правая рука - ноги, левая рука - ноги, рука - рука, нога - нога. Наиболее, опасны случаи протекания тока через голову и грудную клетку. При увеличении продолжительности протекания тока сопротивление тела человека снижаеться, что вызывает рост тока. Опасность воздействия тока зависит от индивидуальных особенностей человека человека (массы и физического развития), а также от состояния нервной системы и всего организма. Большое значение имеет «фактор - внимания», ослабляющий опасность тока.

10.3 Основные защитные мероприятия

Все меры, связанные с обеспечением безопастности эксплуатации электроустановок, делятся на две большие группы: организационные и технические. К организационным мероприятиям относятся мероприятия, связанные с переодическим медицинским контролем здоровья персонала и выявлением его пригодности к работе на электроустановках.

Лица, обслуживающие и эксплуатирующие электроустановки, относяться к электротехническому персоналу. Электротехнический персонал должен быть физически здоровым, не иметь увечий и болезней, препятствующих или мешающих выполнению работы. Пригодность к обслуживания электроустановок определяется при приеме на работу и периодически 1 раз в 2 года медицинским освидетельствованием. К работам в электроустановках допускаются лица в возрасте не моложе 18 лет. Лица, допускаемые к работам в электроустановках, должны иметь соответствующую техническую подготовку. После обучения производится проверка знаний правил техники безопасности специальной квалификационной комиссией. Проверяемому присваивается квалификационная группа по технике безопастности и выдается удостоверение, дающее право выполнять определенные работы в соответствии с занимаемой должностью и квалификационной группой. Всего выделяется пять квалификационных групп по технике безопасности (I-V), а присваивается только четыре (II-V). При работе с данным прибором достаточно иметь II квалификационную группу.

К мероприятиям технического порядка следует отнести: недоступность токоведущих частей, защитное заземление, защитное зануление, защитное отключение. Недоступность токоведущих частей для случайного прикосновения обеспечивается следующими способами: ограждением и расположением токоведущих частей на недосягаемой высоте или в недоступном месте, рабочая изоляция. Ограждения в виде корпусов, кожухов, оград выполняются сплошными или сетчатыми; для доступа непосредственно к электрооборудованию или токоведущим частям последнего (при осмотре или ремонте) в ограждениях предусматриваются открывающиеся части: крышки, дверцы, двери и т.д.. эти части закрываются специальными запорами или снабжаются блокировками. Блокировки по принципу действия бывают электрические и механические. Расположение токоведущих частей на недосягаемой высоте или в недоступном месте обеспечивает безопасность без ограждений. В ПУЭ указаны минимальные расстояния от неизолированных токоведущих частей воздушных линий электропередачи до земли в зависимости от напряжения, местности, но не менее 6 метров. В измерительных приборах, радиоустройствах, аппаратуре автоматики и вычислительной технике применяют блочные схемы. Отдельные блоки установленные в общем, корпусе, соединены один с другим и с блоком питания штепсильным разъемами. При выдвижении блока штепсильный разъм размыкается и блок автоматически отключается от питающей сети.

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих чатей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения при переходе напряжения на нетоковедущие части, что достигаеться уменьшение потенциала корпуса относительно земли как за счет малого сопративления заземления, так и за счет повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли.

Область применения. Согласно ПУЭ при напряжении 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока электроустановки подлежат заземлению во всех случаях, Rзаземл. = 4 Ом. Кроме того, необходимо заземлять корпуса электрооборудования, установленного в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках с номинальным напряжением выше 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока, а также установленного во взрывоопасных помещениях при всех напряжениях переменного и постоянного тока.

Защитное заземление является эффективной мерой защиты при питании оборудования от трехфазных сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и трехфазных сетей выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Расчет заземления. Цель расчета заземления -- определить число и длину вертикальных элементов, длину горизонтальных элементов (соединительных шин) и разместить заземлитель на плане электроустановки, исходя из регламентированных Правилами значений допустимых сопротивления заземления, напряжения прикосновения и шага, максимального потенциала заземлителя или всех указанных величин.

Расчет простых заземлителей производится в следующем порядке:

- определяются расчетный ток замыкания на землю и норма на сопротивление заземления (по ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима нейтрали, мощности и других данных электроустановки;

- определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента.

10.4 Разработка защитных элементов конструкции источника

Согласно ГОСТ 12.2.007.11-75 конструкция источника должна удовлетворять следующим требованиям:

- преобразователь должен выдерживать механические нагрузки при его транспортировке, монтаже и эксплуатации;

- конструкция преобразователя должна исключать нарушение его работоспособности агрессивными парами и пылью, образующимися при нагреве электролита;

- составные части преобразователя должны быть размещены так, чтобы при максимальной температуре окружающей среды 40 °С и при нормальной эксплуатации их температура на превышала допустимой;

- источники высокого напряжения, состоящие из трансформаторов и выпрямителей, должны быть устойчивы к коротким замыканиям, и выдерживать изменяющуюся нагрузку;

- обеспечивает беспрепятственное прохождение охлаждающего воз-духа через силовые элементы устройства для лучшего их охлаждения;

- при замыкании любого из модулей или их перегрузке по току обеспечивается отключение от сети или снятия управления с силовой части при перегрузке в безопасном для инвертора режиме;

Устройства должно быть выполнено а виде металлического каркаса, установленной в нем печатной платой на которой расположены электронные компоненты магнитные элементы и радиатор. Каркас сверху закрыт металлическим кожухом. Для улучшения теплоотвода в нижней и боковых частях корпуса предусмотрены вентиляционные отверстия.

Подключение к заземляемому устройству производиться при помощи клеммы "Земля" находящейся на задней панели устройства. Согласно ГОСТ 12.2.007.72-83 в электроустановках с напряжением до 1000В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4-х Ом. Сопротивление изоляции в устройстве не должно быть менее 0.5 МОм.

