Источник бесперебойного питания

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

1.6.4 Выбор активных элементов

Выбираем транзисторы фирмы STMicroelectronics табл.1.6.10.

Технические параметры транзисторов. Таблица 1.6.10

Выбираемдиодыфирм Fairchild и International Rectifier.

Технические параметры диодов. Таблица 1.6.11

Выбираеммикросхемыфирм 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.

Технические параметры микросхемы

интегрального стабилизатора. Таблица 1.6.13

1.7. Расчет печатной платы.

1.7.1. Расчет площади печатной платы.

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

Размеры элементов и их суммарная позиция. Таблица. 1.7.1.

Из таблицы. 1.7.1. 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).

1.7.2. 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 1.7.2.

Размеры диаметров отверстий и контактных площадок. Таблица 1.7.2.

1.7.3. 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).

1.8. Тепловой 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=Рпер+Роткр+Рупр+Ри (1.8.1)

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=Рпер+Роткр., (1.8.2)

где

Роткр=RDS(on)I2эф. (1.8.3)

(1.8.4)

Мощность Рпер определяется

(1.8.5)

где

i=IН/n. (1.8.5)

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

тогда

Отсюда

проверяем тепловой режим работы транзистора

, (1.8.6)

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. Радиатор выбираем ребристого типа по методике, описанной в [10] ст. 221.

1.9. 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:

(1.11.1.)

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

(1.11.2)

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

(1.11.3)

Расчет надежности проводим в такой последовательности:

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

(1.11.4)

где: m – количество компонентов в одной группе.

Выходные данные для расчета надежности сводим в таблицу 1.11.1.

Исходные данные расчета надежности. Таблица 1.11.1

№	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	13.78H10-6 4.2H10-6 3.15H10-6
2.	Конденсаторы керамические электролитические	37 22	1.2 2.2	0.1 0.4	4.44H10-6 19,36H10-6
3.	Транзисторы кремниевые	17	1.7	0.35	11.56H10-6
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	4.54H10-6 64.8H10-6 9.72H10-6 6.8H10-6
5.	Интегральные микросхемы полупроводниковые	6	0.01	1.0	0.06H10-6
6.	Дроссели	6	1.0	1.0	6.0H10-6
7.	Трансформаторы сигнальные питания	3 2	0.1 3.0	1.0 1.0	0.3H10-6 6.0H10-6
8.	Вставка плавкая	4	0.5	1.0	2.0H10-6
9.	Тумблер	1	1.1	1.0	1.1H10-6
10.	Реле	2	1.7	0.35	1.19H10-6
11,	Клеммы	2	1.0	1.0	2.0H10-6
12.	Печатная плата	1	0.1	0.1	0.01H10-6
11.	Пайка на плате	910	0.01	1.0	9.1H10-6
12.	Корпус прибора	1	1.0	1.0	1.0H10-6
13.	Проводники и пайки навесные	24	0.02	1.0	0.48H10-6

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

(1.11.5)

3. Расчет интенсивности отказов проводим по формуле:

(1.11.6)

4. Среднюю наработку на отказ рассчитываем по формуле:

(1.11.7)

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

-λHtρ (1.11.1.)

где - основа натурального логарифма;

- интенсивность отказов;

- время испытания.

Результаты расчетов вероятности безотказной работы устройства записываем в таблицу 1.11.2.

Результаты расчета надежности. Таблица 1.11.2

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

Рис. 1.11.1. График зависимости вероятности

безотказной работы устройства от времени.

Раздел 2. 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.

2.1. 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 компютеров.

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.

2.2 Расчет уровня качества

2.2.1. 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.

2.2.2. 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 2.1.1

Показатели ранжирования по степени важности. Таблица 2.2.1.

где : (2.2.1)

(2.2.2)

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

Коэффициент соответствия:

(2.2.3)

(2.2.4)

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=åφ і· qі (2.2.5)

где:

φ 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 (2.2.6)

и

q і = РБі/ РНі (2.2.7)

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

q і =lg(РНі/ РБі)+1 (2.2.8)

и

q і =lg(РБі/ РНі)+1 (2.2.9)

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

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

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.2.2.

Результаты расчетов. Таблица 2.2.2.

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.

Экспертная оценка. Таблица 2.2.3

Определение важности каждого показателя определим в два шага:

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

Kbi=bi/åbi; (2.2.10)

2-й шаг: определим bi1:

bi1=ai1*b1+ai2*b2+….+ain*bn (2.2.11)

Результат занесем в таблицу 2.1.4

Значение показателей. Таблица 2.1.4.

