РЕГУЛЬОВАНИЙ СТАБІЛІЗАТОР СТРУМУ/НАПРУГИ

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний  університет ім. М. Є. Жуковського

«ХАІ»

 

 

Кафедра № 502

 

 

 

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ

на тему:

«РЕГУЛЬОВАНИЙ СТАБІЛІЗАТОР СТРУМУ/НАПРУГИ»

 

по курсу «ФТОК ЕА»

 

 

 

 

 

Керівник проекту:

професор кафедри 502 Бабаков М. Ф.

 

Виконав:

студент групи 530 Стародубцев І. А.

 

 

 

 

2007

 

РЕФЕРАТ

 

Курсова робота складається  з 47 сторінок, 12 малюнків, 5 таблиць, 1 додатку (схема електрична принципова, специфікація, схема модулювання роботи функціонального вузлу), 2 джерел.

Метою даної роботи є  дослідження надійності стабілізатора напруги/току.

Для даного пристрою були сформульовані критерії відмов та переходу до граничного стану, розглянуто принцип  його дії за принциповою та структурними схемами. А також виконано ряд розрахунків. Були отримані показники безвідмовності, як для усієї системи, так і для кожного функціонального елементу. Для коефіцієнтів готовності, коефіцієнта технічного використання, коефіцієнта оперативної готовності та ймовірностей безвідмовної роботи побудовано графіки. Розрахунки інтенсивності відмов блоків зведені до таблиці.

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа состоит  из 47 страниц, 12 рисунков, 5 таблиц, 1 дополнения (схема электрическая принципиальная, спецификация, схема моделирования работы функционального узла), 2 источников.

Целью данной курсовой работы является исследование надежности стабилизатора  напряжения/тока.

Для данного устройства были сформулированы критерии отказов и перехода к предельному состоянию, и рассмотрен принцип его действия по принципиальной и структурным схемам. А также выполнен ряд расчетов. Были получены показатели безотказности, как для всей системы, так и для каждого функционального элемента. Для коэффициентов готовности, коэффициента технического использования, коэффициента оперативной готовности и вероятности безотказной работы построены графики. Расчеты интенсивности отказов блоков сведены к таблице.

 

ABSTRACT

 

The Term paper consists of 47 pages, 12 figures, 5 tables, 1 exhibit (scheme electric principle, specification, scheme of modeling), 2 sources.

The Purpose given work is a study to reliability of the stabilizator of tension/current.

For given device were worded criteria refusal and transition in limiting condition, considered principles of his(its) action on principle and structured scheme. As well as a row calculation is made. There were are received factors not refused, both whole systems, and for each functional element. For factor of readiness, the factor of the technical use, factor to operative readiness and probability of survival were built graphs. The Calculations to intensities refusal block they are shown in table.

 

ЗМІСТ

 

ВВЕДЕННЯ стор. 6

1 АНАЛІЗ ОБ’ЄКТА ТА УМОВ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ стор. 7

1.1 Вибір об'єкта аналізу стор. 7

1.2 Аналіз властивостей об'єкту стор. 7

1.3 Аналіз умов використання стор. 8

1.4 Визначення критеріїв  відмов і граничних умов стор. 10

1.5 Вибір і нормування  показників надійності стор. 11

2 РОЗПОДІЛ ВИМОГ З  НАДІЙНОСТІ СЕРЕД СКЛАДОВИХ

ЧАСТИН ТА ОРІЄНТОВНИЙ РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ стор. 13

2.1 Розподіл вимог з надійності серед складових частин стор. 13

2.2 Орієнтовний розрахунок надійності стор. 15

3 УТОЧНЮЮЧИЙ РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ

ОДНОГО З ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ВУЗЛІВ стор. 24

3.1 Початкові дані і  попередній аналіз стор. 24

3.2 Уточнений розрахунок ПН при постійних інтенсивностях відмов стор. 25

3.3 Уточнений розрахунок ПН при деградаційних відмовах стор. 27

3.4 Узагальнення результатів уточненого розрахунку стор. 32

4 РОЗРАХУНОК ПОЛІВ ДОПУСКУ НА ВИЗНАЧАЮЧИЙ ПАРАМЕТР

ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ВУЗЛУ стор. 34

5 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРИЧНОЇ  НАДІЙНОСТІ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО

ВУЗЛА стор. 38

6 АНАЛІЗ НАДІЙНОСТІ  ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ВУЗЛА стор. 41

