Автоматическое управление приводом постоянной частоты вращения
Исследование приводов постоянной частоты вращения. Математическое моделирование объемной гидропередачи в среде MATLAB-Simulink. Разработка конструкции и технологии печатного узла контроллера. Количественная оценка технологичности конструкции изделия.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.10.2014 |
| Размер файла | 5,0 M |
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.
· Рабочий объем: Vg=40 см3
· Максимальная частота вращения: nmax=4000 об/мин
· Максимальный расход (при максимальной частоте вращения): qvmax=160 л/мин
· Момент (при давлении 400 атмосфер) Tmax=255 Н*м
· Заполняемый объем: 0.4 л
· Момент инерции движущихся частей двигателя: J=0.0043 кг*м3
· Приблизительная масса: 15 кг.
· Также в качестве входных данных было выбрано:
· Кинематическая вязкость жидкости: х=18 мм2/с
· Плотность жидкости: с=850 кг/м3
· Частота вращения вала регулируемого гидравлического насоса 33.33 об/с
· Объемный модуль упругости жидкости E=1.65*1010 Па
· Объем жидкости в трубопроводе VТр=2 л
Используя уравнения баланса расхода и нагрузки, а также применяя определенные выше модели отдельных элементов ОМГП, мы можем получить схематичное представление математической модели ОМГП, работающей в разомкнутом цикле (рис 2.19). Для более компактного представления, некоторые вычисления собраны в блоки. Более подробная схема с описанием блоков и пояснениями представлена в приложении 2. КПД ОМГП рассчитывается как произведение объемных и механических КПД гидромашин и КПД базового механизма.
Рисунок 2.19 - Общий вид схемы MATLAB-Simulink, представляющий математическую модель ОГМП с гидроприводом, работающим в замкнутом цикле
Листинг рограммы представлен в Приложении А.
Для получения объективных графиков изменения выходных параметров были смоделированы изменяющиеся параметры регулирования и момента нагрузки на выходном валу.
Параметр регулирования гидромотора был представлен изменяющимся в полном диапазоне - от -1 до 1. График изменения параметра регулирования представлен на рис. 2.20.
Нагрузка на выходном валу ППЧВ была выбрана ступенчатой, чтобы показать изменение характеристик привода с ростом нагрузки. График изменения нагрузки на выходном валу представлен на рис. 2.21.
Рисунок 2.20 - График изменения параметра регулирования
Рисунок 2.21 - График изменения нагрузки на выходном валу привода
2.4 Результаты математического моделирования
В результате математического моделирования привода постоянной частоты вращения в среде MATLAB-Simulink были получены следующие графики работы системы.
На рис. 2.22 представлен график изменения КПД ППЧВ в зависимости от значения параметра регулирования и изменения динамической нагрузки на выходном валу привода:
Рисунок 2.22 - График изменения КПД привода постоянной частоты вращения
Как видно на графике, КПД привода находится в диапазоне от 76% до 81%. При приближении параметра регулирования гидронасоса к нулю КПД системы уменьшается, так как большую роль начинают играть потери давления по длине трубопровода, а так же механические и объемные потери гидромашин. Момент внешней динамической нагрузки так же влияет на КПД, в положительную сторону при отрицательном параметре регулирования, и в отрицательную сторону при положительном. Это объясняется тем, что в режиме ограничения скорости базового механизма, когда нерегулируемая гидромашина выполняет функции насоса, внешняя нагрузка также ограничивает скорость на выходном валу базового механизма.
На рис. 2.23 представлен график изменения давления в объемном гидравлическом приводе:
Рисунок 2.23 - График изменения давления объемной гидропередачи
Давление объемной гидропередачи было рассчитано как сумма давлений в сливной и напорной линиях, с учетом потерь по длине трубопровода. Как видно на представленном графике, давление зависит от параметра регулирования, и в точке перехода параметра через ноль, резко падает до нуля. При повышении внешней динамической нагрузки давление также повышается. Резкий скачок давления ведет к открытию предохранительных клапанов. Однако после стабилизации, давление все равно остается повышенным по сравнению со значением до появления нагрузки.
На рис. 2.24 представлен график изменения скорости выходного вала привода, полученный в результате симуляционных тестов:
Как видно на данном графике, скорость вращения выходного вала сильно зависит от изменения внешней динамической нагрузки. Однако следует заметить, что в реальных условиях внешняя нагрузка почти не изменяется резкими скачками, и приводу хватает времени, чтобы стабилизировать частоту вращения без резких перепадов. Также, следует заметить, что, как видно на графике, частота вращения выходного вала не зависит от параметра регулирования. Так происходит потому, что в математической модели скорость и направление вращения основных звеньев базового механизма жестко связана с параметром регулирования гидронасоса. В реальном механизме данная связь реализована точно наоборот, однако это не влияет на представленный результат. Из этого можно сделать вывод о важности обратной связи в приводе постоянной частоты вращения, которая предполагает зависимость параметра управления от частоты вращения выходного вала базового механизма.
Рисунок 2.24 - График изменения скорости выходного вала привода постоянной частоты вращения
2.5 Анализ результатов моделирования
Проанализировав результаты работы на данном этапе исследования, можно сделать следующие выводы.
Была разработана математическая модель привода постоянной частоты вращения на основе объемной гидромеханической передачи, учитывающая факторы, необходимые для разработки системы управления. Такими факторами прежде всего являются - влияние утечек на выходные параметры, влияние внутренних перетечек, влияние внешней статической нагрузки и динамического момента инерции, влияние трения, механических потерь и т д. За основу взяты уравнения баланса расхода и нагрузки, модель утечек Шлоссера, дополненная с учетом утечек в трубопроводе и внешнего динамического момента, а также результаты экспериментального исследования изменения утечек гидромашины типа «Зауэр» № 15 в зависимости от режима работы. Разработанная модель объемной гидравлической передачи, работающей в замкнутом цикле, представлена в графической среде Matlab-Simulink. С помощью симуляционных тестов в среде Matlab, получены основные характеристики ОГМП (скорость выходного вала, КПД объемной гидромеханической передачи, давление в гидросистеме). Отражено влияние объемных и гидромеханических потерь на эти характеристики. Полученная схема в среде Matlab позволяет, изменяя различные входные параметры (скорость вращения насоса, параметр регулирования, нагрузку), получать графики изменения выходных параметров системы, что позволяет существенно сократить время расчета и построения выходных характеристик ОГМП.
