Разработка универсального источника бесперебойного питания

Изучение устройства и принципа работы источников бесперебойного питания (ИБП). Разработка универсального ИБП с возможностью его использования в любой аппаратуре мощностью до 600 Вт, начиная с персонального компьютера и заканчивая медицинской аппаратурой.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 16.07.2010
Размер файла 996,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Техническая часть. Обоснование обеспечения условий ТЗ

1.1 Обзор аналогов изделия

1.2 Обзор и анализ структурных схем систем бесперебойного питания. Описание структурных схем

1.3 Обоснование выбора элементов схемы

1.3.1 Выбор резисторов

1.3.2 Выбор конденсаторов

1.3.3 Выбор индуктивности и трансформаторов

1.3.4 Выбор активных элементов

1.4 Расчет печатной платы

1.4.1 Расчет площади печатной платы

1.4.2 Расчет параметров металлизированных отверстий

1.4.3 Расчет ширины печатных проводников

1.4.4Тепловой расчет

1.4.5 Расчет надежности устройства

2. Описание структурной схемы источника бесперебойного питания

2.1 Назначение

2.2 Устройство и принцип работы

2.3 Назначения узлов ИБП

2.4 Режимы работы ИБП

2.5 Средства индикации и коммуникации

2.6 Программное обеспечение

2.7 Основные функции

3. Экономический расчет

3.1 Анализ рынка

3.2 Расчет уровня качества. Основные технические параметры устройства

3.3 Определение важности каждого показателя

3.4 Расчет себестоимости устройства

3.5 Расчет затрат на приобретение материалов

3.6 Расчет расходов на покупные изделия и полуфабрикаты

3.7 Расчет основной заработной платы

3.8 Дополнительная заработная плата рабочих

3.9 Отчисление на социальное страхование

3.10 Общепроизводственные затраты

3.11 Административные расходы

3.12 Расходы на сбыт

3.13 Определение цены изделия

3.14 Определение минимального объема производства продукции

4. Охрана труда

Выводы

Перечень ссылок

Приложение А

Приложение Б

Введение

Целью дипломного проекта является разработка универсального источника бесперебойного питания (далее ИБП). Его универсальность заключается в том, чтобы он мог использоваться в любой аппаратуре мощностью до 600 Вт, начиная с персонального компьютера и заканчивая медицинской аппаратурой.

К основным критериям разработки источника бесперебойного питания стоит отнести надежность и стойкость к внешним воздействиям (в частности, к вибрационным и ударным нагрузкам).

Для повышения надежности блока, при его проектировании, предлагается:

- обеспечить легкие электрические, тепловые рабочие режимы деталей и материалов конструкции, их правильный выбор;

- обеспечить надежную защиту от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов;

- широко использовать интегральные микросхемы (далее ИМС), а также стандартные компоненты;

- обеспечить ремонтопригодность изделия, используя функционально-узловой метод конструирования.

При создании электронного устройства отдельного класса и назначения (электронно-вычислительные машины, медицинская и бытовая электронная техника, средства автоматизации) источник обеспечения гарантированного питания может быть подобран из тех, которые выпускаются серийно. Однако, когда по эксплуатационным, конструкторским или другим характеристикам источника бесперебойного питания, которые выпускаются серийно, не удовлетворяют потребностям потребителя, необходимо разработать новый, с учетом всех правил, специфических для этого вида.

1. Техническая часть. Обоснование обеспечения условий ТЗ

Исходя из назначения проектируемого устройства и специфики области его применения, рассмотрим основные критерии, согласно которым будет вестись последующая разработка.

К основным критериям разработки источника бесперебойного питания стоит отнести надежность и стойкость к внешним воздействиям (в частности, к вибрационным и ударным нагрузкам).

Для повышения надежности блока, при его проектировании, предлагается:

- обеспечить легкие электрические, тепловые рабочие режимы деталей и материалов конструкции, их правильный выбор;

- обеспечить надежную защиту от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов;

- широко использовать интегральные микросхемы (далее ИМС), а также стандартные компоненты;

- обеспечить ремонтопригодность изделия, используя функционально-узловой метод конструирования.

На ранней стадии, процесс проектирования заключаться в рассмотрении подобных систем с подбором технологии электропитания. Перечислим факторы, что влияют на этот этап:

- стоимость;

- масса и размеры;

- коэффициент полезного действия блока питания;

- входное напряжение;

- срок действия аккумуляторной батареи;

- необходимое качество выходящего напряжения;

- время, необходимое для выхода продукции на рынок.

С целью обеспечения эстетических и эргономичных показателей, предлагается использовать современный дизайн.

Для обеспечения заданных климатических и механических требований предлагается использовать элементную базу и материалы, учитывая предельные внешние воздействия, которые негативно влияют на работоспособность изделия.

1.1 Обзор аналогов изделия

Одним из аналогов изделия являются ИБП PW5125RM и PW5115RM производства фирмы Powerware. Они также предназначены для крепления в серверную стойку и имеют выходную мощность 1000ВА. Другие технические характеристики можно привести в виде таблицы.

Таблица 1.1 - Характеристики ИБП

Параметры

PW5125RM

PW5115RM

Выходная мощность (ВА/Вт)

1000/900

1000/670

Габаритные размеры (мм)

432*494*89

440*450*58

Масса (кг)

27

20

Номинальное выходное напряжение (В)

220-240

220-240

Возможный диапазон входного напряжения (В)

166-276

175-250

Рабочая частота (Гц)

50/60

50/60

Номинальное входное напряжение (В)

220-240

220-240

КПД (%)

93

90

Индикация параметров

Светодиоды

Светодиоды

Коммуникационный порт

RS232

RS-232

Рабочий диапазон температур

0 - 40 С0

0-40 С0

Шум (дБ)

Не больше 50

Не больше 45

Время работы при максимальной нагрузке (мин.)

7

5

Данные ИБП имеют хорошие параметры и высокую цену. Поэтому, возникает необходимость в дешевых и надежных ИБП, которые не уступают по характеристикам их зарубежным аналогам и даже превосходят.

1.2 Обзор и анализ структурных схем систем бесперебойного питания. Описание структурных схем

Источник бесперебойного питания -- автоматическое устройство, которое обеспечивает питание нагрузки при полном исчезновении напряжения во внешней электросети, например в результате аварии или от недопустимо высокого отклонения параметров напряжения сети от номинальных значений. Пари этом ИБП использует для аварийного питания нагрузки энергию аккумуляторных батарей.

Рассмотрим несколько основных типов построения структурных схем ИБП:

- ИБП резервного типа;

- линейно-интерактивный ИБП;

- ИБП с двойным преобразованием напряжения;

- ИБП резервного типа (Off-Line или standby);

- ИБП типа Off-Line.

Рисунок. 1.1 - ИБП типа Off-Line

Источник бесперебойного питания, выполнен по схеме с коммутирующим устройством, которое в нормальном режиме работы обеспечивает подключение нагрузки непосредственно к внешней электросети, а в аварийном переводит ее на питание от аккумуляторных батарей.

Преимуществом ИБП резервного типа является его простота и невысокая стоимость, а недостатком - ненулевое время переключения (~4 мс) на питание от аккумуляторов и более интенсивная их эксплуатация, потому что ИБП переводится в аварийный режим при любых неисправностях в электросети.

