Прецизионный термостабильный источник питания для АСУ ТП

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов…………………………………………………………………...	7
Введение…………………………………………………………………...	8
1. Обзор литературы по теме  исследования……………………………..	12
2. Теоретическая часть……………………………………………………	27
2.1 Общие сведения об источниках питания. Виды     источников питания ……………………………………………………………………	27
2.2 Критерии выбора источника питания ……………….………………	48
2.3 Структурная схема разрабатываемого источника питания ………..	59
2.4 Описание принципа функционирования устройства …………...….	61
2.5 Разработка конструкции изделия...…………………………………..	62
3 Экспериментальная часть…………………………………………….	70
3.1 Программа испытаний……………………………………………...	70
3.2 Методика испытаний……………………………………………….	70
3.3 Условия и порядок проведения испытаний…………………………	71
3.4 Материально-техническое и метрологическое  обеспечение испытаний………………………………………………………………….	72
3.5 Обработка результатов испытаний……………………………….….	73
Выводы………………………………………………………………….....	75
Перечень ссылок………………………………………………………......	76
Приложение А - Перечень элементов………………………………........	79
Приложение Б – Схема электрическая принципиальная……………….	82
Приложение В – Спецификация…………………………………………	84
Приложение Г – Условное расположение элементов источника питания на плате печатной……………………………………………….	87
Приложение Д – Эскиз платы печатной источника питания…………..	89
Приложение Е – Результаты испытаний блока питания……………….	91
Ведомость магистерской аттестационной работы……………………...	93

 

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

 

ИВЭ – источник вторичного электропитания

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим

процессом

ХИТ – химический источник тока

ТЭП – технико-экономические показатели

ФНЧ – фильтр низкой частоты

ИП – источник питания

ГПП – гаситель переходных процессов

УПТ – усилитель постоянного тока;

ИОН – источник опорного напряжения.

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

РЭА – радиоэлектронная аппаратура

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Минувшее десятилетие ознаменовалось резким увеличением темпов технического прогресса, научно-технической революцией во многих областях современной техники и прежде всего в радиоэлектронике и автоматике.

Радиоэлектронная аппаратура и приборы автоматики предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в ряде случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходило бурное развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии (часто многократные), обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного – однофазного или многофазного – токов; электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника; высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок; эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока; требуемую форму напряжений переменного тока, постоянство утла сдвига, их фаз и высокую стабильность их частоты и т. п.

Полученные в этой области качественно новые результаты, а именно обеспечение высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.

Практически вся радиоэлектронная аппаратура (РЭА) нуждается в одном или нескольких источниках питания. Большое число фирм проводят исследования в области первичных и вторичных источников электропитания, производят их в значительных объемах и поставляют на рынок. В настоящее время, как правило, не представляет затруднений приобретение необходимого источника электропитания. В тоже время при разработке той или иной радиоаппаратуры разрабатывается свой источник питания.

Современные средства вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры вышли за рамки класса простейших радиоэлектронных устройств, содержащих незначительное количество силовых вентилей и реактивные сглаживающие фильтры, какими они были 25-30 лет назад. В настоящее время средства вторичного электропитания представляют Собой достаточно сложные устройства, которые содержат большое количество разнообразных функциональных узлов, выполняющих те или иные функции преобразования электрической энергии и улучшения ее качества. Прогресс в разработке и совершенствовании переносных, подвижных и стационарных автономных объектов различного назначения, территориально удаленных от промышленных энергетических систем и снабженных автономными первичными источниками электрической энергии типа аккумуляторных или солнечных батарей, топливных элементов, ядерных источников и т. п., вызвал повышенный интерес инженеров и ученых к области питания радиоэлектронной аппаратуры и систем автоматики от первичной сети постоянного тока.

В итоге разработок был создан обширный класс полупроводниковых преобразовательных устройств, не имеющих прототипов среди ранее известных [1].

Источник электропитания является неотъемлемой частью любой электротехнологической установки или системы. Правильный выбор и оптимизация параметров, проектирование источника питания с учетом специфики его работы в значительной мере определяют эффективность и экономичность установки в целом.