Полученная модель наглядно показывает положительное влияние обратной связи между выходным валом базового механизма органом регулирования гидронасоса. Жесткая обратная связь необходима для того, чтобы избежать влияния изменения параметра регулирования и нулевых зон гидромашин на частоту вращения выходного вала. Она является исходным инструментом при разработке системы управления.
При этом, полученная модель имеет ряд недостатков и нуждается в доработке. Прежде всего, необходимо произвести точное определение коэффициентов объемных и механических потерь для рассматриваемых гидромашин. Сделать это необходимо экспериментально. При создании модели были подобраны коэффициенты, дающие максимально приближенное значение характеристик гидромашин к экспериментальным данным. На данный момент можно утверждать, что полученная модель отражает вид характеристик ОГМП с конкретными гидромашинами и может быть адаптирована к разным режимам работы и к разным гидромашинам путем изменения входных данных и корректировки коэффициентов.
3 Конструирование системы управления привода постоянной частоты вращения
Как сказано выше, главная характеристика ППЧВ - стабильность скорости выходного вала, сильно зависит от обратной связи через изменение параметра регулирования. Поэтому важно сконструировать систему управления, гибко изменяющуюся в зависимости от конструкции привода и поддерживающую стабильную частоту вращения на выходе вне зависимости от режима работы. Частота вращения выходного вала считывается специальным датчиком - энкодером, после чего аналоговый сигнал поступает в контроллер. В зависимости от входного сигнала контроллер выдает управляющий сигнал на распределитель, управляющий цилиндрами, которые определяют угол наколонного диска гидронасоса.
Пропорциональный распределитель по конструкции похож на дискретный распределитель и сочетает в себе две функции [17]:
- электрически настраиваемого регулятора расхода (как и пропорциональный регулятор расхода)
- распределителя, соединяющего выходные каналы А и В с каналом питания Р и слива Т (как и дискретный 4/3-распределитель).
На рис. 3.1 представлен пропорциональный распределитель прямого действия с цилиндрическим золотником.
- Если электрический сигнал управления равен нулю, оба электромагнита выключены. Золотник центрирующими пружинами удерживается в среднем положении, при котором все каналы перекрыты.
- Если управляющий сигнал напряжения имеет отрицательное значение, ток поступает на правый электромагнит. Золотник смещается влево. Выход В соединяется с питанием Р, выход А -- со сливом Т. Смещение золотника пропорционально силе тока, поступающего на электромагнит.
- Если управляющее напряжение имеет положительное значение, ток поступает на левый электромагнит. Золотник смещается вправо, соединяя Р с А и В с Т. Ив этом случае золотника пропорционально силе тока, поступающего на электромагнит.
В случае сбоя питания электроэнергией золотник займет среднее положение, при котором все каналы перекрыты (аварийно-безопасное).
Рисунок 3.1 - Пропорциональный 4/3 распеределитель прямого действия
3.1 Нелинейности в системе управления
Из-за сил трения в золотнике и эффекта намагничивания характеристика распределителя всегда отличается от идеальной наличием:
- порога срабатывания
- инверсного диапазона
- гистерезиса
1. Порог срабатывания (зона нечувствительности). С повышением силы тока, протекающего по обмотке электромагнита, якорь смещается. Как только ток перестает изменяться (рис. 3.2а), якорь останавливается. Затем ток должен вырасти на какую-то минимальную величину, прежде чем якорь снова начнет перемещаться. Это минимальное изменение входной переменной до начала изменения входной называется порогом срабатывания или чувствительностью [17]. А величина А (рис 3.2а) называется зоной нечувствительности. Этот же эффект имеет место при уменьшении тока и смещении якоря в противоположном направлении.
Утечки в уплотнениях цилиндров увеличивают нечувствительность и уменьшают жесткость системы, которая характеризует поведение системы под нагрузкой. Утечки в золотнике системы с положительным перекрытием могут, в зависимости от соотношения утечек и перекрытий, уменьшить зону нечувствительности по сравнению с системами с нулевым перекрытием; однако наличие их вызовет перелом в статической характеристике системы.
2. Инверсный диапазон. Если входной сигнал сначала изменяется в одном направлении (возрастает), а затем в другом (падает), то характеристика распадается на две (рис. 3.2б). Расстояние между ними называется инверсным диапазоном [17]. Тот же эффект имеет место и в том случае, когда входной сигнал падает, а затем растет.
3. Гистерезис. Если ток изменяется сначала в одном направлении, а затем в другом во всем диапазоне, характеристика также двоится. Максимальное расстояние между двумя ветвями характеристики называется гистерезисом (рис. 3.2в).
Значения порога срабатывания, инверсного диапазона и гистерезиса можно уменьшить с помощью управления положением якоря. Значения этих трех параметров в обоих случаях обычно такие [17]:
- от 3 до 6% от соответствующего диапазона изменения в клапанах без управления положением
- от 0,2 до 1 % от соответствующего диапазона изменения в клапанах с управлением положением.
а)
б)
в)
Рисунок 3.2 - Зона нечувствительности (а), инверсный диапазон (б) и гистерезис (в)
3.2 Методы устранения нелинейностей
Методы коррекции характеристик распределителя:
1. Дизеринг (осцилляция).
Для преодоления силы статического трения в золотнике распределителя, на управляющий сигнал накладываются колебания определенной частоты. Это называется дизерингом или осцилляцией. Синусоидальный или прямоугольный (в виде меандра) накладываемый сигнал осцилляции обладает эффектом уменьшения гистерезиса распределителя, вызванного силами трения, действующими в золотнике распределителя [17]. Частота и амплитуда осцилляции должны быть выбраны так, чтобы эффективно снижать влияние гистерезиса распределителя без создания возмущения на выходе. Обычно значение частоты осцилляции задается ниже значения частоты
Эффект осцилляции возрастает с уменьшением частоты. Выбор частоты зависит от гистерезиса работающего распределителя и привода и от помех [20].
Аксиальная осцилляция существенно влияет на расходные характеристики рабочих окон золотниковых распределительных устройств, особенно при положительных перекрытиях. Если частота осцилляции достаточно велика, а амплитуда сравнительно мала, то колебания расхода и давления весьма незначительны [23].
1. Компенсация зоны нечувствительности.
Для того, чтобы улучшить переходные характеристики, когда изменение расхода обусловлено реверсированием полярности сигнала, может быть введен управляемый скачок около нулевой области. Такой метод компенсации зоны нечувствительности называют коррекцией по току [17].