ИБП резервного типа, как правило, имеет небольшую мощность и применяется для обеспечения гарантированного электропитания отдельных устройств (персональных компьютеров, рабочих станций, офисного оборудования) в регионах с хорошим качеством электросети.

Линейно-интерактивный (Line-Interactive) .

Источник бесперебойного питания, выполненный за схемой с коммутирующим устройством (Off-Line), дополненный стабилизатором входного напряжения на основе автотрансформатора с переключающимися обмотками.

Рисунок. 1.2 - ИБП, тип Line-Interactive

Основное преимущество линейно-интерактивного ИБП по сравнению с источником резервного типа заключается в том, что он способен обеспечить нормальное питание нагрузки при повышенном или пониженном напряжении электросети (самый распространенный вид неисправностей в отечественных линиях электроснабжения) без перехода в аварийный режим. В итоге повышается срок службы аккумуляторных батарей. Недостатком линейно-интерактивной схемы является ненулевое время переключения (~4 мс) нагрузки на питание от батарей.

По эффективности линейно-интерактивные ИБП занимают промежуточное значение между простыми и относительно дешевыми резервными источниками (Off-Line) и высокоэффективными, но и более дорогими источниками с двойным преобразованием напряжения (On-Line). Как правило, линейно-интерактивные ИБП применяют для обеспечения гарантированного питания персональных компьютеров, рабочих станций, файловых серверов, узлов локальных вычислительных сетей и офисного оборудования. Механизм автоматической регулировки напряжения построен на основе автотрансформатора с переключающимися обмотками. Применяется в ИБП, собранных по линейно-интерактивной схеме, для ступенчатой корректировки входного напряжения в сторону его повышения. Число обмоток регулятора определяет диапазон входных напряжений, при которых ИБП обеспечивает нормальное питание нагрузки без перехода в аварийный режим работы. В ИБП такой структуры, в среднем, диапазон допустимого изменения входного напряжения составляет от -20% к +20% от номинального значения 220 В.

ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line)

Источник бесперебойного питания, в котором входное переменное напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянную, а затем посредством инвертора опять в переменную - является источником с двойным преобразованием напряжения (энергии) (On-Line). Аккумуляторная батарея постоянно подключена к выходу выпрямителя и ко входу инвертора и питает последний в аварийном режиме.

Такая схема построения ИБП позволяет обеспечить практически идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов и электромагнитных помех) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства.

К недостаткам схемы с двойным преобразованием напряжения стоит отнести ее сравнительно большую сложность и как следствие -- более высокую стоимость.

ИБП On-Line типа применяют в случаях, когда из-за тех или иных причин, имеются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, которая может быть в роли узлов локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.По схеме с двойным преобразованием (On-Line) построены, например, модели PW5125RM компании Powerware. Они оснащены плавным стабилизатором входного напряжения, благодаря которому диапазон допустимых значений входного напряжения, при которых источник не переходит на питание от батарей, составляет от 166 до 276 Вольт.

Рисунок. 1.3 - ИБП, тип On-Line.

В таких схемах присутствует режим Bypass -- питание нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass, который поддерживается внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП, который имеет соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления, при перегрузке электросетей или при выявлении неисправности в важных узлах ИБП. Таким способом нагрузка защищается не только от сбоев в электросети, но и от неполадок в самом ИБП. Возможность ручного включения режима Bypass предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки.

Схема типа Off-Line является более простой и дешевой. Соответственно разрабатываемый в данном дипломном проекте источник бесперебойного питания тоже построим по этому принципу.

Однако усовершенствованные узлы функциональной схемы и соответственно характеристики позволят получить более востребованное и конкурентно-способное изделие с лучшими параметрами эксплуатации и меньшей ценой, чем его зарубежные аналоги.

1.3 Обоснование выбора элементов схемы

Источник бесперебойного питания должен обеспечивать круглосуточную работу любого устройства, которое подключено к нему, с сохранением выходных параметров, поэтому к нему выдвигаются жесткие требования, как к конструкции, так и к выбору элементов схемы.

Условно элементы схемы можно разделить на элементы общего применения и специальные.

Элементы общего применения являются изделиями массового производства, поэтому они достаточно широко стандартизированы. Стандартами и нормами установлены технико-экономические и качественные показатели, параметры и размеры элементов. Такие элементы называют типовыми. Выбор типовых элементов проводится по параметрам и характеристикам, которые описывают их свойства, как при нормальных условиях эксплуатации, так и при разных влияниях (климатических, механических и др.).

Основными электрическими параметрами является: номинальное значение величины, характерной для данного элемента (сопротивление резисторов, емкость конденсаторов, индуктивность катушек и т. д.) и границы допустимых отклонений; параметры, которые характеризуют электрическую прочность и способность долгосрочно выдерживать электрическую нагрузку; параметры, которые характеризуют потери, стабильность и надежность.

Основными требованиями, которыми нужно руководствоваться при проектировании радиоэлектронной аппаратуры, являются требования по наименьшей стоимости изделия, его высокой надежности и минимальным малогабаритным показателям. Кроме того, при проектировании важно увеличивать коэффициент повторяемости электрорадиоэлементов. Исходя из перечисленных выше критериев сделаем выбор элементной базы проектируемого устройства.

1.3.1 Выбор резисторов
При выборе резисторов, прежде всего, обращаем внимание на их габариты, стоимость и надежность, которая обусловлена наработкой на отказ. Исходя из того, что современные интегральные технологии далеко продвинулись вперед, по сравнению с прошлыми годами, мы имеем резисторы, которые характеризуются: высокой надежностью и низкой себестоимостью, компактными размерами и большой разновидностью.

Сравним несколько типов резисторов.

Толстопленочные резисторы с допуском 5%.

Таблица 1.2 - Технические параметры.

Параметры

Значения

Тип

RC01

RC11

RC21

RC31

RC41

Типоразмер корпуса

1206

0805

0603

0402

0201

Диапазон номиналов сопротивления

1 Ом …1 МОм

10 Ом…

1 МОм

Допуск

±5%

Максимальная мощность

0.25 Вт

0.125Вт

0.1 Вт

0.063 Вт

0.005 Вт

Максимальное рабочее напряжение

200 В

150 В

50 В

15В

Диапазон рабочих температур

-55 … +155 єС

Толстопленочные резисторы с допуском 1%.

Таблица 1.3 - Технические параметры.

Параметры

Значения

Тип

RC02H

RC02G

RC12H

RC12G

RC22H

Типоразмер корпуса

1206

1206

0805

0805

0603

Диапазон номиналов сопротивлений

1 Ом …1 Мом

10 Ом…

1 МОм

Допуск

±1%

Максимальная мощность

0.25 Вт

0.25Вт

0.125Bт

0.125 Вт

0.1 Вт

Максимальное рабочее напряжение

200 В

150 В

50 В

Диапазон рабочих температур

-55 … +155 єС

Таблица 1.4 - Типоразмеры SMD резисторов.

