Устройство защиты сетевой аппаратуры от аварийного напряжения

в) расположения и конструкция органов  должны обеспечивать максимальные удобства для оператора;

г) изделие должно удовлетворять  требованиям технической эстетики;

д) габариты и масса изделия должны быть минимальными.

Габариты и масса изделия  в значительной мере зависят от принятых схемных решений и используемых радиоэлементов.

Мерой эффективности мероприятий  по уменьшению габаритов аппаратуры является плотность монтажа - среднее  количество элементов, умещающееся  в единице объема.

Удовлетворение всех требований одновременно в большинстве случаев  не возможно. Следовательно, процесс  компоновки сводится к нахождению оптимальных  решений.

Несущей конструкцией электронного прибора является элемент или  совокупность элементов конструкции, предназначенная для размещения составных частей аппаратуры и обеспечения  их устойчивости к воздействиям в  заданных условиях эксплуатации. Несущие  конструкции обеспечивают:  

- возможность конструировать аппаратуру  с использованием модульного  принципа;

- высокий уровень миниатюризации  аппаратуры, высокую надежность, технологичность  конструкции; 

• нормальный тепловой режим аппаратуры;

-    при необходимости защиту  аппаратуры от воздействия вибрации  и ударов, от действия воздуха  с повышенной влажностью и  от изменения давления окружающей  среды, от действия проникающей  радиации;

• электромагнитное экранирование аппаратуры;

-  безопасные условия для  обслуживающего персонала и высокие  эргономические характеристики.

Существует ряд видов компоновки, каждая из которой имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее широко используемыми  являются аналитическая, модельная, аппликационная и графические компоновки. Компоновочный  расчет будем проводить по аналитической  компоновке. Аналитическую компоновку производят на начальных этапах проектирования аппаратуры с целью получения  обобщенных характеристик, на основании  которых складывается первое представление  о некоторых конструктивных параметрах изделия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Конструкторские расчеты

 

1.  Компоновочный расчет

 

В компоновочном расчете  мы рассчитываем размер печатной платы  и исходя их этого подбираем корпус устройства. Для этого расчета мы берем площадь каждого элемента (S_пл, мм) и умножаем на количество элементов (n), и получаем площадь которую занимают элементы данного типа (ΣS_i, мм). Потом суммируем площади всех элементов и получаем общую площадь которую занимают все элементы. Чтобы узнать размер печатной платы – площадь всех элементов умножаем на коэффициент площади

Таблица 5.1 – Данные компоновочного расчета

	Sпл, мм	n	ΣSi, мм
C1, C4, C5	31,28	3	93,84
C2, C3, C6	25	3	75
DA1	49,5496	1	49,5496
DD1	30.876	1	30.876
DD2	54,25	1	54,25
FU1	104	1	104
HG1	315	1	315
K1	602	1	602
R1, R3-R14	13,8	13	179,4
R2	206,05	1	206,05
SB1-SB3	55,8	3	167,4
T1	893,75	1	893,75
VD1-VD9	24,288	9	218,592
VT1	33,64	1	33,64

 

Площадь всех элементов:

 

Площадь печатной платы:

 

Размер платы 75х80мм

Высота самого высокого элемента 30мм

Объем корпуса V=80*85*30=204000мм³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Расчет надежности

 

Существующие методы расчета  показателей надежности РЭУ различаются  степенью точности учета электрического режима и условий эксплуатации элементов.

При ориентировочном расчете  этот учет выполняется приближенно, с помощью обобщенных эксплуатационных коэффициентов. Значения этих коэффициентов  зависят от вида РЭУ и условий  их эксплуатации.

Ориентировочный расчет выполняется  на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда еще не выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция  и, естественно, отсутствуют результаты конструкторских расчетов .

Исходными данными при  ориентировочном расчете надежности являются: электрическая схема РЭУ (принципиальная, а для цифровых РЭУ в ряде случаев функциональная), заданное время работы , условия эксплуатации или вид РЭУ.

Ориентировочный расчет выполняют  для периода нормальной эксплуатации РЭУ, т.е. для периода, когда общая  интенсивность отказа устройства примерно постоянна во времени. Исходными данными при ориентировочном расчете надежности являются: электрическая схема РЭУ (принципиальная, а для цифровых РЭУ в ряде случаев функциональная), заданное время работы , условия эксплуатации или вид РЭУ. В этом случае для определения интенсивности отказов РЭУ пользуются значениями интенсивностей отказов элементов. Общая интенсивность отказов РЭУ определяется путем простого суммирования последних.