Усиление сигнала - электронный усилитель преобразует напряжение в электрический ток, сила которого оказывается достаточной для того, чтобы привести в действие клапан.
Рисунок 3.3 - Обмен сигналами между управляющим устройством и пропорциональным электромагнитом (блок-схема)
Три основные функции усилителя показаны на рисунке 3.4. Это корректировка сигнала (для компенсации «мертвой зоны»), широтно-импульсная модуляция сигнала или ШИМ (для преобразования сигнала), усиление (для получения сигнала нужной мощности).
Рисунок 3.4 - Блок-схема одноканального усилителя
Одноканальный усилитель применяется для управления клапанами с одним пропорциональным магнитом. Распределители управляются двумя магнитами, и поэтому требуют двухканальный усилитель. В зависимости от статуса сигнала управления, ток поступает или только на левый магнит или только на правый. На рисунке 3.5 показан принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Сигнал в виде электрического напряжения преобразуется в импульсы. Генерируется примерно 10000 импульсов в секунду [17].
После конечной стадии усиления сигнал в виде импульсов подается на пропорциональный магнит. Поскольку индуктивность его обмотки высока, сила тока не может изменяться так же быстро, как напряжение. Величина тока будет только слегка колебаться около среднего значения. Небольшое напряжение на входе создает небольшие импульсы. Среднее значение тока, поступающего на обмотку электромагнита, также небольшое. С ростом напряжения ширина импульсов растет. Среднее значение тока увеличивается.
Среднее значение тока на выходе усилителя пропорционально поступающему на вход напряжению.
Некоторая пульсация тока, являющаяся следствием широтно-импульсной модуляции, заставляет якорь электромагнита и соответственно золотник распределителя колебаться с малой амплитудой и большой частотой. Это позволяет избежать сил статического трения. Существенно уменьшаются порог срабатывания, инверсный диапазон и гистерезис распределителя.
Это уменьшение трения из-за наличия высокочастотного сигнала известно как эффект дитера. Некоторые модели усилителей позволяют пользователь вводить дополнительную частоту и амплитуду дитера, независимо от широтно-импульсной модуляции.
В результате широтно-импульсной модуляции на транзисторах конечного каскада усилителя имеют место три состояния переключения:
- Нижнее значение сигнала. Транзистор заперт. Потеря мощности на нем равна нулю, тока на выходе нет.
- Верхнее значение сигнала. Транзистор открыт. Его сопротивление в этом состоянии очень мало, потери мощности незначительны.
- Фронт сигнала. Транзистор переключается. Поскольку переключение происходит очень быстро, потери мощности малы.
В целом, потери мощности значительно меньше, чем в усилителе без ШИМ. Электронные элементы меньше нагреваются, конструкция усилителя становится более компактной.
Рисунок 3.5 - Широтно-импульсная модуляция
3.3 Энкодеры. Устройство и принцип работы
Энкодер или преобразователь угловых перемещений - устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота. Широко применяются в промышленности.
Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокого разрешения. Инкрементальный энкодер выдает за один оборот определенное количество импульсов. А абсолютные энкодеры позволяют в любой момент времени знать текущий угол поворота оси, в том числе и после пропадания и восстановления питания. А многооборотные абсолютные энкодеры, кроме того, также подсчитывают и запоминают количество полных оборотов оси.
Энкодеры могут быть как оптические, резисторные, так и магнитные и могут работать через шинные интерфейсы или промышленную сеть. Преобразователи угол-код практически полностью вытеснили применение сельсинов.
Инкрементальные энкодеры предназначены для определения угла поворота вращающихся объектов. Они генерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно угла поворота объекта. Если вал останавливается, то останавливается и передача импульсов. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворота объекта определяют посредством подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объекта процессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени, таким образом показывая сразу величину скорости, то есть число оборотов в минуту. Выходной сигнал имеет два канала, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга (парафазные импульсы), что позволяет определять направление вращения. Имеется также цифровой выход нулевой метки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение вала.
Абсолютные энкодеры, как оптические, так и магнитные имеют своей основной рабочей характеристикой число шагов, то есть уникальных кодов на оборот и количество таких оборотов, при этом не требуется первичной установки и инициализации датчика. Поэтому абсолютные энкодеры не теряют свою позицию при исчезновении напряжения.
Наиболее распространённые типы выходов сигнала -- это код Грея, параллельный код, интерфейсы Profibus-DP, CANopen, DeviceNet, SSI, LWL, через которые также осуществляется программирование датчиков.
Рисунок 3.6 - Кодовый диск абсолютного энкодера
Абсолютный энкодер не теряет своего значения при потере питания и не требует возвращения в начальную позицию. Сигнал абсолютного энкодера не подвержен помехам и для него не требуется точная установка вала. Кроме того, даже если кодированный сигнал не может быть прочитан энкодером если, например, вал вращается слишком быстро, правильный угол вращения будет зарегистрирован, когда скорость вращения уменьшится. Абсолютный энкодер устойчив к вибрациям.
Измерительная система абсолютного энкодера состоит из поворотной оси, монтированной на двух высокопрецизионных подшипниках, кодового диска, установленного на ось, а также опто-электронной считывающей матрицы и схемы обработки сигнала. В качестве источника света служит светодиод, инфракрасные лучи которого просвечивают кодовый диск и попадают на фототранзисторную матрицу, расположенную с обратной стороны кодового диска. При каждом шаге углового положения кодового диска темные участки кода предотвращают попадание света на те или иные фототранзисторы фототранзисторной матрицы. Таким образом, темные - светлые участки каждой из дорожек будут отображены на фототранзисторной матрице и преобразованы в электрические сигналы. Электрические сигналы, в свою очередь, подготавливаются операционными усилителями и выходными трайберами для выдачи в виде n -бит бинарного сигнала. Изменения интенсивности источника светового потока регистрируются с помощью дополнительного сенсора и компенсируются электронной схемой.
Линейные перемещения предполагают необходимым применение измерительной системы с n -количеством оборотов. Например, при линейных приводах или при задачах измерения с помощью зубчатой измерительной штанги, применение однооборотных датчиков является неприемлемым. В этом случае приходят на помощь датчики, где дополнительно к измерению угла поворота в пределах одного оборота также происходит регистрация количества оборотов с помощью дополнительно встроенного передаточного механизма, т.е. своего рода редуктора из нескольких кодовых оптических дисков, образуя, таким образом, многооборотный энкодер ( Multi - Turn ).