Типоразмер корпуса

L (мм)

W (мм)

T (мм)

Масса (г)

0201

0.6

0.3

0.3

0.02

0402

1.0

0.5

0.35

0.06

0603

1.6

0.8

0.45

0.2

0805

2.0

1.25

0.55

0.55

1206

3.2

1.6

0.55

1.0

Исходя из таблицы 1.2, и таблицы 1.3, в качестве сопротивлений выбираем толстопленочные резисторы RC01 и RC02H с типоразмером корпуса 1206.

Таблица 1.5 - Технические характеристики мощных SMD резисторы.

Параметры

Значение

Тип

XC0204

RWN5020

RWP5020

Типоразмер корпуса

SMD MELF

SMD POW

SMD POW

Диапазон номиналов сопротивлений

0.22Ом…10МОм

0.003Ом…1МОм

1Ом…0.1МОм

Допуск

0.1%...5%

1;2;5%

1;5%

Максимальная мощность

1 Вт

1.6Вт

1.6Bт

Максимальное рабочее напряжение

300 В

Диапазон рабочих температур

-55 … +155єС

Исходя из таблицы 1.4 в качестве мощных сопротивлений выбираем резисторы RWN5020 с типоразмером корпуса SMD POW (рисунок 6.2.б).

А = 1.5 мм, В = 1.2 мм, С = 4.7 мм.

Рисунок.1.4 - Рекомендованное расположение резисторов при пайке: RC01, RC02H типоразмера 1206.

а)

б)

Рисунок.1.5. - Типоразмеры корпусов резисторов:

а) SMD MELF; б) SMD POW

В качестве подстроечных сопротивлений выбираем резисторы PVZ3A фирмы Murata . Подстроечные сопротивления PVZ3A.

Таблица 1.6- Технические параметры.

Функциональная характеристика

Линейная

Номинальная мощность

0.1Вт при 50С

Максимальное рабочее напряжение

50V

Рабочий диапазон температур

25C…85C

Допустимое отклонение номинального значения сопротивления

30%

Угол поворота

230 10

Диапазон номинальных сопротивлений

100Ом…2МОм

Температурный коэффициент сопротивления (ТКО)

500ppm/C

Усилие поворота

20-200 г./см

Рисунок.1.6 - Типоразмер подстроечных резисторов PVZ3A.

1.3.2 Выбор конденсаторов

При выборе конденсаторов, учитывая условия эксплуатации изделия, а также электрические параметры, будем руководствоваться тем, что для конденсаторов выдвигаются следующие требования:

- наименьшая масса;

- наименьшие размеры;

- относительная дешевизна;

- высокая стабильность;

- высокая надежность;

Возьмем для рассмотрения несколько типов конденсаторов, и сделаем сравнение относительно класса диэлектрика в виде таблицы.

Таблица 1.7 - Технические параметры. SMD конденсаторы.

Класс диэлектрика

Класс 1

Класс 2

Типоразмер корпусу

0402…1210

0402…2220

Номинальное напряжение Uн

50В; 200В;500В;1кВ;3кВ

25В; 50 В; 100В; 200В; 500В;1кВ;2кВ;3кВ

Диапазон емкостей

1 пФ…10 нФ;1нФ…10мкФ

1 пФ…1 нФ; 1нФ…10мкФ

Допуск емкостей

(в % или пФ)

При Сн<10 пФ: ±0.1 пФ

±0.25 пФ; ±0.5 пФ

При Сн?10 пФ: ±1 %; ±2 %

±5 %; ±10 %

±5 %

±10 %

±20 %

Максимально относительная девиация емкости ДС/С

-

±15 %

Диапазон рабочих температур

-55…+125єС

-55…+125єС

Максимальное значение тангенса угла потерь tg д

<1.10-3

<25.10-3

<35.10-3 (16В)

Сопротивление изоляции при 25 єС

> 105 МОм

> 105 МОм

при 125 єС

-

> 104 МОм

Постоянная времени при 25 єС

> 1000 с

> 1000 с

Таблица 1.8 - Типоразмер SMD конденсаторов.

Размер

мм

0402

1005

06032

1608

0805

2012

1206

3216

1210

3225

l

1.5±0.1

1.6±0.15

2.0±.02

3.2±0.2

3.2±0.3

b

0.5±0.05

0.8±0.1

1.25±0.15

1.6±0.15

2.5±0.3

s

0.5±0.05

0.8±0.1

1.35max

1.3max

1.7max

k

0.1-0.4

0.1-0.4

0.13-0.75

0.25-0.75

0.25-0.75

Исходя из таблицы.1.8, в качестве SMD конденсаторов выбираем конденсаторы с диэлектриком 1-го класса, типоразмером корпуса 1206.

А = 1.5 мм, В = 1.2 мм, С = 4.7 мм.

Рисунок.1.7 - Расположение при пайке SMD конденсаторов

Рекомендованное расположение при пайке SMD конденсаторов типорозмера 1206.Выбираем электролитические конденсаторы фирмы Hitano, для обычного монтажа серии ECR.

Таблица 1.9 - Серия ECR.

диапазон напряжений

6.3…100В

160…460В

диапазон емкостей

0.47…10000мкФ

0.47…220мкФ

температурный диапазон

-40…+85С

-25…+85С

ток потерь

<0.01CU

<0.03CU

разброс емкостей

20% при 20С, 120Гц

Диэлектрические потери (tg), не больше.

Таблица 1.10 - Диэлектрические потери

U,B

16

25

35

50

63

100

200

350

400

tg(D4-6.3)

0.16

0.14

0.12

0.1

0.1

0.08

0.18

0.2

0.2

Стабильность при низких температурах (отношение импедансом на частоте 120Гц).

Таблица 1.11 - Стабильность

U,B

16

25

35

50

63

100

200

350

400

Z(-25C)/ Z(+20C)

2

2

2

2

2

2

2

2

2

Z(-40C)/ Z(+20C)

4

4

3

3

3

3

Таблица 1.12 - Типоразмеры электролитических конденсаторов.

мкФ/B

16

25

35

50

63

100

200

350

400

1

511

511

511

511

611

611

2.2

511

511

511

611

611

812

4.7

511

511

511

812

812

1013

10

511

511

511

511

511

611

1016

1013

1013

22

511

511

511

511

611

611

1021

1013

1016

33

511

511

511

611

611

812

1321

1021

1021

47

511

511

511

611

611

1013

1321

1321

1326

100

511

611

611

812

1013

1021

1626

1632

1632

220

611

812

814

1013

1016

1326

1836

1841

330

812

814

1013

1017

1020

1326

470

812

814

1016

1321

1326

1626

1000

1016

1021

1321

1326

1625

1841

2200

1321

1321

1626

1636

1836

3300

1326

1626

1632

1836

2241

4700

1626

1632

1836

2241

2541

Рисунок.1.8 - Габаритные размеры электролитических конденсаторов.

Таблицы 1.13 -

D

5

6

8

10

13

16

18

22

25

P

2.0

2.5

3.5

5.0

5/0

7.5

7.5

10

12.5

d

0.5

0.5

0.5

0.6

0.6

0.8

0.8

1.0

1.0

1.3.3 Выбор индуктивности и трансформаторов

Выбираем изделия фирмы Epcos. В качестве дросселей, для фильтров по питанию, из таблицы выберем дроссели типа DB36-10-47, DST4-10-22, FMER-K26-09.