10.5 Разработка инструкции по охране труда

10.5.1 Общие требования

Техническая эксплуатация электроустановок предусматривает планово- предупредительный ремонт. Профилактика, ремонт и наладка устройства должна производиться в специально оборудованных мастерских.

Перед включением устройства в питающую сеть необходимо

убедиться в:

- подсоединение заземления;

- отсутствия механических повреждений корпуса;

- исправном состояние кабелей питания и разъемов, кабелей

подключения нагрузки и их разъемов;

- соответствие нагрузки номинальной мощности устройства;

- исправности предохранительных элементов.

Запрещается:

- производить вскрытие корпуса и снятия защитных кожухов при

включенном питании устройства;

- проверять руками уровень нагрева элементов схемы;

- производить ремонт и наладку при снятых защитных кожухах и

включенном устройстве.

При обнаружении признаков пожара (дыма, запаха обгорающей изоляции и т.п.) или непосредственного возгорания необходимо:

- обеспечить полную обесточенность всей электроустановки;

- принять меры к тушению возникшего возгорания, применяя угле-кислотные огнетушители.

К обслуживающему персоналу:

- к работе с прибором и его ремонту допускаются квалифицированные работники, знающие правила техники безопасности при работе с напряжением до 1000 В, ознакомленные с техническим описанием на преобразователь и имеющий допуск;

- обслуживание установки должен осуществлять электротехнологи-ческий персонал, имеющий достаточные навыки и знания для безопасного выполнения работ по техническому обслуживанию;

- работники из электротехнического персонала, не достигшие 18-ти летнего возраста, к работе в электроустановках не допускаются. Работники из электротехнического персонала не должны иметь увечий и болезней (стойкой формы), мешающих производственной работе;

- электротермические установки должен обслуживать электротехноло-гический персонал прошедший медицинский осмотр. Группа по электробезопасности электротехническому и электротехнологическому персоналу присваивается в соответствии с правилами;

- температура нагрева шин и контактных соединений, плотность тока в проводниках вторичных тоководов в электротермических установок должны периодически контролироваться в сроки, обусловленные местными инструкциями, но не реже одного раза в год;

- сопротивление изоляции вторичных тоководов и рабочих токоведущих элементов электротермических устройств должно измеряться при каждом включении после ремонта и в других случаях, предусмотренных местными инструкциями;

- оперативное обслуживание оборудования электротермических установок на высоте 2 метра и более от уровня пола должно производиться со стационарных рабочих площадок;

- все потребители электроэнергии обязаны до начала проектирования и монтажа согласовать применение на своих предприятиях электронагревательных установок с органами государственного энергетического надзора в установленном порядке.

10.5.2 Требования до включения ИП

Визуально проверить наружную целостность корпуса устройства.

Проверить правильность подключения питающего напряжения, правильность и надежность соединения между всеми частями установки (целостность разъемов, целостность кабелей и токоведущих частей).

Проверить наличие заземления и его прочность.

Поверить наличие отсутствия инородных элементов, не предусмотренных конструкцией устройства, целостность термоизоли-рующего материала.

В случае попадания инородных элементов - осуществить их удаление без разбора составных частей установки.

Если это невозможно или обнаружены другие отклонения (соединительный кабель порезан или оплавлен, поврежден корпус, нарушена термоизоляция нагревательной части) ЗАПРЕЩАЕТСЯ эксплуатация устройства.

Поставить в известность электротехнологический персонал и к работе не приступать.

10.5.3 Требования во время включения и работы ИП

Включить питание установки и визуально, по индикационным приборам проверить правильность работы устройства;

В нормальном режиме на блоке управления должен гореть желтый семисегментный индикатор.

После полной правильной сигнализации предвключенного состояния установки (горит только индикатор), выставить необходимое значение тока.

В нормальном режиме на блоке управления должен загореться зеленый светодиод. Загорание зеленого светодиода и отсутствие свечения красного светодиода сигнализирует о нормальной работе устройства. Любое отклонение от установленного режима работы сигнализирует о режиме срабатывания защиты или аварии в устройстве. Если причина срабатывания не может быть устранена отключить установку.

В случае неудачного включения полностью обесточить установку и оповестить службу электрообслуживания.

Если во время работы обнаруживаются признаки возгорания (запах плавящейся изоляции или появление пламени) обесточить установку и в случае появления пламени принять меры к его устранению с помощью углекислотных огнетушителей и оповестить соответствующие службы.

10.5.4 Требования при аварийной ситуации

В случае возникновения аварийной ситуации на отдельном устройстве необходимо обесточить устройство. В случае возникновения аварийной ситуации, представляющей реальную опасность для жизни работающих, необходимо обесточить все оборудование общим рубильником и, соблюдая порядок и спокойствие, принять меры по обеспечению безопасности людей и оборудования.

Если пострадавший от тока находится в сознании, достаточно передать последнего под наблюдение врача на 2-3 часа. При отсутствии сознания, но сохранившемся дыхании и пульсе, расстегнуть одежду, давать нюхать нашатырный спирт. Если пострадавший дышит плохо или не дышит - делать искусственное дыхание и массаж сердца до появления врача.

При электрическом ожоге одежду и обувь нужно разрезать. Нельзя касаться руками обожженных участков, смазывать их чем либо. Нельзя прокалывать пузыри, отдирать куски одежды. Обожженную поверхность закрывают стерильной повязкой и доставляют человека в лечебное учреждение.

Во всех перечисленных ситуациях необходимо сообщить о произошедшем случае начальнику цеха.



Заключение

В результате работы над дипломным проектом был разработан стабилизатор тока электродиализатора, принцип действия которого основан на высокочастотном преобразовании энергии.