7 РОЗРОБКА ЗАХОДІВ ЩОДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ВИРОБУ стор. 44

ВИСНОВКИ стор. 46

 

 

ВВЕДЕННЯ

 

На сьогоднішній день, клас радіотехнічних пристроїв широкий і неповторюваний. Найбільше число техніки та пристроїв відносяться саме до цього класу. Проте, сьогодні створюються все більше таких пристроїв, які дуже складні по своєму пристрою і функціональним призначенням. Таким чином до таких пристроїв необхідно пред'являти особливі вимоги по забезпеченню надійності і безвідмовності, а також високої працездатності. Загалом, забезпечення необхідного рівня надійності електронної апаратури, як і іншої апаратури і техніки, має важливе значення для народного господарства. Недосягнення високих показників надійності може приводить до різних наслідків, таким як небезпечне використовування даного пристрою, зниження ефективності вживання техніки і багатьом іншим небажаним наслідкам.

У даній роботі проводитимемо аналіз надійності і працездатності пристрою на прикладі регульованого стабілізатора струму/напруги. В даному пристрої можна виділити шість функціональних вузлів (ФВ), за якими буде створюватися розрахунок надійності, а потім проводитись розрахунок надійності для всього приладу. На основі такого аналізу можливо буде зробити висновки щодо надійності та безвідмовності заданого приладу. Після цього для того, щоб впевнитися у вірності розрахунків, необхідно провести уточнюючий розрахунок для одного ФВ.

В результаті отримуємо інформацію щодо надійності даного приладу, можливо, зможемо виявити деякі недоліки і припустити шляхи підвищення надійності.

 

1 АНАЛІЗ ОБ’ЄКТА ТА УМОВ ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ

1.1 Вибір об’єкта аналізу

 

Об'єктом аналізу даної курсової роботи вибраний регульований стабілізатор напруги/струму. Дане джерело призначено для живлення налагоджуваних електричних пристроїв, а також для зарядки акумуляторних батарей. Стабілізатор побудований по компенсаційній схемі, якій характерний малий рівень пульсацій вихідної напруги і, не дивлячись на невисокий в порівнянні з імпульсними стабілізаторами КПД, цілком відповідає вимогам пред'являються до лабораторного джерела живлення.

 

1.2 Аналіз властивостей об'єкту

 

Призначення: живлення налагоджуваних електронних пристроїв і зарядки акумуляторних батарей.

Функції: регульована  стабілізація вихідної напруги; автоматичний перехід в режим стабілізації струму при збільшенні струму навантаження понад задану регульовану межу.

Структурна схема об'єкту аналізу показана на рисунку 1.1.

Склад: дане джерело живлення складається з мережного трансформатора Т1, діодного випрямляча VD3-VD6, згладжуючого фільтру С3-С6, стабілізатора напруги DA1 із зовнішнім могутнім регульованим транзистором VT1, стабілізатора струму, зібраного на ОУ DA2 і допоміжному двуполярному джерелі його живлення, вимірника вихідної напруги/струму навантаження PA1 з перемикачем SA2 "Напруга/Струм". Допоміжне малопотужне двуполярне джерело живлення ОУ DA2 зібрано на двох однополуперіодних випрямлячах на VD1 і VD2 з параметричними стабілізаторами VD7R1 і VD8R2.

 

Рисунок 1.1 – Структурна схема об’єкту аналізу – стабілізатору напруги/струму

 

1.3 Аналіз умов використання

 

Клас використання приладу  – наземна РЕА; група використання стаціонарна, підгрупа використання – побутова. Група виконання – група 1 – апаратура, що працює в житлових приміщеннях.

В табл. 1.1 приведені зовнішні впливаючи фактори (ЗВФ).

 

Таблиця 1.1 – Основні зовнішні впливаючи фактори

Вид ЗВФ	Коротка характеристика	Одиниці вимірювання	Вплив на конструкцію  РЕА
Механічний удар, удар при вільному падінні, сейсмічний удар	Пікове ударне прискорення	м·с-2	Пошкодження конструктивних елементів, зміна електричних властивостей, порушення структури конструкції, руйнування ізоляції
	Тривалість дії ударного прискорення (тривалість імпульсу)	с

 

 