Таблица 1.14 - Катушки индуктивности. Технические параметры.

Тип

индуктивность

мкГн

Q

Тест. частота

Гц

Сопротивление

Ом

Ток тип.

А

Ток нас.

А

L

Q

DB36-10-47

150±20%

46

100К

2.520М

0.02

12.80

14.20

DST4-10-22

47±20%

42

100К

2.520М

0.01

12.20

15.50

FMER-K26-09

60±20%

56

100К

2.520М

0.12

8.2

10.4

Выбираем тип трансформаторов TS40-15-2, KERBIP-2-K20, TS300-12-K28, TS12-300-K32 диапазон рабочих температур -40…+45оС.

1.3.4 Выбор активных элементов

Выбираем транзисторы фирмы STMicroelectronics из таблицы 1.12.

Таблица 1.15 - Технические параметры транзисторов.

Параметры

К1531

GT15Q101

BC556

IRFP150

IRFD123

2N2907

К792

Напряжение коллектор - база

500B

1200В

80В

100В

80В

-60В

900В

(сток-затвор)

500B

1200В

65В

100В

80В

-40В

900В

Напряжение коллектор-эмиттер (сток-исток)

±30B

±20В

±20B

±20B

-5В

±20B

Напряжение

15A

15А

100мА

43A

1.1А

-600мА

3A

база-эмиттер

60A

30А

200мА

170A

4.4А

-1.2А

5A

(затвор-исток)

2мА

20мА

Ток коллектора

150Bт

150Вт

0.5Вт

193Вт

1.5Вт

200мВт

100Вт

(сток)

1480пФ

1800пФ

10пФ

1750пФ

450пФ

30пФ

800пФ

Импуль-сный ток коллектора

400пФ

3пФ

420пФ

200пФ

8пФ

250пФ

(сток)

150C

150С

150С

175С

150С

150С

150 С

Выбираем диоды фирм Fairchild и International Rectifier.

Таблица 1.16 - Технические параметры диодов.

Параметры

U обр. В

І макс., А

І обр, мА

F макс., кГц

PSOF107

300

0.3

0.005

40

1N4937

600

1.5

2

150

LL4148

100

0.2

0.005

300

LL414P

60

0.5

0.01

300

MUR860

600

10

20

200

MUR31

800

8

2

10

RUR30100

1000

30

1

300

Выбираем микросхемы фирм Unitrode, National Semiconductor, Intersil, STMicroelectronics. В качестве контролеров питания выбираем UC3842 фирмы Unitrode, SG3525 фирмы STMicroelectronics.

В качестве микросхемы стабилизатора напряжения выбираем ИМС фирмы STMicroelectronics.

Таблица 1.17 - Технические параметры микросхемы интегрального стабилизатора.

Тип

Входное напряжение, В

Напряжение стабилизации, В

Выходной ток, А

Температура, С

78M05ST

+30

+5

1.2

-55…+125

1.4 Расчет печатной платы

1.4.1 Расчет площади печатной платы.

Определяем стандартные размеры элементов, которые применяются, и возводим данные в таблицу. 1.7.1.

Таблица. 1.18 - Размеры элементов и их суммарная позиция.

Название групп компонентов

Количество N, шт.

Длинна

L, мм

Ширина

В, мм

Диаметр

D, мм

Площадь

S=L*В, мм2

Площадь N элем.

S*N,мм2

Диаметр

выводов

d, мм

Резисторы

постоянные 0.25...0.5Вт

119

4.7

1.5

7.05

838.95

Резисторы

постоянные 1...2Вт

10

12

5

60

600

0.85

Резисторы переменные

3

3.1

3.6

11.16

33.48

Конденсаторы керамические

37

4.7

1.5

7.05

260.85

Конденсаторы электролитические

14

16

200.96

2813

8

20

314

2512

Транзисторы

17

25

40

1000

17000

1.0

Диоды малой мощности

8

4.7

1.5

7.05

56.4

0.6

Диоды большой мощности

16

15

20

300

4800

1.2

Стабилитроны

5

4.7

2

9.4

47

IMC SMD

6

14

12

168

1008

IMC DIP

5

10

8

80

400

1.0

Дроссели

6

42

22

924

5544

1.2

Трансформаторы сигнальные

3

15

176

530

1.0

Трансформаторы питания

2

70

60

4200

8400

1.2

Вставка плавкая

4

30

10

300

1200

1.2

Реле

2

50

20

1000

2000

1.0

Разъемы

6

20

10

200

1200

0.85

Из таблицы 1.18 получили суммарную плоскость SСУМ=49233мм2, тогда определяем устанавливаемую площадь всех элементов на плате, если КУСТ=1,2

Определяем плоскость печатной платы, которая необходима для установки элементов с учетом расстояния между элементами и выводами, а также для обеспечения нормальных тепловых режимов работы, по формуле, если коэффициент использования равен: КИСП=0,9, тогда

Определяем площадь, которая необходима для размещения элементов крепления, которые крепят плату. Принимаем, что плата крепится шестью винтами М3, если под один болт отводится плоскость SБ=100(мм2).

Определяем общую площадь платы:

Исходя из полученной площади выбираем ширину платы L=300(мм), тогда длинна:

Принимаем В=216(мм).

1.4.2 Расчет параметров металлизированных отверстий

Исходя из диаметров элементов, которые устанавливаются на плату, определим диаметр металлизированных отверстий, если толщина металлизированного покрытия при металлизации гальваническим методом:

mпок=0,05(мм).

И зазор между выводом и стенкой металлизированного покрытия берется:

К=0,2(мм).

Элементы, которые устанавливаются, имеют шесть диаметров выводов:

d1=0,5 (мм)

d2=0,6 (мм)

d3=0,8 (мм)

d4=0,85 (мм)

d5=1(мм)

d6=1,2 (мм),

тогда:

Определяем параметры контактных площадок вокруг металлизированного отверстия, если контактные площадки выполняются в виде контактного кольца с обеих сторон платы. Если необходимая радиальная величина будет В=0,55, а технологический коэффициент на ошибку С=0,1, тогда:

Исходя из полученных размеров металлизированных отверстий и диаметров выводов элементов, выбираем технологически обусловленные размеры металлизированных отверстий, и полученные данные записываем в таблицу 1.19.

Таблица 1.19 - Размеры диаметров отверстий и контактных площадок.

Диаметр вывода

элемента, мм

Расчетные данные

Стандартные

Диаметр отверстия, мм

Диаметр площадки, мм

Диаметр отверстия, мм

Диаметр площадки, мм

1

0,5

1

2,2

1

2,2

2

0,6

1,1

2,3

1

2,2

3

0,8

1,3

2,5

1,2

2,5

4

0,85

1,35

2,55

1,2

2,5

5

1

1,5

2,7

1,5

2,8

6

1,2

1,7

2,9

1,8

3

1.4.3 Расчет ширины печатных проводников

Ширина печатных проводников определяется по максимальному току для разных цепей схемы, если допустимая плотность тока JДОП=30(А/мм2), максимальный ток ІМ=8(А), а толщина металлизированного покрытия mПОК=0,05(мм), тогда ширина будет равной:

Расстояние между проводниками найдем по разнице потенциалов, с учетом электрических характеристик выбранного метода изготовления. В нашей схеме, в основном, максимально возможное напряжение не превышает 450(В), расстояние между печатными проводниками -- 1,8(мм).