Крепление
Представленные датчики соединяются с вращающимся объектом посредством нормального или полого вала, последний может быть как сквозным, так и несквозным (тупиковым). Вал вращающегося объекта и вал энкодера соединяют механически при помощи гибкой или жёсткой соединительной муфты. В качестве альтернативы энкодер монтируют непосредственно на вал объекта, если энкодер имеет полый вал. В первом случае вероятная несоосность и допустимые биения компенсируются деформацией гибкой втулки. Во втором возможна фиксация энкодера посредством штифта.
3.4 Программируемый логический контроллер
ПЛК - программируемый логический контроллер, представляют собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей, исполнительных механизмов к объекту управления, и предназначенный для работы в режимах реального времени.
Рисунок 3.7 - Схема работы ПЛК
Принцип работы ПЛК несколько отличается от «обычных» микропроцессорных устройств. Программное обеспечение универсальных контроллеров состоит из двух частей. Первая часть это системное программное обеспечение. Проводя аналогию с компьютером можно сказать, что это операционная система, т.е. управляет работой узлов контроллера, взаимосвязи составляющих частей, внутренней диагностикой. Системное программное обеспечение ПЛК расположено в постоянной памяти центрального процессора и всегда готово к работе. По включению питания, ПЛК готов взять на себя управление системой уже через несколько миллисекунд. ПЛК работают циклически по методу периодического опроса входных данных.
Рабочий цикл ПЛК включает 4 фазы:
1. Опрос входов
2. Выполнение пользовательской программы
3. Установку значений выходов
4. Некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализации и т. д.).
Выполнение 1 фазы обеспечивается системным программным обеспечением. После чего управление передается прикладной программе, той программе, которую вы сами записали в память, по этой программе контроллер делает то что вы пожелаете, а по ее завершению управление опять передается системному уровню. За счет этого обеспечивается максимальная простота построения прикладной программы - ее создатель не должен знать, как производится управление аппаратными ресурсами. Необходимо знать с какого входа приходит сигнал и как на него реагировать на выходах.
Рассмотрим входа и выхода ПЛК. Существует три вида входов дискретные, аналоговые и специальные
Один дискретный вход ПЛК способен принимать один бинарный электрический сигнал, описываемый двумя состояниями - включен или выключен. Все дискретные входы (общего исполнения) контроллеров обычно рассчитаны на прием стандартных сигналов с уровнем 24 В постоянного тока. Типовое значение тока одного дискретного входа (при входном напряжении 24 В) составляет около 10 мА.
Аналоговый электрический сигнал отражает уровень напряжения или тока, соответствующий некоторой физической величине, в каждый момент времени. Это может быть температура, давление, вес, положение, скорость, частота и т. д.
Поскольку ПЛК является цифровой вычислительной машиной, аналоговые входные сигналы обязательно подвергаются аналого-цифровому преобразованию (АЦП). В результате, образуется дискретная переменная определенной разрядности. Как правило, в ПЛК применяются 8 - 12 разрядные преобразователи, что в большинстве случаев, исходя из современных требований по точности управления технологическими процессами, является достаточным. Кроме этого АЦП более высокой разрядности не оправдывают себя, в первую очередь из-за высокого уровня индустриальных помех, характерных для условий работы контроллеров.
Практически все модули аналогового ввода являются многоканальными. Входной коммутатор подключает вход АЦП к необходимому входу модуля.
Стандартные дискретные и аналоговые входы ПЛК способны удовлетворить большинство потребностей систем промышленной автоматики. Необходимость применения специализированных входов возникает в случаях, когда непосредственная обработка некоторого сигнала программно затруднена, например, требует много времени.
Наиболее часто ПЛК оснащаются специализированными счетными входами для измерения длительности, фиксации фронтов и подсчета импульсов.
Например, при измерении положения и скорости вращения вала очень распространены устройства, формирующие определенное количество импульсов за один оборот - поворотные шифраторы. Частота следования импульсов может достигать нескольких мегагерц. Даже если процессор ПЛК обладает достаточным быстродействием, непосредственный подсчет импульсов в пользовательской программе будет весьма расточительным по времени. Здесь желательно иметь специализированный аппаратный входной блок, способный провести первичную обработку и сформировать, необходимые для прикладной задачи величины.
Вторым распространенным типом специализированных входов являются входы способные очень быстро запускать заданные пользовательские задачи с прерыванием выполнения основной программы - входы прерываний.
Конструктивно ПЛК подразделяются на моноблочные, модульные и распределенные. Моноблочные имеют фиксированный набор входов выходов
В модульных контроллерах модули входов - выходов устанавливаются в разном составе и количестве в зависимости от предстоящей задачи
В распределенных системах модули или даже отдельные входа-выхода, образующие единую систему управления, могут быть разнесены на значительные расстояния
3.5 Разработка конструкции и технологии печатного узла контроллера
3.5.1 Анализ электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы
Данное изделие предназначено для эксплуатации в качестве наземной радиоэлектронной аппаратуры и не подвергается воздействию высоких температур, давления, не используется в условиях повышенной влажности и цикличности воздействия температур. Следовательно, по
ОСТ 4.077.000 изделию следует присвоить первую группу жесткости. Группа жесткости обуславливает требования к конструкции платы, материалу основания и проводящего рисунка, а также необходимость защиты от климатических, механических и других воздействий.
Таблица 1 - Факторы, воздействующие на печатную плату контроллера
|
Наименование воздействующего фактора |
Значение фактора |
||
|
Температура окр. среды |
Повышенная, 0С |
85±2 |
|
|
Повышенная влажность |
Время выдержки |
2 сут. |
|
|
Циклическое воздействие температур |
Верхнее знач., 0С Нижнее знач., 0С Число циклов |
55±2 -40±2 2 |
Поверхностный монтаж выполняется по бессвинцовой технологии, которая имеет определенные требования:
· Использование бессвинцовых сплавов для пайки;
· Флюс должен соответствовать требованиям защиты окружающей среды, обладать паяемостью, быть совместимым с материалами, соответствовать термическим требованиям бессвинцовых сплавов;
· Компоненты должны обладать термической паяемостью, смачиваемостью, термостойкостью, чувствительностью к влаге, иметь чистую поверхность без окислов. Не допускается деформация компонентов при пайке. Термоустойчивость - 2600С в течение 10 секунд; пластмассы не должны содержать галогенов.
