Розробка енергозберігаючої системи з використанням альтернативних джерел енергії

Міністерство освіти Республіки Білорусь

Установа освіти «Гомельський державний дорожньо-будівельний технікум імені Ленінського комсомолу Білорусі»

Спеціальність: 2400202

Пояснювальна записка до дипломного проекту

НА ТЕМУ: «Розробка енергозберігаючої системи з використанням альтернативних джерел енергії»

Розробив учень: І.С. Симоненко

Керівник дипломного проекту: Д.С. Мінін

Керівник циклової комісії: Кривицький А.В.

Керівник економічної частини: Ісакович О.В.

Гомель 2007

Зміст

Введення

1. Розрахунково-проектувальний розділ

1.1 Призначення і область застосування пристрою

1.2 Розробка структурної схеми

1.3 Розробка функціональної схеми

1.4 Розробка принципової схеми

1.4.1 Розрахунок вузлів та блоків

1.4.2 Вибір елементної бази

1.4.3 Опис принципу дії (схеми

1.4.4 Розрахунок споживаної потужності

2 Конструкторсько-технологічний розділ

2.1 Розробка друкованої плати

2.2 Вибір способу виготовлення друкованої плати

2.3 Компонування пристрої

2.4 Пошук і усунення несправностей

3 Економічний розділ

4 Охорона праці

5 Енерго-і матеріалосбереженіе

6 Охорона навколишнього середовища

Висновок

Список використаних джерел

Програми

Введення

Розробка дипломного проекту є завершальним етапом навчання в технікумі, який показує, якого рівня спеціаліст підготовлений в результаті навчання. Це складна багатогранна робота, що вимагає прояву знань у всіх дисциплінах, вивчених під час навчання в технікумі. Дипломний проект повинен відображати спрямованість навчання і бути застосований у процесі навчання наступних поколінь учнів.

При існуючому рівні науково-технічного прогресу енергоспоживання може бути покрито лише за рахунок використання органічного палива (вугілля, нафта, газ) та атомної енергії, що відносяться до непоновлюваних джерел енергії. Однак, за результатами численних досліджень органічне паливо до 2020 року може задовольнити запити світової енергетики тільки частково. Інша частина енергопотреби може бути задоволена за рахунок інших джерел енергії - сонячна, вітрова, геотермальна, енергія морських хвиль, припливів та океану, енергія біомаси, деревини, деревного вугілля, торфу, тяглової худоби, сланців, бітумінозних пісковиків і гідроенергія великих і малих водотоків, відносяться до нетрадиційних та поновлюваних джерел енергії. Одним з найбільш використовуваних нетрадиційних джерел енергії є вітрова енергія. Потенційні можливості вітрової енергії в рік складають 1% від річної сонячної енергії. Для приземного шару завтовшки 500 метрів енергія вітру складає приблизно 82 трильйона кіловат-годин на рік. Якщо навіть використати хоча б 10% (що цілком реально і економічно виправдано) цієї енергії, то це приблизно дорівнює кількості електроенергії виробляється на всій Земній кулі. До стратегічних цілей використання вітрових джерел енергії є:

1. Скорочення споживання невідновлюваних ресурсів.

2. Зниження екологічного навантаження.

3. Збільшення числа децентралізованих споживачів.

4. Забезпечення децентралізованих споживачів.

5. Зниження витрат на дальнепрівозное і сезонне паливо.

Необхідність розвитку вітрової енергетики визначається її роллю у вирішенні таких проблем:

1. Забезпечення сталого тепло-і електропостачання населення та виробництва в зонах децентралізованого енергопостачання.

2. Забезпечення гарантованого мінімуму енергопостачання населення і виробництва в зонах централізованого енергопостачання, що зазнають дефіцит енергії, запобігання збитків від аварійних і обмежувальних відключень.

3. Зниження шкідливих викидів від енергетичних установок в містах і населених пунктах із складною екологічною обстановкою, а також у місцях масового відпочинку населення.

Відомо, що основною причиною виникнення вітру є нерівномірне нагрівання сонцем земної поверхні. Земна поверхня неоднорідна: суша, океани, гори, ліси обумовлюють різне нагрівання поверхні під одним і тим же широтою. Обертання Землі також викликає відхилення повітряних течій. Всі ці причини ускладнюють загальну циркуляцію атмосфери. Виникає ряд окремих циркуляцій, в тій чи іншій мірі пов'язаних один з одним. У північній півкулі постійні вітри приходять з північного сходу, в південному з південно-сходу. Середня швидкість південно-східних пасатів північної півкулі у поверхні землі досягає 6-8 м / сек. Більшість областей європейської частини Росії відносяться до зони середньої інтенсивності вітру. У цих районах середньорічна швидкість вітру становить від 3,5 до 6 м / сек. Середньорічні швидкості повітряних потоків на стометровій висоті перевищують 7 м / с.