1.4.4Тепловой расчет

Рассчитаем тепловой режим транзистора в импульсном стабилизаторе напряжения.

Полная мощность, которая выделяется в транзисторе во время его работы при переключении определяется за формулой:

Р=Рпероткрупри

где: Р - полная мощность, которая рассеивается;

Рпер - потери мощности при переключении;

Роткр - потери на активном сопротивлении транзистора;

Рупр - потери на управлении в цепи затвора;

Ри - потери мощности за счет истока в закрытом состоянии.

Сразу можно отметить, что потери мощности, которые вызваны током истока (Ри), имеют очень маленькое значение, поэтому ими можно пренебречь. Также потери, которые возникают в цепи управления, тоже имеют очень малые значения, поэтому формула принимает вид:

Р=Рпероткр., где

Роткр=RDS(on)I2эф.

Мощность Рпер определяется

Где i=IН/n.

IL=3/0,98=3,06(A).

тогда

Отсюда

проверяем тепловой режим работы транзистора

,

где

tнс - температура окружающей среды 35 С.

Rja - тепловое сопротивление кристалл-среды 75 С/Ут.

С.

По результатам проделанных расчетов видно, что при использовании транзисторов в режиме ключей и при заданных параметрах работы преобразователя, необходимо обязательное применение охладительных радиаторов и принудительного обдува.

1.4.5 Расчет надежности устройства

Надежность - это свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заданных границах.

Надежность характеризуется рядом расчетных показателей, наиболее важной из которых является интенсивность отказов, средняя наработка на отказ, вероятность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы указывает на то, какая часть изделий будет работать безотказно в течение заданного времени tp. Для большинства радиоэлектронных устройств вероятность безотказной работы зависит, как от физических свойств, так и от времени tp, в течение которого устройство должно работать безотказно:

Интенсивностью отказов называют количество отказов за единицу времени, что приходится на одно изделие, которое продолжает работать в данный момент времени:

Интенсивность отказов аппарата, который состоит из разных элементов, определяют по формуле:

Расчет надежности проводим в такой последовательности:

- Составляем таблицу исходных данных для расчета, определяем конструктивную характеристику компонентов, количество компонентов по группам, рассчитываем интенсивность отказов лі для каждой из групп компонентов:

где: - количество компонентов в одной группе.

Выходные данные для расчета надежности сводим в таблицу 1.17.

Таблица 1.20 - Исходные данные расчета надежности.

Названия групп компонентов

Кол-во

1.

Резисторы

непроволочные постоянные 0.125-0.5

непроволочные постоянные 1.0-2.0

непроволочные переменные

82

10

3

0.4

1.0

2.5

0.42

0.42

0.42

13.78v10-6

4.2v10-6

3.15v10-6

2.

Конденсаторы керамические электролитические

37

22

1.2

2.2

0.1

0.4

4.44v10-6

19,36v10-6

3.

Транзисторы кремниевые

17

1.7

0.35

11.56v10-6

4.

Диоды

Выпрямители малой мощности

большой мощности

стабилитроны малой мощности

светодиоды

8

16

5

3

0.7

5.0

2.4

2.8

0.81

0.81

0.81

0.81

4.54v10-6 64.8v10-6

9.72v10-6

6.8v10-6

5.

Интегральные микросхемы

полупроводниковые

6

0.01

1.0

0.06v10-6

6.

Дроссели

6

1.0

1.0

6.0v10-6

7.

Трансформаторы сигнальные питания

3

2

0.1

3.0

1.0

1.0

0.3v10-6

6.0v10-6

8.

Вставка плавкая

4

0.5

1.0

2.0v10-6

9.

Тумблер

1

1.1

1.0

1.1v10-6

10.

Реле

2

1.7

0.35

1.19v10-6

11,

Клеммы

2

1.0

1.0

2.0v10-6

12.

Печатная плата

1

0.1

0.1

0.01v10-6

11.

Пайка на плате

910

0.01

1.0

9.1v10-6

12.

Корпус прибора

1

1.0

1.0

1.0v10-6

13.

Проводники и пайки навесные

24

0.02

1.0

0.48v10-6

- Для учета условий эксплуатации находим поправочные коэффициенты , , и по формуле (1.11.5) рассчитываем поправочный коэффициент . Принимаем

, , .

- Расчет интенсивности отказов проводим по формуле:

- Среднюю наработку на отказ рассчитываем по формуле:

- Проводим расчет вероятности безотказной работы радиоустройства по формуле (1.11.1):

где - основа натурального логарифма;

- интенсивность отказов;

- время испытания.

Результаты расчетов вероятности безотказной работы устройства записываем в таблицу 1.18.

Таблица 1.21 - Результаты расчета надежности.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

0

101

102

103

104

105

0

-0.001759

-0.017590

-0.175900

-1.759000

-17.59000

1

0.9982

0.9825

0.8394

0.1737

0.0002

- По результатам расчетов строим график зависимости вероятности безотказной работы устройства от времени :

Рисунок 1.9 - График зависимости вероятности безотказной работы устройства от времени.

2. Описание структурной схемы источника бесперебойного питания

Структурная схема источника бесперебойного питания представлена в графической части дипломного проекта на листе формата А1.

2.1 Назначение

Источник бесперебойного питания (ИБП) предназначен для надежной защиты электрооборудования пользователя от любых неполадок в сети, включая искажение или пропадание напряжения сети, а также подавление высоковольтных импульсов и высокочастотных помех, поступающих из сети.

2.2 Устройство и принцип работы

Конструктивное исполнение блока ИБП - прямоугольный металлический корпус, имеющий съемные боковые стенки, заднюю панель и хомут-держатель аккумуляторной батареи.

Рисунок 2.1 - Передняя панель блока ИБП

На передней панели блока расположены кнопки управления ИБП "ВКЛ/ВЫКЛ инвертор", светодиодные индикаторы для отображения текущего состояния (режима работы) ИБП и светодиодная индикаторная линейка, указывающая % нагрузки при сетевом режиме или % остаточной емкости батареи при автономном режиме.

На задней панели (смотреть, рисунок. 2.2 а, б) расположены сетевой разъем, компьютерные и стандартные розетки для подключения нагрузок, разъем для подключения дополнительных внешних аккумуляторных модулей, сетевой выключатель, автомат защиты, коммуникационный порт RS-232 (разъем DB9).

Рисунок.2.2 - Задняя панель блока ИБП:

1-разъем сетевой;

2-автомат защиты сетевой;

3-вентилятор;

4 -разъем интерфейсный DB-9;

5-разъем защиты линии связи;

6-разъем для подключения внешних АБ;

7-разъем выходной компьютерный,

8-розетка выходная стандартная, 9-колодка клеммная нагрузочная.

Структурная схема ИБП представлена на рисунке 2.3.