· Плата должна быть ровной, термостойкость должна соответствовать температурному профилю, иметь оптимизированную конструкцию для бессвинцовой пайки
Материалы, используемые для изготовления ПП, а также материалы компонентов должны соответствовать директивам RoHS и WEEE.
Выбор компонентов для поверхностного монтажа.
Так как изготовление печатной планы происходит при помощи селективной пайки по бессвинцовой технологии, то выбор будет ограничен требованиями к компанентам именно для этого метода, а именно :
Таблица 2 - Требования к компонентам печатной платы
|
Толщина печатных плат (панелей) |
от 1,0 до 4,2 мм. |
|
|
Форма печатных плат (панелей) |
преимущественно прямоугольная. |
|
|
Минимальный зазор между паяемыми контактными площадками (рис. 3.2.): |
0,6 мм |
|
|
Размеры печатных плат (панелей) |
от 60x60 до 460x460 мм. |
|
|
Свободное пространство вокруг паяемых контактных площадок |
||
|
(в том числе и расстояния до соседних площадок SMD-компонентов): |
||
|
а) с трех сторон (рис.3.2.): |
не менее 1,5 мм; |
|
|
б) с четвертой стороны (в направлении слива припоя, рис.3.2.) |
не менее 5 мм. |
Выбор резисторов:
Номинальные значения резисторов:
R1: 0,25 кОм;
R2*: 3 кОм;
R3: 60 кОм;
R4,R5,R6: 5 кОм;
Были выбраны чип резисторы серии RC0603 (RC - толстопленочные, 0603 - типоразмер).
Таблица 3 - Электрические параметры резисторов RC0603
|
Мощность |
0,063 Вт; |
|
|
Максимальное рабочее напряжение |
50В |
|
|
Диапазон номинальных сопротивлений |
1 Ом - 22 МОм |
|
|
Точность |
5%; |
|
|
Диапазон рабочих температур |
- 55...+ 125 °C |
|
|
Габаритные размеры |
L = 1,6 мм; W = 0,8 мм; T = 0,5 мм. |
Рисунок 3.7 - Резистор RC0603
Выбор конденсаторов:
Номинальные значения конденсаторов:
С1: 200 пФ;
C2: 0,1 мкФ;
C3: 1мкФ;
C4: 0,4 мкФ;
Были выбраны керамические чип конденсаторы типа ТКЕ Y5V типоразмер 0603 (конденсаторы этого типа имеют высокую диэлектрическую постоянную, используются в цепях общего применения).
Таблица 4 - Электрические параметры конденсатора ТКЕ Y5V
|
Температурный коэффициент |
+22% |
|
|
Максимальное рабочее напряжение |
50В |
|
|
Диапазон номинальных сопротивлений |
0,5 пФ - 10 мкФ |
|
|
Точность |
20%; |
|
|
Диапазон рабочих температур |
- 25...+ 85 °C |
|
|
Габаритные размеры |
L = 3,2 мм; W = 1,6 мм; Tмах = 1,25 мм, у=0,5 мм. |
Рисунок 3.8 - Схема конденсатора ТКЕ Y5V
Выбор транзисторов:
Все транзисторы (VT1, VT2, VT3, VT4) являются биполярными структуры n-p-n, поэтому были выбраны транзисторы КТ3249Б9:
Рисунок 3.9 - Транзистор КТ3249Б9.
Таблица 5 - Технические характеристики транзистора КТ3249Б9
|
Наименование |
Значение |
|
|
Структура |
n-p-n |
|
|
Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В |
50 |
|
|
Макс. напр. к-э при заданном токе к и заданном сопр. в цепи б-э.(Uкэr макс),В |
40 |
|
|
Максимально допустимый ток к ( Iк макс,А) |
0.1 |
|
|
Статический коэффициент передачи тока h21э мин |
80 |
|
|
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр,МГц |
200.00 |
|
|
Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк,Вт) |
0.075 |
|
|
Корпус |
KT-46 |
Разъем (вилка).
Была выбран разьем - вилка WF-7, имеющая 7 контактов.
Таблица 6 - Характеристики разъема WF-7
|
Серия |
WF |
|
|
Функциональное назначение |
вилка |
|
|
Способ монтажа |
пайка на плату |
|
|
Форма контактов |
прямые |
|
|
Шаг контактов,мм |
2.54 |
|
|
Количество контактов |
7 |
|
|
Материал изолятора |
нейлон |
|
|
Сопротивление изолятора не менее,МОм |
1000 |
|
|
Материал контактов |
фосфористая бронза |
|
|
Покрытие контактов |
олово |
|
|
Сопртивление контактов не более,Ом |
0.2 |
|
|
Предельный ток через контакт,А |
3 |
|
|
Рабочее напряжение ,В |
250 |
|
|
Предельное напряжение не менее,В |
1500 В в течение 1 мин.. |
|
|
Рабочая температура,°С |
-30…90 |
Рисунок 3.10 - Эскиз вилки типа WF
3.5.2 Выбор и обоснование параметров печатной платы
В зависимости от условий эксплуатации определяется группа жесткости, обуславливающая требования к конструкции платы, материалу основания и проводящего рисунка и необходимости защиты от климатических, механических и других воздействий. По результатам анализа ТЗ на изделие, в которое входит разрабатываемый печатный узел, можно определить, что по условиям эксплуатации печатный узел изготавливается по 1-ой группе жесткости.
Выбор типа печатной платы
Целесообразно использовать двустороннюю печатную плату (ДПП) с металлизированными монтажными и переходными отверстиями, характеризуемую повышенной ремонтопригодностью и прочностью вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы.
Для ДПП с металлизацией отверстий используются комбинированный (позиционный и негативный), полуаддитивный и аддитивный методы получения проводящего рисунка.
Выбор метода получения зависит от оснащенности производства конкретного предприятия. В учебных целях выберем комбинированный позитивный метод печатного монтажа. Метод заключается в получении проводников путем травления фольгированного диэлектрика и металлизации отверстий химико-гальваническим способом. Типовой технологический процесс изготовления ДПП позитивным комбинированным способом приведен в ОСТ 4.ГО.054.233. Защитный рисунок формируется фотолитографическим способом.
Поверхностный монтаж выполняется по бессвинцовой технологии пайкой оплавленем. Если говорить о принципиальных моментах, то бессвинцовая пайка практически ничем, кроме температуры, не отличается от традиционной Sn/Pb-технологии. Выбранный припой - SnAgCu - сплав олова, серебра и меди является трехкомпонентным эвтектическим припоем. Преимущество такого типа заключается в более низкой температуре расплавления (217°С).