Перша итерация:

φi=bi/åbi (2.2.12)

bi=åaij (2.2.13)

где: bi – весомость і-го параметра

Вторая итерация:

φi=bi/åbi (2.2.14)

bi=ai1b1+ai2b2+...+ ainbn (2.2.15)

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.

2.3. Расчет себестоимости устройства.

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

2.3.1 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 2.3.1

Стоимость материалов. Таблица 2.3.1.

2.3.2. 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 2.3.2

Покупные изделия. Таблица 2.3.2.

2.3.3. Расчет основной заработной платы.

Потери по данной статье рассчитываются по каждому виду работ, в зависимости от нормы времени и почасовой тарифной ставки рабочих.

Сз.о.=åСтіtші (2.3.1)

где: Сті- почасовая тарифная ставка.

tі – время на одну операцию.

Нормы времени на операциях были взяты из технологических карт. Перечень работ отвечает технологическому процессу производства изделия. Нормы времени для монтажных и сборочных работ определяются типичными нормами времени на сборочно-монтажные работы, — таблица 2.3.3.

Основная заработная плата. Таблица 2.3.3.

2.3.4. Дополнительная заработная плата рабочих.

Расходы по этой статье определяются в процентах от основной заработной платы. Ориентировочная величина норматива дополнительной заработной платы для приборостроительных предприятий может быть принята в размере 30-40 %.

Сз.буд.=0.30×Сз.о. (2.3.3)

где: Сз.о.- основная заработная плата.

Сз.буд.=0.30×112.2=33.66 грн.

2.3.5. Отчисление на социальное страхование.

За действующими на 23.01.2006 р. нормативами отчислений на социальное страхование составляет 37.8% от суммы основной и дополнительной заработной платы.

Сс.с.=0.378( Сз.про + Сз.д) (2.3.4)

Сс.с.=0.378(112.2+33.66) = 55.13 грн.

2.3.6. Общепроизводственные затраты.

Учитывая, что себестоимость изделия определяется на ранних стадиях его проектирования в условиях ограниченной информации относительно технологии производства и расходов на его подготовку, в общепроизводственные расходы включаются, кроме этих расходов, расходы на: освоение основного производства, возмещение износа специальных инструментов и устройств целевого назначения, содержание и эксплуатацию оборудования. При этом общепроизводственные расходы определяются в процентах к основной заработной плате. При таком комплексном составе общепроизводственных расходов их норматив () достигает 200–300%.

Сз.в.= (2...3) ×Сз.про (2.3.5)

Сз.в.= 2 ×112.2 = 224.4 грн

Таким образом, производственная себестоимость составляет 880.36 грн.

2.3.7. Административные расходы.

Эти расходы относятся к себестоимости изделия пропорционально основной заработной плате и на приборостроительных предприятиях они составляют 100–200%:

Сз.г=1×Сз.про (2.3.6)

Сз.г=1×112.2= 112.2грн

2.3.8. Расходы на сбыт.

Расходы по этой статье определяются в процентах к производственной себестоимости (обычно 2,5 - 5,0%). Ссбыт = 0.025×880.36=22

Сумма по всем нижеприведенным статьям является полной себестоимостью продукции.

Результаты расчета сведем в таблицу 2.3.4.

Коммерческие расходы. Таблица 2.3.4.

Следовательно, полная себестоимость устройства составит: 1014.56 грн.

2.4. Определение цены изделия.

Среди разных методов ценообразования на ранних стадиях проектирования, достаточно распространен метод лимитных цен. При этом определяется верхняя и нижняя граница цены.

2.4.1. Нижняя граница цен ы.

Нижняя граница цены () защищает интересы производителя продукции и предусматривает, что цена должна покрыть расходы производителя, связанные с производством и реализацией продукции, и обеспечить уровень рентабельности не ниже того, что имеет предприятие при производстве уже освоенной продукции.

(2.4.1)

(2.4.2)

где: – оптовая цена предприятия, грн.;

– полная себестоимость изделия, грн.;

– нормативный уровень рентабельности, 15%;

– налог на добавочную стоимость, 20%.

Таким образом, получаем:

грн.

.

2.4.2. Верхняя граница цены .

Верхняя


29-04-2015, 03:07