 

 

Таблица 5.2 – Данные расчета  надежности

№гр.	Наименование элемента	λ10*10-6	Количество	Кн	Кэ	Σ λ10*10-6
1	Конденсаторы	0,05	6	0,7	2	0,42
2	Микросхема аналоговая	0,028	1	0,8	2	0,0448
3	Микросхемы цифровые	0,02	3	0,6	2	0,072
4	Предохранитель	5,0	1	0,8	2	8
5	Реле	0,6	1	0,7	2	0,84
6	Резисторы постоянные	0,4	13	0,8	2	8,32
7	Резистор подстроечный	1,1	1	0,6	2	1,32
8	Кнопки	0,4	3	0,7	2	1,68
9	Трансформатор	0,9	1	0,8	2	1,44
10	Диоды выпрямительные	0,5	9	0,6	2	5,4
11	Транзистор биполярный	0,45	1	0,8	2	0,72
12	Разъемы	0,5	2	0,8	2	1,6
13	Пайки	0,04	108	0,7	2	6,048
14	Печатная плата	0,2	1	0,6	2	0,24

 

Суммарная интенсивность  отказов элементов РЭУ:

 

Наработка на отказ:

 

Вероятность безотказной  работы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Тепловой расчет

 

В связи с широким использованием в РЭА транзисторов, тиристоров, больших ИС на этапе проектирования должна решаться проблема отвода тепла. Для отвода тепла могут применяться  следующие методы:

– естественное охлаждение (воздушное, жидкостное);

– принудительное воздушное охлаждение;

– принудительное жидкостное;

– охлаждение, основанное на изменении агрегатного со-стояния вещества;

– термоэлектрическое охлаждение.

Основным критерием выбора метода охлаждения является значение плотности теплового потока, проходящего  через поверхность теплообмена. Вторым критерием выбора метода охлаждения является допустимый перегрев элемента, равный разности между допустимой температурой корпуса элемента и температурой окружающей среды. Такое аналитическое  описание температурных полей внутри блока невозможно из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников тепла, теплофизических  свойств материала и т.д. Поэтому  при расчете теплового режима используются приближенные методы анализа  и расчета.

В пособии приводятся различные  варианты теплового расчета конструкций  РЭУ. Выбор варианта расчета определяется задачами проектирования.

Мощность устройства

 

Раземеры корпуса

 

Поверхность корпуса блока:

 

Условная поверхность нагретой зоны:

 

Условная мощность корпуса блока:

 

Удельная мощность нагретой зоны:

 

Расчет коэффициента в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

 

Расчет коэффициента в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

 

 

Расчет коэффициента в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

 

Расчет коэффициента в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

 

Перегрев корпуса блока:

 

Перегрев нагретой зоны:

 

Средний перегрев воздуха в блоке:

 

Температура воздуха в  блоке:

 

Температура корпуса:

 

Температура нагретой зоны:

 

Суммарная площадь перфорированных  отверстий:

 

Коэффициент перфорации:

 

Функция коэффициента перфорации:

 

Перегрев корпуса:

 

Перегрев нагретой зоны:

 

Средний перегрев воздуха  в корпусе:

 

Удельная мощность элемента:

 

Перегрев поверхности  элемента:

 

Перегрев среды, окружающей элемент:

 

Температура нагретой зоны:

 

Температура воздуха в  блоке:

 

Температура поверхности  блока:

 

Температура среды, окружающей элемент:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  Расчет устойчивости конструкции к механическим воздействиям

 

Наиболее распространенными видами механических воздействий являются вибрация и удары. Существуют три основных способа виброзащиты аппаратуры: увеличение жесткости конструкции; демпфирование и использование виброизоляторов.

Для того чтобы конструкция  была механически прочной, частота собственных колебаний конструкции (f₀) должна быть больше, чем частота воздействующих колебаний (f), которая определяется техническим заданием в зависимости от условий эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Защита устройства от дестабилизирующих факторов

 

В зависимости от места размещения РЭА и условий эксплуатации на устройство будут воздействовать различные  дестабилизирующие факторы. Нормальными  климатическими условиями являются:

– температура, t   25…10 °C;

– относительная влажность  45…80 %;

– атмосферное давление, Н  836…106 кПа.

Кроме климатических факторов на РЭА  воздействуют механические нагрузки, электромагнитные помехи и паразитные наводки.

На этапе проектирования необходимо решить основные вопросы, связанные  с защитой от дестабилизирующих  факторов:

– необходимость герметизации корпуса;

– защита РЭА от ионизирующего излучения (если оно существует);

– выбор способа защиты от механических воздействий;

– выбор способа защиты от электромагнитных помех и паразитных наводок;

– выбор способа обеспечения нормального теплового режима.

Герметизация – это наиболее радикальный способ защиты элементов РЭА от влаги, пыли, песка, плесневых грибков. Различают индивидуальную, общую, частичную и полную герметизацию.

Для частичной герметизации РЭА применяют пропитку, обволакивание, заливку лаками, пластмассами или  компаундами на органической основе. Полная герметизация достигается при  использовании корпуса специальной  конструкции из металлов, стекла и  керамики с высокой степенью непроницаемости. Герметичный корпус заполняется  сухим воздухом или инертным газом  при атмосферном или повышенном давлении не более 120 кПа. Полная герметизация может осуществляться с помощью разъемного соединения через вакуумную резинку.