Был выбран второй класс точности, т.к. печатные платы этого класса точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют низкую стоимость.
Таблица 7 - Номинальные размеры основных параметров элементов конструкции печатной платы
|
Название элемента |
Класс точности - второй |
|
|
Ширина проводника, t |
0,45 мм |
|
|
Расстояние между элементами, S |
0,45 мм |
|
|
Гарантированный поясок, b |
0,2 мм |
|
|
Отношение диаметра отверстия к толщине |
0,4 |
Таблица 8 - Габаритные размеры (по ГОСТ 10317-79) и конфигурация печатной платы
|
Название элемента |
Значение |
|
|
Габаритные размеры |
6040 мм |
|
|
Соотношение размеров сторон |
3:2 |
|
|
Толщина печатной платы |
2 мм |
|
|
Конфигурация печатной платы |
прямоугольная |
|
|
Шаг координатной сетки |
0,625 мм. |
В связи с тем, что разрабатываемый печатный узел принадлежит к 1-ой группе жесткости, то в качестве материала основания рекомендуется применять гетинакс, поэтому был выбран гетинакс фольгированный ГФ-2-50 (толщина фольги: 50 мкм; толщина материала с фольгой: 2 мм). Сопрягаемые размеры контура платы должны иметь предельные отклонения по 12-му квалитету, несопрягаемые - по 14-му.
Основные этапы проектирования ПП.
При проектировании печатных узлов решаются следующие задачи:
анализ ТЗ и выбор элементной базы;
выбор варианта конструкции узла;
выбор типа электрического соединителя и элементов контроля функционирования;
выбор элементов крепления, жесткости и фиксации;
конструирование печатного монтажа;
оценка устойчивости к электромагнитным тепловым и механическим воздействиям.
По результатам анализа условий эксплуатации определена 2 группа жесткости.
Рисунок 3.11 - Конструкция двусторонней печатной платы, где b - гарантийный поясок; h - толщина проводящего рисунка; Hф - толщина фольги; hп - толщина проводящего покрытия; hм - толщина гальванически наращенной меди
3.6 Конструкторско-технологический расчет платы
3.6.1 Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей его получения
Конструкторско-технологический расчет печатных плат проводится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблонов, базирования, сверления, экспонирования и т. д. по ОСТ 4.010.019-81 и ГОСТ 23751-79.
1) Номинальное значение диаметра монтажного отверстия (для установки навесного элемента), мм:
, где:
- максимальное значение диаметра вывода навесного элемента;
- разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода устанавливаемого элемента (0.1…0.4 мм);
- нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.
мм;
Предпочтительные размеры монтажных отверстий выбирают из ряда 0,7; 0,9; 1,3; 1,5 мм, а переходных отверстий из ряда 0,7; 0,9; 1,1.
Следовательно, выбираем размер 0,9.
2) Номинальное значение ширины проводника:
, где:
- минимально допустимая ширина проводника, мм;
- нижнее предельное отклонение ширины проводника, мм.
мм;
3) Номинальное значение расстояния между элементами проводящего рисунка:
, где:
- минимально допустимое расстояние между соседними элементами;
- верхнее предельное отклонение ширины проводника.
мм;
Центры монтажных и переходных отверстий располагаются в узлах координатной сетки по ГОСТ 10317-79.
Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки:
Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно их номинального положения:
4) Минимальный диаметр контактной площадки:
, где:
- номинальное значение диаметра монтажного отверстия;
- предельное отклонение;
- ширина гарантированного пояска;
- глубина подтравливания диэлектрика (для ДПП ).
мм.
5) Минимальное расстояние для прокладки n-го количества проводников между отверстиями с контактными площадками диаметрами и :
, где:
n - количество проводников;
- диаметральное значение позиционного допуска расположения проводника относительно номинального положения (для ДПП 2-го кл. точности =0.1)
мм
3.6.2 Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка
Расчет учитывает предельные значения технологических коэффициентов, полученных в результате экспериментальных исследований точности отдельных операций.
1) Минимальный диаметр металлизированного отверстия:
, где:
- толщина платы, мм;
- отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.
мм;
2) Минимальный эффективный диаметр контактной площадки:
;
dmax - максимальный диаметр просверленного отверстия;
;
dсв - диаметр сверла;
Дd - погрешность диаметра отверстия;
;
dМотв - диаметр металлизированного отверстия;
мм;
мм;
3) Погрешность расположения отверстий:
, где
- погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка;
- погрешность базирования плат на сверлильном станке;
;
4) Погрешность расположения контактной площадки:
;
- погрешность расположения оси контактной площадки относительно координатной сетки на фотошаблоне;
- погрешность расположения элементов при экспонировании на слое;
- погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблоне;
;
5) Минимальный эффективный диаметр контактной площадки:
мм.
6) Минимальный диаметр контактной площадки:
;
мм.
Нф - толщина фольги, мм;
hпм - толщина предварительно осаженной меди;
hp - толщина металлического резиста;
7) Минимальный диаметр окна фотошаблона:
;
мм.
8) Максимальный диаметр окна фотошаблона:
;
мм.
?Dш- погрешность изготовления линии фотошаблона;
9) Максимальный диаметр контактной площадки:
;
мм.
10) Минимальная ширина проводника:
;
мм.
tn1min- минимальная эффективная ширина проводника;
11) Минимальная ширина линии на фотошаблоне:
;
мм.
hг - толщина наращенной гальванической меди;
12) Максимальная ширина линии:
;
мм.
- погрешность изготовления линии фотошаблона;
13) Максимальная ширина проводников:
;
мм.
?Э- погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка;
14) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:
;
мм
L0- расстояние между центрами рассматриваемых элементов;
15) Минимальное расстояние между контактными площадками:
;
мм.
16) Минимальное расстояние между двумя проводниками:
;
мм.
17) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотошаблоне:
;
мм.
18) Минимальное расстояние между двумя контактными площадками на фотошаблоне:
;
мм.
19) Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:
;
мм.
Контактные площадки могут иметь произвольную форму. Предпочтительной является круглая. Контактная площадка, предназначенная под установку первого вывода многовыводного элемента, должна иметь форму отличную от остальных.
В результате расчета геометрических параметров двумя методами обеспечиваются расстояния между элементами печатного рисунка, необходимые для нормального функционирования схемы. Выбранный класс точности (2 класс) может быть применен.
