Устройство защиты сетевой аппаратуры от аварийного напряжения

В условиях воздействия ионизирующего  излучения на РЭА функцию защиты от радиации выполняет корпус. Наиболее устойчивыми к воздействию радиации являются металлы. У большинства металлов при этом возрастает предел текучести в  2 – 3 раза, снижается ударная вязкость на 10 – 30 %, повышается удельное сопротивление. Наименьшей радиационной стойкостью обладают электротехнические стали и магнитные материалы, у которых изменяется магнитная проницаемость. Защитный экран может быть выполнен из металлов с высоким кулоновским барьером, например свинца. При этом значительно возрастают масса и габариты изделия.

В процессе эксплуатации РЭА подвергается воздействию внешних механических нагрузок: вибраций, ударов и линейных ускорений. По степени защищенности РЭА от этих воздействий различают два понятия «устойчивость» и «прочность».

Устойчивость – свойство объекта при механическом воздействии выполнять заданные функции и сохранять значения параметров в пределах нормы.

Прочность – свойство объекта выполнять заданные функции после прекращения механических воздействий.

Все способы защиты от механических воздействий можно разделить  на три группы:

–  смещение спектра частот собственных колебаний в более высокочастотную область. Как следует из соотношения

увеличить значение частоты собственных  колебаний f₀ можно, уменьшив массу блока m или увеличив жесткость конструкции k. Масса блока определяется главным образом элементной базой, которая косвенным образом дает габариты и массу несущих конструкций. Достичь существенного снижения массы достаточно сложно. Наиболее часто используются методы повышения жесткости конструкций за счет изменения способов крепления и площади печатных плат, а также применения ребер жесткости. Эти методы эффективны в том случае, если диапазон частот вибраций не превышает 400…500 Гц;

–  повышение демпфирующих свойств конструкции, т.е. увеличение рассеяния энергии колебаний вследствие трения элементов конструкции и «внутреннего трения» в материалах.

Улучшение демпфирующих свойств конструкции  достигается включением в конструкцию  плат специальных демпфирующих покрытий из вибропоглощающих материалов (см. таблицу 3.17).

– смещение частоты собственных колебаний конструкции в область ниже частоты вынужденных колебаний с помощью виброизоляции.

Основным способом виброизоляции  РЭА является установка ее на амортизаторы. Амортизаторы подразделяются на низко-, средне- и высокочастотные. Низкочастотные амортизаторы виброизолируют частоты в диапазоне 5…600 Гц, среднечастотные – в диапазоне 15…600 Гц и высокочастотные – в диапазоне 35…2000 Гц.

На этапе предварительной компоновки в случае необходимости следует  произвести выбор типа амортизатора и схемы их размещения и выполнить  расчет виброустойчивости конструкции, который приведен в пункте 3.6.5 «Оценка устойчивости конструкций к механическим воздействиям».

В процессе конструирования РЭА  необходимо решать вопросы защиты от электромагнитных, электрических и  магнитных помех. Источники помех могут находиться внутри и вне РЭА. Внешние помехи возникают из-за нестабильности напряжения сети электропитания, работы радиопередающих устройств и т.д. Внутренние помехи появляются из-за наличия паразитных связей, не предусмотренных конструкцией, и помех рассогласования параметров линии передачи сигнала с входными-выходными цепями электронных схем.

Источниками электрических помех  являются блоки питания, шины питания. Источниками механических помех  являются трансформаторы и дроссели.

Для защиты РЭА от воздействия помех  необходимо:

– размещая элементы схемы, тщательно продумывать расположение монтажных проводов (уменьшать петли связи, увеличивать расстояние между проводниками, уменьшать длины совместного прохождения проводников и т.д.);

– устранять помехи по линиям электропитания с помощью радиочастотных фильтров;

– экранировать элементы РЭА.

Экраны локализируют электрическое  поле в замкнутом объеме и обычно выполняются в виде параллелепипеда, цилиндра или сферы. Конструктивная форма экрана сравнительно мало влияет на его экранирующие характеристики. Решающее значение имеют:

– материал, из которого изготовлен экран;

– толщина стенки экрана;

– размер экрана.

Методика расчета эффективности  экранирования изложена в пункте 3.6.2 «Расчет электромагнитной совместимости».

В конструкциях экранов необходимо предусматривать отверстия, например: для доступа к регулируемым элементам  экранируемых устройств, для введения проводов, для обеспечения теплового  режима и т.д. Для всех видов электрических  экранов очень важно хорошее  заземление, характеризующееся малым  сопротивлением заземляющего провода.

Важнейшим фактором, определяющим эксплуатационную надежность РЭА, является тепловой режим.

Основная задача обеспечения нормального  теплового режима заключается в  создании таких условий, при которых  количество тепла, рассеянного в  окружающую среду, будет зависеть от мощности тепловыделения блока. Наиболее простым и дешевым способом является естественное воздушное охлаждение. Различают две системы естественного  охлаждения: первая – для блоков в герметичных корпусах, вторая –  для блоков в перфорированных корпусах.

При разработке систем охлаждения необходимо:

– обеспечивать эффективную циркуляцию воздуха между нагревающимися элементами;

– сильно нагревающиеся элементы снабжать ребрами охлаждения;

– элементы, наиболее чувствительные к перегреву, изолировать экранами от непосредственного воздействия теплового потока;

– обеспечивать надежный тепловой контакт между источниками теплоты и поверхностями охлаждения.

Принудительное воздушное охлаждение применяется при удельной мощности рассеивания до 1 Вт/см².

Различают три основные схемы принудительного  воздушного охлаждения:

– внутреннее перемешивание;

– наружный обдув;

– продувку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте  было рассмотрено устройство для  защиты радиоэлектронной аппаратуры от авариного напряжения. Были проведены  расчеты позволяющие оптимизировать разработку печатной платы и корпуса для данной схемы. Были рассмотрены требования к надежности и устойчивости устройства  и проанализирована принципиальная схема. Исходя из этого была выбрана оптимальная элементная база, подходящая для использования при поставленных условиях, и разработана печатная плата и корпус устройства, которые наиболее рационально будет использовать. Так-же была описана защита от дестабилизирующих факторов, которые, могут влиять на работоспособность и срок эксплуатации устройства. В результате курсового проекта были подготовлены чертежи схемы принципиальной, сборочный чертеж, перечень элементов, спецификация и прочая необходимая документация.

Стоит еще раз отметить актуальность данного устройства, так  как оно позволяет защитить аппаратуру от аварийного напряжения, которое, может  возникнуть в сети непредвиденно  и вывести из строя подключенную к ней аппаратуру. Это устройство незаменимо и имеет мало аналогов.

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Гелль П.П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры / П.П. Гелль, Н.К. Иванов-Еси-пович. – Л.: Энергоатомиздат, 1984.
2. Дульнев Г.Н. Тепло- и массобмен в радиоэлектронной аппаратуре / Г.Н. Дульнев. – М.: Высш. шк., 1984.
3. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры: справочное пособие / П.И. Овсищер, И.И. Лившиц, А.К. Овчинский и др.; под ред. Б.Ф. Высоцкого. – М.: Радио и связь, 1982.
4. Конденсаторы: справочник / под ред. И.И. Четверткова. – М.: Радио и связь, 1993.
5. Куземин А.Я. Конструирование и микроминиатюризация электронной вычислительной аппаратуры / А.Я. Куземин. – М.: Радио и связь, 1985.