Продовження таблиці 1.1

Вид ЗВФ	Коротка характеристика	Одиниці вимірювання	Вплив на конструкцію  РЕА
Механічний удар, удар при вільному падінні, сейсмічний удар	Висота падіння	м	Пошкодження конструктивних елементів, зміна електричних властивостей, порушення структури конструкції, руйнування ізоляції
	Тривалість фронту ударного прискорення	с
Зміна температури середовища	Швидкість зміни температури  середовища	К·с-1	Раптова відмова напівпровідникових інтегральних схем, перегрів мініатюрних дискретних РЕА
	Діапазон зміни температури  середовища	К (ºС)
Статичний (динамічний) пил	Масова концентрація статичного пилу	г·м-3	Скупчення пилу в пристроях  охолоджування і вихід цих  пристроїв з ладу, забруднення контактових доріжок на платі
	Тривалість осідання (дії) статичного (динамічного) пилу	г, діб
Електромагнітне випромінювання	Потік частинок	с-1	Вихід з ладу напівпровідникових елементів РЕА, а також інтегральних схем
	Густина потоку частинок	с-1·см-2
	Тривалість дії випромінювання	с, г, діб

 

 

Норми кліматичних і  механічних дій на заданий вигляд РЕА визначені в таблиці 1.2.

 

 

Таблиця 1.2 – Основні норми механічних та кліматичних дій

Вид дії, характеристики	Норми дій	Допуск
Відсутність резонансу  в конструкції: діапазон  частот, Гц амплітуда віброзміщення, мм	10-30 0,5-0,8	±1 ±15%
Міцність при  транспортуванні (в упакованому  вигляді): тривалість  ударного імпульсу, мс прискорення пікове, g число ударів в хвилину загальне  число ударів, не менше	5 – 10 5, 10, 25 40 – 80 13000	±20%
Теплостійкість: робоча температура, ºС гранична температура, ºС	40 50	±3% ±3%
Холодостійкість: робоча температура, ºС гранична температура, ºС	5 -40 (-50)	±3% ±3%
Вологостійкість: відносна вологість, % температура, ºС	80 25

 

1.4 Визначення критеріїв відмов і граничних умов

 

Критерії відмов і  граничних умов встановлюються в цілях єдиної ідентифікації основних технічних умов виробу. Їх складають з числа контрольованих ознак непрацездатного або граничного полягання виробу.

Критеріями відмови  для даного пристрою служать наступні:

1. Припинення виконання  виробом заданої функції - стабілізації  напруги/струму;

2. Зниження якості  стабілізації напруги/струму, тобто поява нелінійних спотворень вихідного сигналу, а також погіршення чутливості напруги/струму, який стабілізується;

3. Перегрів і вихід з ладу вхідного ланцюга і стабілізатора вхідної напруги/струму, а також будь-якої іншої частини стабілізатора, що бере участь в стабілізації напруги/струму.

 

Критеріями граничних умов для даного пристрою служать наступні:

1. Відмова однієї або  декількох складових частин стабілізатора,  які приводять до граничного  полягання, і не забезпечують  виконання основної функції стабілізатора;

2. Зміна властивостей матеріалу складових частин (резисторів, конденсаторів, мікросхем), здатних привести до граничних умов;

3. Зниження напрацювання  на відмову всіх складових  частин приладу, які можуть привести до виходу зі строю всього пристрою.

 

1.5 Вибір і нормування показників надійності

 

Даний виріб є виробом загального призначення, виконуюче функції джерела живлення з регульованим стабілізованим вихідним напругою. Це і визначає призначення пристрою. По числу можливих умов цей виріб відносять до виробу першого вигляду, які в процесі експлуатації можуть знаходитися в двох поляганнях - працездатному або непрацездатному. По режимах вживання (функціонування) виріб відносять до виробу безперервного тривалого вживання. По наслідках відмов або досягненні граничного полягання при вживанні відносять до виробу, відмова або перехід в граничне полягання якого не приводить до катастрофічного характеру, тобто без загрози для життя і здоров'я людей і приводить до незначних економічних втрат. По можливості відновлення працездатного полягання після відмови в процесі експлуатації виробу відносять до відновлюваного. По характеру основних процесів, що визначають перехід в граничне полягання, виріб відносять до старіючого. По можливості і способу відновлення технічного ресурсу (терміну служби) шляхом проведення планових ремонтів виріб відносять до ремонтованого знеособленим способом. По можливості технічного обслуговування в процесі експлуатації виробу підрозділяють на необслуговуване. Оскільки в наявність складової частини даного пристрою немає ЕОМ, його відносять до виробу без збійного характеру.