Проводники располагают равномерно по площади платы с учетом следующих требований:
- параллельно линии координатной сетки или под углом, кратным 15°;
- параллельно направлению движения волны припоя или под углом к нему не более 30° со стороны пайки, если проводящий рисунок не покрывают защитной маской;
- по взаимно перпендикулярным направлениям на соседних проводящих слоях платы;
- перпендикулярно касательной к контуру контактной площадки.
В соответсвии с проведенными расчетами были высполнены чертежи микросборки печатной платы, а так же сборочный чертеж печатной платы, представленные в Приложении Б.
3.7 Анализ ТЗ и выбор конструкции узла с учетом параметров печатной платы и вида соединителя
3.7.1 Расчет теплового режима
Расчет теплового режима блока РЭА выполняется в 2 этапа. На первом этапе рассматривается вариант с естественным воздушным охлаждением. Итогом расчета является температура нагрева ЭРЭ, наиболее критичных к перегреву. Если эта температура не превышает допустимую, то тепловой расчет ограничивается первым этапом, если же температура нагрева ЭРЭ превышает допустимую температуру, то необходимо перейти ко второму этапу, т. е. к расчету теплового режима блока с принудительным воздушным охлаждением. Итогом расчета на втором этапе будет температура нагрева блока при заданном расходе воздуха. Данная методика тепловых расчетов относительно проста и имеет погрешность не более 10%. При разработке блоков, входящих в стойку, в которой предусмотрена принудительная вентиляция, тепловой расчет необходимо начинать со второго этапа.
Методика расчета теплового режима блока РЭА с естественным воздушным охлаждением справедлива для вариантов как вертикального, так и горизонтального расположения печатных узлов (ячеек) в блоке. Для прямоугольного блока область выделения тепла (нагретая зона) представляет собой параллелепипед, включающий ЭРЭ, выделяющие тепло, и промежутка между ними.
Длина и ширина нагретой зоны (НЗ) соответственно равны длине и ширине печатной платы (ПП) без учета участков, служащих для установки лицевых панелей соединителей, полей направляющих. Высота НЗ для единичного ПУ равна толщине ПП и высоте наиболее высокого компонента.
Исходные данные:
Размеры блока: ; ; ;
Размеры нагретой зоны: ; ; ;
Мощность рассеивания блока: Вт;
Мощность рассеивания блока складывается из мощности рассеиваемой:
микросборкой ; Вт;
чип-резисторами P=0,063•8=0,5 Вт;
операционным усилителем P=0,5 Вт;
Чип-конденсаторы не участвуют в расчете, т.к. с увеличением частоты мощность, рассеиваемая конденсатором уменьшается и при частоте 30кГц стремится к нулю .
Мощность рассеивания компонента, наиболее критичного к нагреву:
Pк = 63 мВт - навесной чип конденсатор; - операционный усилитель;
Площадь поверхности ЭРЭ, наиболее критичных к перегреву: ;
Максимальная температура окружающей среды: ;
Количество вентиляционных отверстий: ;
Площадь одного отверстия (диаметр отверстия 5 мм): ;
Допустимая температура компонента: ;
1) Поверхность кожуха блока:
Рисунок 3.12 - Тепловая модель блока
2) Поверхность нагретой зоны:
, где:
, где:
= 11000 мм3 - объем печатных плат;
= 2100 мм3 - объем компонентов в узлах;
= 78564 мм3- объем блока.
3) Удельная мощность, рассеиваемая кожухом:
4) Перегрев кожуха блока:
5) Удельная мощность, рассеиваемая НЗ:
6) Перегрев нагретой зоны:
7) Суммарная площадь вентиляционных отверстий:
8) Коэффициент перфорации:
9) Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий:
10) Перегрев кожуха блока:
11) Перегрев нагретой зоны:
12) Средний перегрев воздуха в блоке:
где: 0.6 - эмпирический коэффициент;
13) Критичная величина перегрева нагретой зоны:
14) Компонент не участвует в дальнейшем расчете, если выполняется:
Вывод: Оба рассматриваемых компонента удовлетворяют условию, значит необходимый тепловой режим обеспечен при естественном варианте охлаждения.
3.7.2 Расчет защиты от механических воздействий
РЭА подвергается воздействию ударов и вибраций в процессе транспортировки, погрузки и эксплуатации, что вызывает механические нагрузки и приводит к деформации и разрушению конструктивных элементов. Поскольку при ударах возникают вибрации элементов, основные проверочные расчеты сводятся к оценке вибропрочности.
Исходные данные:
LД=0,046м - длина блока;
LШ=0,046м - ширина блока;
HT=0.013м - высота блока;
Вариант закрепления: по периметру винтами;
Материал РЭА: АМГ6.
1) Собственная частота ПУ: , где
Тогда:
2) Напряжение в пластине:, где
Тогда
3) Запас прочности:
4) Коэффициент передачи при ударе (прямоугольный импульс): , где
- коэффициент расстройки.
Получаем:
5) Ударное ускорение:
6) Максимальное относительное перемещение:
Условие ударопрочности: zmax<0.003*0.071=0.000213
Следовательно, условие ударопрочности для данного блока РЭА, в состав которого входит ПУ, выполняется.
3.8 Технологическое проектирование
3.8.1 Обеспечение технологичности конструкции изделия
Обеспечение технологичности конструкции изделий (ТКИ) предусматривает взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, техническое обслуживание и ремонт изделия.
Уровень ТКИ - совокупность показателей, учитывающих взаимосвязь и взаимозависимость конструктивно-технологических, технико-экономических характеристик изделий, требований производства в заданных условиях и характеризует уровень применяемых методов и принципов проектирования, организационно-технических мероприятий по технологической подготовке производства.
ТКИ оценивают количественно с помощью системы показателей, которые, согласно ГОСТ 14.201-83, делятся на три вида:
- базовые (исходные) значения показателей ТКИ, являющиеся предельными нормативами технологичности, которые регламентированы для отдельных видов изделий отраслевыми стандартами и техническим заданием на разработку изделия;
- показатели ТКИ, достигнутые при разработке;
- показатели уровня ТКИ.
3.8.2 Количественная оценка технологичности конструкции изделия
Количественная оценка ТК выражается показателем, численное значение которого характеризует степень удовлетворения требованиям к технологичности конструкции. Методика расчета базируется на расчете относительных частных показателей и комплексного показателя ТК. Состав относительных частных показателей и значение коэффициентов значимости определяются классом к котором относится разрабатываемый блок, в нашем случае это класс «электронные блоки».