2.3 Назначения узлов ИБП

- входной сетевой фильтр обеспечивает подавление выбросов напряжения при переходных процессах в сети и осуществляет фильтрацию высокочастотных помех;

- выпрямитель и корректор коэффициента мощности обеспечивают преобразование напряжения сети переменного тока в стабилизированное напряжение постоянного тока, обеспечивая при этом практически синусоидальную форму тока, потребляемого из сети. Это позволяет обеспечить входной коэффициент мощности близким к единице;

- инвертор преобразует напряжение постоянного тока в синусоидальное напряжение с частотой 50 Гц. Силовые транзисторы инвертора коммутируются с частотой 20 кГц, обеспечивая высокую надежность и точность формирования выходного напряжения. Энергия постоянного тока поступает на вход инвертора от сети или от аккумуляторной батареи, причем переход от одного режима к другому происходит мгновенно;

- преобразователь DC/DC обеспечивает повышение напряжения аккумуляторной батареи (АБ) до уровня, необходимого для надежной работы инвертора;

- зарядное устройство обеспечивает подзаряд АБ при работе ИБП в сетевом режиме. В качестве АБ используются последовательно включенные герметичные (необслуживаемые) свинцово-кислотные аккумуляторы;

- BYPASS - автоматически обеспечивает альтернативный путь для подключения нагрузки непосредственно к сети при аномальных режимах работы ИБП (перегрузке, перегреве, выходе из строя одного из узлов ИБП).

Рисунок 2.3 - Структурная схема ИБП

При работе в режиме Bypass нагрузка не будет защищена от искажений и отклонений напряжения, присутствующих в сети.

2.4 Режимы работы ИБП

В зависимости от состояния сети и величины нагрузки ИБП может работать в различных режимах: сетевом, автономном, Bypass и других.

Сетевой режим - режим питания нагрузки энергией сети.

При наличие сетевого напряжения в пределах допустимого отклонения и нагрузки, не превышающей максимально допустимую, ИБП работает в сетевом режиме. При этом режиме осуществляется:

- фильтрация импульсных и высокочастотных сетевых помех;

- преобразование энергии переменного тока сети в энергию постоянного тока с помощью выпрямителя и схемы коррекции коэффициента мощности;

- преобразование с помощью инвертора энергии постоянного тока в энергию переменного тока со стабильными параметрами;

- подзаряд АБ с помощью зарядного устройства.

На передней панели при этом режиме светится светодиод зеленого цвета СД1, указывающий на наличие сетевого напряжения, и СД2, указывающий на работу инвертора. Четыре светодиода зеленого цвета индикаторной линейки (СД7, СД8, СД9, СД10) указывают приблизительное значение % загрузки ИБП с шагом в 25 %.

Если нагрузка ИБП превысит 100 %, то загорается светодиод СД6 желтого цвета. При перегрузке более 110% загорается светодиод СД5 красного цвета, указывающий на аварийную ситуацию, и включается предупредительный звуковой сигнал, повторяющийся каждые полсекунды. При этом ИБП переходит в режим Bypass.

- Автономный режим - режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи.

При отклонении параметров сетевого напряжения за допустимые пределы или при полном пропадании сети ИБП мгновенно переходит на автономный режим питания нагрузки энергией аккумуляторной батареи (АБ) через повышающий преобразователь DC/DC и инвертор.

На передней панели блока при этом режиме погаснет или будет мерцать светодиод СД1, указывающий на неполадки в сети и загорится СД3 желтого цвета, указывающий на питание нагрузки от АБ. Светодиодная индикационная линейка (СД6, СД7, СД8, СД9, СД10) в этом режиме будет указывать % остаточной емкости АБ с шагом 20%. По мере разряда АБ все меньшее число светодиодов будут оставаться включенными.

При этом режиме работы ИБП каждые 4 секунды будет звучать предупредительный сигнал, означающий, что ИБП работает от АБ. По мере разряда батареи этот сигнал изменится на более частый, повторяющийся каждую секунду. Это возникает приблизительно за 2 мин. до полного отключения ИБП. При остаточной емкости АБ менее 20% ИБП автоматически выключится для исключения недопустимого разряда АБ.

При восстановлении напряжения сети ИБП автоматически перейдет в сетевой режим. При этом СД3 погаснет, а СД1 будет светить постоянно.

Режим BYPASS - режим питания нагрузки напрямую от сети.

Если при сетевом режиме происходит перегрузка или перегрев ИБП, а также, если один из узлов ИБП выходит из строя, то нагрузки автоматически переключается с выхода инвертора напрямую к сети. При этом погаснет светодиод СД2, указывающий на отключение инвертора, и загорится СД4 желтого цвета, указывающий на включение автоматического Bypass. Через каждые 2 минуты будет звучать короткий сигнал, оповещающий пользователя о работе ИБП в режиме Bypass. Светодиод СД1 в этом режиме горит постоянно, если параметры сети в норме, или мерцает, если параметры сетевого напряжения выходят за допустимые пределы, предупреждая пользователя о питании нагрузки некачественным напряжением.

При снятии причин перехода в Bypass (перегрузки или перегрева) ИБП автоматически возвращается в нормальный сетевой режим с двойным преобразованием энергии.

В режиме Bypass светодиодная индикационная линейка будет показывать % нагрузки.

Режим заряда батареи возникает при наличие сетевого напряжения и включенном выключателе сети на задней панели блока ИБП. Зарядное устройство будет обеспечивать заряд батареи независимо от того, что включен ли инвертор или присутствует режим Bypass.

Режим автоматического перезапуска ИБП возникает при восстановлении сетевого напряжения, если до того ИБП работал в автономном режиме и был автоматически отключен внутренним сигналом во избежание недопустимого разряда батареи. После появления входного напряжения ИБП автоматически включится и перейдет на сетевой режим.

Режим холодного старта обеспечивает включение ИБП для работы в автономном режиме при отсутствие сетевого напряжения путем нажатия на кнопку ВКЛ инвертора с выдержкой не менее 1 секунды.

Таблица 2.1 - Технические характеристики

Модель UPS

ДПК-1/1-1- 220

ДПК-1/1-2- 220

ДПК-1/1-3- 220

Номинальная мощность

Полная, ВА

1000

2000

3000

Активная, Вт

700

1400

2100

Входные параметры

Номинальное входное напряжение, В

220

Диапазон входного напряжения без перехода на батарею при 100% нагрузки, В

162...276

Допустимые отклонения частоты входного напряжения, Гц

40...60

Коэффициент мощности по входу

0,95

0,97

Выходные параметры

Статическая точность выходного напряжения при изменении нагрузки в пределах 100%

±2%

Форма выходного напряжения

синусоидальная

Коэф. искажения синусои-дальности выходного напряжения (Ки), %

линейная нагрузка

3

нелинейная нагрузка

6

5

Допустимый коэффициент амплитуды тока нагрузки (крест-фактор)

3/1

Общесистемные параметры

КПД при номинальной нагрузке, %, более

инверторный режим

85

88

режим Bypass

94

97

Перегрузочная способность инвертора

<110%

длительно без перехода на Bypass

>110%

10 c

>150%

200 мс

Мощность потерь при 0% нагрузки, Вт

45

60

Габариты (ВхШхГ), мм

145x220x390

200x340x450

Масса (с АБ), кг

14

33

34

Аккумуляторные батареи

Тип аккумулятора

герметичный, необслуживаемый, свинцово-кислотный

12 В / 7 (7,2) Ач

Количество аккумуляторов в батарее, шт.