Современные источники электропитания отличаются многообразием решений структурных, функциональных и принципиальных схем, что объясняется многообразием требований, предъявляемым к ним. Тем не менее, любой источник электропитания представляет собой совокупность нескольких функциональных узлов, выполняющих различные виды преобразования электрической энергии. Выпрямители преобразуют напряжение (ток) переменного тока в однополярное пульсирующее напряжение (ток) с тем или иным коэффициентом пульсации и состоят из одного или нескольких нелинейных элементов с односторонней проводимостью. Фильтры источников питания обычно представляют собой частотно-зависимые четырехполюсники, состоящие из индуктивных (L), емкостных (С) и активных (R) элементов. Инверторы преобразуют напряжение (ток) постоянного тока в напряжение (ток) переменного тока. Трансформаторы преобразуют напряжение (ток) переменного тока одного уровня в одно или несколько напряжений (токов) другого уровня, кроме того, трансформаторы обеспечивают гальваническую развязку (разрыв цепи по постоянному току) функциональных узлов источников питания. Регуляторы напряжения (тока) изменяют напряжение (ток) на (в) нагрузке по требуемому закону и в заданном диапазоне регулирования. Стабилизаторы напряжения (тока) поддерживают на своем выходе уровень напряжения (тока) постоянного или переменного тока в заданных пределах при изменениях входного напряжения и воздействии различных внешних возмущающих факторов.

В зависимости от требований, предъявляемых к системе электропитания, источники питания могут быть построены по самым различным функциональным схемам [2, 3].

Источник вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры (ИВЭ) представляет собой средство вторичного электропитания радио-электронной аппаратуры, обеспечивающее вторичным электропитанием самостоятельные приборы или отдельные цепи комплекса радиоэлекронной аппаратуры [3].

Источники вторичного электропитания состоят из функциональных узлов вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, выполняющих одну или несколько функций, например, функции выпрямления, стабилизации, усиления, регулирования. Поэтому ввиду развития и совершенствования электронной техники разработка источника вторичного электропитания является актуальной задачей.

Целью данной магистерской работы является разработка прецизионного, термостабильного источника питания, входящего в состав автоматизированной системы управления технологическим процессом изготовления деталей электронных аппаратов.

Объект исследования – автоматизированная система управления технологическим процессом изготовления деталей электронных аппаратов.

Предмет исследования – прецизионный, термостабильный источник питания для автоматизированной системы управления технологическим процессом изготовления деталей электронных аппаратов.

Задачами магистерской аттестационной работы являются:

1. разработка структуры автоматизированной системы управле-ния технологическим процессом;
2. разработка структуры подсистемы питания (источника питания);
3. разработка отдельных компонентов технического обеспечения подсистемы питания;
4. разработка и испытание на термостабильность макета устройства.

 

 

 

 

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

В современных производствах задача управления технологическим процессом осуществляется автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП). АСУ ТП – это комплекс, объединяющий технологический процесс, технические средства сбора, обработки, преобразования информации, программного, алгоритмического и математического обеспечения и оперативного персонала. АСУТП предназначены для оптимизации технологических процессов производств и повышение их эффективности путем автоматизации, базирующейся на использовании современных средств вычислительной и микропроцесс-сорной техники и эффективных методов и средств контроля и управления.

Одними из главных преимуществ АСУТП является снижение, вплоть до полного исключения, влияния так называемого человеческого фактора на управляемый процесс, сокращение персонала, минимизация расходов сырья, повышение качества исходного продукта, и в конечном итоге - существенное повышение эффективности производства. Основные функции, выполняемые подобными системами, включают в себя контроль и управление, обмен данными, обработку, накопление и хранение информации, формирование сигналов тревог, построение графиков и отчетов.

В последнее время АСУТП начинают проникать в такие сферы, как управление дорожным движением, медицина, машиностроение. Отдельное направление их применения составляет военная и космическая техника, где системы автоматизации используются в качестве встроенных средств контроля и управления.

Характерной особенностью развития современной электронной промышленности является бурный рост, сопровождающийся столь же бурным снижением стоимости средств автоматизации, вычислительной техники, коммуникаций, устройств высокоточных измерений параметров.

Цифровые технологии быстро вытесняют аналоговые, преобладав-шие в системах управления в недалеком прошлом. Это связано с тем, что возможности цифровых средств измерения и управления на порядок выше, чем у аналоговых. К числу их достоинств относятся:

1) более точное представление измеряемых величин;

2) большая помехозащищенность;

3) возможности построения вычислительных  сетей;

4) большая гибкость и эффективность  в управлении процессом и т.д.

Все эти возможности связаны с конкретными выгодами для пользователей:

1) ускорение работы операторов  системы управления;

2) экономия финансовых ресурсов;

3) повышение качества и корректности  решений, принимаемых операторами;

4) уменьшение потерь продукции  и др.

Любую автоматическую систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) можно в конечном итоге разделить на 3 основных уровня иерархии (рисунок 1.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Структура АСУ ТП

 

Самым нижним уровнем является уровень датчиков и исполнительных механизмов, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. Их деятельность заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).