1) Коэффициент использования микросхем:
, где:
- общее количество микросхем и микросборок в изделии;
- общее количество ЭРЭ;
- коэффициент значимости.
2) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:
, где:
- количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом;
- общее количество монтажных соединений.
3) Коэффициент автоматизации и механизации подготовки электрорадиоэлементов к монтажу:
, где:
- количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом.
4) Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки:
, где:
- количество операций контроля и настройки, которые можно осуществить механизированным или автоматизированным способом.
- общее количество операций контроля и настройки.
5) Коэффициент повторяемости ЭРЭ:
, где:
- общее количество типоразмеров ЭРЭ в изделии.
6) Коэффициент применяемости:
, где:
- количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии.
7) Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:
, где:
- количество деталей, заготовки которых или сами детали получены прогрессивными методами формообразования (штамповкой, прессованием, порошковой металлургией, литьем и т.д.);
- общее количество деталей.
8) Комплексный показатель технологичности:
9) Уровень технологичности конструкции:
=0,5, где:
- нормативный комплексный показатель, который либо определяется расчетным путем, либо берется из нормативных документов.
3.9 Разработка техпроцесса сборки узла
В электронной промышленности существует шесть общих типов SMT (Surface-Mount Technology - технология поверхностного монтажа) сборки, каждому из которых соответствует свой порядок производства.
В данной работе ввиду малого количества элементов и отсутствия необходимости выбора платы большого размера целесообразно выбрать вид расположения элементов таким образом, чтобы все элементы располагались на одной стороне (тип 1C - смешанная сборка: одностороннее расположение компонентов).
Рисунок 3.13 - Расположение элементов печатной платы
При этом элементы поверхностного монтажа устанавливаются на контактные площадки, а навесные в металлизированные отверстия.
Порядок проведения процесса:
- нанесение припойной пасты;
- установка компонентов поверхностного монтажа;
- пайка оплавлением;
- промывка верхней части платы;
- установка навесных компонентов, монтируемых в отверстия;
- пайка методом селективного окунания;
- промывка.
Для крепления компонентов на плату используется метод нанесения припойной пасты - непосредственно на контактные площадки печатной платы (выбранный припой - SnAgCu).
Для установки компонентов поверхностного монтажа используется автоматическая система CSM7000 производства швейцарской фирмы ESSEMTEC.
Пайка оплавлением:
1) Этап предварительного нагрева
В течение данного этапа паяльная паста высушивается, испаряются ее наиболее летучие компоненты (органические наполнители), удаляется влага из ЭК и ПП. Скорость подъема температуры обычно составляет 1 - 3°С/сек (по данным [2] 2 - 4°С/сек), максимальная температура составляет от 100 до 150°С. Более быстрый рост температуры приводит к разбрызгиванию паяльной пасты, образованию шариков и перемычек припоя, а также может вызвать повреждения термочувствительных ЭК (появление трещин в керамических чип - резисторах и т.д.). Бессвинцовые сплавы требую более высоких температур предварительного нагрева - до 150 - 200°С.
2) Выдержка
При выдержке происходит минимизация градиентов температур компонентов и всех областей ПП, активация флюса, очистка паяемых поверхностей. Скорость подъема температуры выбирается предельно низкой. Температура в конце этапа приближается к точке плавления (130 - 170°С для эвтектических припоев, 180 - 200°С для бессвинцовых). Следствием слишком быстрого подъема температуры является недостаточное флюсование и образование шариков припоя; с другой стороны, низкая скорость обуславливает избыточное окисление пасты и, в результате, ее разбрызгивание, а также увеличивает без необходимости время операционного цикла. Время выдержки составляет 60 - 90 сек, иногда до 120 - 150 сек. Рекомендуется, чтобы разница температур между фазами предварительного нагрева и оплавления была меньше 100°С.
Подобные документы
Разработка технологического процесса изготовления печатного узла прибора для измерения частоты пульса. Обеспечение технологичности конструкции изделия. Проектирование технологических процессов, средств технологического оснащения. Организация процесса ТПП.
курсовая работа [88,7 K], добавлен 09.10.2011Методика и основные этапы разработки печатного узла в пакете OrCAD, составление и анализ его принципиальной электрической схемы, выбор и обоснование элементной базы. Автоматизированная разработка схемы и ее моделирование, конструкции печатного узла.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 02.08.2009Разработка конструкции устройства охранной сигнализации для фермера, в составе системы комплекса радиоэлектронной аппаратуры. Анализ электрической принципиальной схемы. Расчёт массы конструкции, собственной частоты колебания печатного узла и надежности.
курсовая работа [38,7 K], добавлен 22.01.2012Разработка конструкции акустического локатора для автомобиля. Расчет диаметра контактных площадок, ширины проводников. Определение жесткости печатного узла. Характеристика конструкции изделия и её технологический контроль. Расчет теплового режима прибора.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 24.02.2013Назначение и условия эксплуатации импульсного блока питания. Разработка конструкции печатной платы и печатного узла. Разработка техпроцесса на сборку монтажа. Выбор и обоснование основных и вспомогательных материалов. Анализ технологичности конструкции.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 03.04.2010Определение передаточных функций элементов системы автоматического регулирования (САР) частоты вращения вала двигателя постоянного тока. Оценка устойчивости и стабилизация разомкнутого контура САР. Анализ изменения коэффициента усиления усилителя.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 13.07.2015Разработка конструкции преобразователя частоты с автономным инвертором тока и коммутирующим LC-контуром. Выбор тиристоров, диодов, конденсаторов. Компоновка низковольтного комплектного устройства и его блоков: тепловой расчёт и конструирование оболочки.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 15.02.2012Частотные преобразователи используются для управления скоростью вращения трёхфазных асинхронных двигателей. Позволяют сократить энергопотребление устройств с электродвигателями. Обеспечивают защиту двигателя, точно изменяют скорость вращения двигателя.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 13.07.2008Проект блока электронной регулировки тока сварочного трансформатора. Выбор элементной базы, компоновка конструкции электронного устройства; тепловой расчет; определение надежности печатного узла и устойчивости к механическим и климатическим воздействиям.
курсовая работа [710,4 K], добавлен 21.08.2012Разработка системы контроля частоты вращения вала забойного двигателя при бурении скважины турбинным способом. Однокристальный микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения. Подключение управляющих механизмов и датчиков.
курсовая работа [66,7 K], добавлен 12.03.2015