3

8

Напряжение батареи, В

36

96

Время автономной работы при 100% / 50% нагрузке, не менее, мин

6/14

9,5/21

7,5/17

Время заряда батареи с 20% до 90% номинальной емкости, час

6

Защита батареи от глубокого разряда: - светодиодная информация о % разряда; - звуковая информация о состоянии разряда; - автоматическое отключение при напряжении 1,7 В/яч.

Возможность увеличения времени автономной работы: - наличие разъема для подключения внешних аккумуляторных модулей.

Условия эксплуатации

Рабочая температура, oC

0...+40

Температура хранения, oC

-25...+55

Относительная влажность при 20 oC, %

до 95 (без конденсата)

Рабочая высота над уровнем моря при 40 oC, м

до 3000

Соответствие стандартам

Требования по электробезопасности

ГОСТ Р МЭК 60950-2002

Требования по ЭМС

ГОСТ Р 50745-99, ГОСТ Р 51317.3.2-99,ГОСТ Р 51317.3.3-99

2.5 Средства индикации и коммуникации

­ светодиодная индикация режимов работы ИБП;

­ RS-232 интерфейс;

­ сигналы тревоги(световые и звуковые): перегрузка, неисправность, высокая температура, недопустимое отклонение параметров сети, недопустимый разряд аккумуляторов;

­ программное обеспечение "ИБП-Монитор" для контроля, управления, мониторинга состояния ИБП и сети.

2.6 Программное обеспечение

ИБП модели ДПК имеет возможность интеллектуальной связи с отдельными компьютерами, рабочими станциями или серверами, работающими в OC Windows 95/98/Me/2000/XP, используя ПО "ИБП-Монитор" на CD-диске, входящем в комплектацию ИБП. Для связи с компьютером используется специальный кабель интерфейса, входящий в состав комплектации ИБП и подключаемый через разъем DB-9, расположенный на задней панели блока ИБП, к COM-порту ПК.

2.7 Основные функции

- отображение текущего состояния ИБП и параметров электропитания: величина и частота входного напряжения, величина выходного напряжения, процент нагрузки ИБП, уровень заряда батарей, температура ИБП, режимы работы;

- автоматическое завершение работы компьютера с сохранением рабочих файлов и последующим выключением ИБП при аварии электросети;

- оповещение пользователя по электронной почте о режимах работы ИБП и аварийных ситуациях;

- ведение журналов мониторинга и событий;

- выполнение по графику следующих задач: выключение ИБП и ПК с возможностью последующего включения через заданный интервал, тестирование ИБП;

- Минимальные требования к оборудованию:

Рисунок 2.4. - «ИБП-Монитор»

1. процессор: не ниже Intel Pentium 60;

2. ОЗУ: не менее 32 Мбайт (Windows Me/2000/XP - 64 Мбайт);

3. 3 Мбайт дискового пространства; один свободный COM-порт;

4. операционная система Microsoft Windows95/98/Me/NT4/2000/XP.

Построение систем бесперебойного питания зависит от задач, которые на них возлагаются. В некоторых случаях необходимо добиться наименьшего показателя -- время переключения нагрузки на питание от аккумуляторных батарей или наоборот. В других случаях необходимо обеспечить долговременную работу от аккумуляторной батареи, при этом время переключения не является критической величиной. То есть, можно сказать, что для каждого конкретного случая нужно решать абсолютно разные технические задачи.

3. Экономический расчет

Целью данного раздела дипломного проекта является выполнение необходимых расчетов организационно-экономических показателей. Данный раздел включает:

1. Расчет себестоимости устройства;

2. Определение цены устройства;

3. Оценка уровня качества устройства;

4. Определение цены потребления;

5. Определение рыночной цены;

6. Прогноз сбыта;

7. Прибыль от реализации.

Экономический расчет будем проводить с учетом того, что производство устройства является мелкосерийным.

3.1 Анализ рынка

Блок бесперебойного питания предназначен для питания разнообразной электрической и электронной аппаратуры стабилизированным напряжением 220В, в том числе устройств охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации, питание аппаратуры на АТС, питание персональных компьютеров.

Преимуществами новой разработки является высокий КПД и большая выходная мощность. Возможные объемы продажи изделия приблизительно 1000 шт. в год. Ближайшим аналогом данного блока является блок питания PW5115 фирмы Powerware, его мы и берем за базовое изделие.

3.2 Расчет уровня качества. Основные технические параметры устройства

Технические параметры характеризуют качество изделия. Качество - совокупность свойств, которые делают его способным выполнять заданные функции, тем самым удовлетворять соответствующие рыночные требования. Конкурентоспособность - это степень соответствия товара в данной рыночной ситуации по техническим, экономическим, эксплуатационным характеристикам.

Основными показателями данного изделия является:

1. Выходное напряжение;

2. Коэффициент полезного действия;

3. Выходная мощность;

4. Частота сети;

5. Выходной ток.

3.3 Определение важности каждого показателя

Следующим этапом, после выбора более важных показателей, является ранжирование показателей по степени их важности. Самому важному присваивается ранг 1, менее важному ранг 2 и так далее.

Результаты занесем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 - Показатели ранжирования по степени важности.

Показатель

Ранг показателя, на мнение эксперта

Сума рангов, Ri

i

i2

1

2

3

4

5

1

4

3

4

3

3

17

2

4

2

2

1.5

1

2

1

7.5

-7.5

56.25

3

3

4

2,5

4

4

17.5

2.5

6.25

4

1

1.5

2,5

1

2

8

-7

49

5

5

5

5

5

5

25

10

100

Всего

15

15

15

15

15

75

0

215.5

где:

Проведем проверку пригодности экспертных оценок. Проверка проводится на основе расчета коэффициента соответствия экспертных оценок.

Коэффициент соответствия:

где:

N - количество экспертов

n - количество оценок

Коэффициент соответствия может принимать значение .

В случае, когда W=1 - полное соответствие экспертов. Рассчитанный коэффициент уравнивается с минимально допустимым Wн. При условии полученные данные заслуживают доверия и пригодные для последующей работы. Для радиотехнических устройств Wн=0,77

Полученный результат пригодный для последующего использования.

Для оценки уровня качества изделия используем обобщающий показатель - коэффициент технического уровня:

Кт.у і·

где: ц і - относительный (единичный) показатель качества.

q i - коэффициент весомости.

Если зависимость между параметром и качеством линейна, то относительные показатели вычисляются по формулам:

q і = РНі/ РБі и q і = РБі/ РНі

Если зависимость между параметром и качеством нелинейная, то относительные показатели вычисляются по формулам:

q і =lg(РНі/ РБі)+1 и q і =lg(РБі/ РНі)+1

где: РНі , РБі - числовые значения і -го параметра соответственно нового и базового изделия.

В качестве базового изделия возьмем блок бесперебойного питания PW5115 фирмы Powerware.

Результаты расчетов сведем в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.Результаты расчетов

Показатель

Название показателя

Значение базового показателя

Значение нового показателя

q і

Х1*

Выходное напряжение, В

0...24

0... 30

1.25

Х2*

Коэффициент полезного действия

0.85

0.89

1,05

Х3*

Выходная мощность, Вт

240

300

1.25

Х4*

Частота сети, Гц

50...60

50...60

1.0

Х5*

Выходной ток, А

10

10

1.0

Определим коэффициент важности каждого показателя

Воспользуемся средством экспертных оценок. Эксперты независимо один от другого сравнивают между собой показатели, оценивая, что важнее. В оценке принимают участие не менее 5 экспертов.

При этом если показатель “>” то ставим коэффициент 1.5

Если показатель “<” то ставим коэффициент 0.5

Если показатель “=” то ставим коэффициент 1.

На основании таблицы построим матрицу, куда перенесем числовые значения оценок.

Таблица 3.3. Экспертная оценка.

Показатели

Эксперты

1 2 3 4 5

Суммирующая оценка

Числовое значение оценки

Х1 і Х2

<

=

<

<

=

<

0.5

Х1 і Х3

=

<

>

<

<

<

0.5

Х1 і Х4

<

<

=

<

<

<

0.5

Х1 і Х5

<

>

>

>

=

>

1.5

Х2 і Х3

<

<

<

<

<

<

0.5

Х2 і Х4

>

>

=

>

=

>

1.5

Х2 і Х5

>

>

=

>

>

>

1.5

Х3 і Х4

<

=

<

<

<

<

0.5

Х3 і Х5

>

>

>

=

>

>

1.5

Х4 і Х5

=

>

>

>

>

>

1.5

Определение важности каждого показателя определим в два шага:

1-й шаг: определим bi - сумму числовых значений оценок (сумма по строке); Kbi=bi/bi;

2-й шаг: определим bi1: bi1=ai1*b1+ai2*b2+….+ain*bn

Результат занесем в таблицу 3.4

Таблица3.4 - Значение показателей.

Х1

Х2

Х3

Х4

Х5

1-я итерация

bi цi

2-я итерация

bi цi

Х1

1

0.5

0.5

0.5

0.5

3

0.12

14

0.12

Х2

1.5

1

1.5

1.5

1.5

7

0.28

34

0.3

Х3

1.5

0.5

1

0.5

1.5

5

0.2

22

0.19

Х4

1.5

0.5

1.5

1

1.5

6

0.24

27.5

0.24

Х5

1.5

0.5

0.5

0.5

1

4

0.16

17.5

0.15

25

1

115

1

Перша итерация:

цi=bi/bi

bi=aij

где: bi - весомость і-го параметра

Вторая итерация:

цi=bi/bi

bi=ai1b1+ai2b2+...+ ainbn

где: bi - весомость і-го параметра

Уровень качества изделия

КТ.Р.=0.12*1.25 +0.3*1.05+ 0.19 *1.25+ 0.24 *1.0+0. 15*1.0=1.1

Таким образом, уровень качества разрабатываемого устройства равен 1,1.

3.4 Расчет себестоимости устройства

Согласно ТЗ, производство источника бесперебойного питания - мелкосерийное, поэтому будем пользоваться соответствующими нормативами и методикой.

3.5 Расчет затрат на приобретение материалов

Расходы на приобретение материалов вычисляются на основании норм их расходования и цен, с учетом транспортно-заготовительных расходов. Расчет по стоимости материалов занесен в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Стоимость материалов.

Наименование материала

Стандарт,

марка

Единица измер.

Норма расхода на одно изделие

Цена за ед., грн

Сума, грн

Припой

ПОС-61

кг

0.30

7

2.1

Стекло-текстолит фольгирован-ный

СФ-2-15

кг

0.7

30

21

Провод монтажный

МГШВ-0.75

м

1

0.15

0.15

Провод монтажный

МГШВ-0.5

м

1,5

0.5

0.75

Провод монтажный

МГШВ-0.35

м

0.7

0.3

0.21

Провод монтажный

МГШВ-1,5

м

1.5

1.3

1.95

Железо оцинкованное

Ст3-1.5

кг

1

5

5

Алюминий

Амг-3

кг

3.1

6.2

19.22

Флюс

ФС-1

кг

0.10

10

1.0

Лак

кг

0.1

8

0.8

Краска

ПФ-115

кг

0.35

7

2.45

Итого

54.63

Неучтенные материалы,5%

2.73

Транспортно-заготовительные работы , 10%

5.46

Всего

62.82

3.6 Расчет расходов на покупные изделия и полуфабрикаты

В данную статью включается стоимость готовых изделий, приобретенных для укомплектовки блока питания. Покупные изделия определяются по схеме электрической принципиальной. Расчеты занесены в таблицу 3.6.

Таблица 3.6 - Покупные изделия.

Наименование

Марка

Кол-во

Цена, грн.

Сумма, грн.

Резисторы

RC01-1206± 5%

64

0.05

3.2

RC02H-1206± 1%

18

0.05

0.9

RWN5020-1.6± 5%

9

1.60

14.4

RWN5020-1.6± 1%

3

1.80

5.4

PVZ3A ± 20%

3

0.70

2.10

TR1223± 5%

1

1.1

1.1

Конденсаторы

ECR-400B-100мкФ

4

6.00

24

ECR-25B-1000мкФ


Подобные документы

  • Техническое обоснование структурной схемы и разработка универсального источника бесперебойного питания с цифровым управлением. Электрический расчет силовых элементов и структурной схемы Line-interractive устройства. Расчет себестоимости блока питания.

    дипломная работа [883,1 K], добавлен 09.07.2013

  • Типы источников бесперебойного питания, их возможности и преимущества технологии двойного преобразования. Выбор и основание функциональной схемы. Расчет узлов принципиальной схемы. Технико-экономическое обоснование проекта. Мероприятия по охране труда.

    дипломная работа [703,5 K], добавлен 17.11.2010

  • Конструкция блока питания для системного модуля персонального компьютера. Структурная схема импульсного блока питания. ШИМ регулирование силового каскада импульсного преобразователя. Импульсный усилитель мощности. Устройства для синхронизации импульсов.

    дипломная работа [4,8 M], добавлен 19.02.2011

  • Обзор аналогов изделия. Описание структурной схемы. Описание схемы электрической принципиальной. Разработка и расчет узлов схемы электрической принципиальной. Обоснование выбора элементов схемы. Расчет печатной платы. Тепловой расчет.

    дипломная работа [622,7 K], добавлен 14.06.2006

  • Изучение принципов построения и описание электрической принципиальной схемы импульсных источников питания. Технические характеристики и диагностика неисправностей импульсных блоков питания. Техника безопасности и операции по ремонту источников питания.

    курсовая работа [427,5 K], добавлен 09.06.2015

  • Особенности построения и применения импульсных источников питания. Структура, схемотехническое решение и принцип действия импульсного блока питания. Разработка структуры прибора Master-Slave с применением современных интегральных микросхем TEA 2260.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 04.03.2013

  • Разработка и проектирование принципиальной схемы вторичного источника питания. Расчет вторичного источника питания, питающегося от сети переменного тока, для получения напряжений постоянного и переменного тока. Анализ спроектированного устройства на ЭВМ.

    курсовая работа [137,3 K], добавлен 27.08.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.