Для перетворення вітрового потоку в електричну енергію використовують вітродвигуни в поєднанні з електрогенератором - вітроенергетичні установки або вітрогенератори. Принцип дії всіх вітрогенераторів один: під натиском вітру обертається вітроколесо з лопатами, передаючи обертовий момент через систему передач валу вітрогенератора, який виробляє електроенергію, водяному насосу або електрогенератори. Чим більше діаметр вітроколеса вітрогенератора, тим більший повітряний потік воно захоплює і тим більше енергії виробляє вітрогенератор.

На землі ще не мало місць, куди не дійшла електроенергія по стовпах та підземним кабелям. У таких місцях зазвичай стоять дизельні або бензинові двигуни і виробляють електроенергію. Ці установки перетворюють на дим тисячі тонн дизельного палива чи бензину, а вироблювана ними електроенергія виходить рази й десятки рази дорожче електроенергії виробляється великими електростанціями. Більшість таких місць мають досить високий вітровий потенціал, та застосування автономних вітрогенераторів разом з тепловими двигунами дало б істотну, що досягає до 90%, економію вуглеводневого палива.

Головною перевагою автономних вітрогенераторів є можливість вироблення електроенергії незалежно від мережі. У цілому, вітрогенератори працюють подібно дизель-електростанцій, тільки не спалюють палива.

У вітрогенератора класичного типу є ряд особливостей: вітроколесо розташована за вежею вітрогенератора щодо вітру. Вітроколесо вітрогенератора автоматично розгортається щодо вітрового потоку так, щоб оптимальним шляхом використовувати його енергію, а поворотом лопатей підтримується постійні обертів у всьому робочому діапазоні швидкостей вітру. За допомогою застосування таких технічних рішень та інновацій в наших вітрогенератора, нам вдалося досягти практично граничних значень коефіцієнта використання вітрової енергії вітро-енергетичними установками.

1 Розрахунково-проектувальний розділ

1.1 Призначення і область застосування

В даний час, коли споживачів енергії стає все більше і більше, технології стають на шлях зниження споживаної потужності і збільшуються розробки альтернативних джерел енергії не забруднюють навколишнє середовище. Зараз можна побачити вітряні електрогенератори, які використовують енергію вітру і перетворюють її в електричну; біологічні електростанції які перетворюють енергію розкладання органічних речовин в електричну. Але іноді коли енергії таких джерел не вистачає, і щоб не було перебоїв і стрибків напруги, то доводиться перемикатися на харчування від стаціонарної мережі. Для цих цілей і призначена тема мого дослідного диплома.

Цей пристрій призначений для роботи у складі вітряної електростанції середньої потужності. Пристрій реагує на зміну напруги на генераторі і, коли його не вистачає, для живлення споживачів перемикає їх на стаціонарну мережу. Також даний пристрій реагує на зміни струму протікає в ланцюзі навантаження: коли струм в ланцюзі навантаження збільшується до максимального струму, який може дати генератор, пристрій перемикає споживачів на стаціонарну мережу. І переключається назад на генератор при відновленні контрольованих параметрів.

Дане розроблювальний пристрій призначений для роботи в різних побутових і стаціонарних умовах. Він здатний працювати в широкому діапазоні температур і здатне комутувати ланцюг з мережевою напругою 230В і струмом в 28А, ці параметри максимальні, які може видавати генератор СГВМ16-У1 протягом тривалого часу, за індивідуальним завданням.

1.2 Розробка структурної схеми

Структурна схема визначає основні частини виробу і зв'язки між ними. Вона лише в загальних рисах розкриває призначення пристрою і його функціональних частин і блоків, визначає основні частини пристрою і служить лише для загального ознайомлення з виробом.

Складові частини проектованого пристрою зображуються спрощено у вигляді прямокутників довільної форми і всередині кожного вказується найменування блоку, вузла.

Структурна схема розроблювального пристрою наведена у графічній частині диплома на форматі А1.

В основі даного пристрою знаходиться пристрій порівняння. Воно стежить за напругу на генераторі і величиною струму в ланцюзі навантаження, і порівнює їх з еталонними або опорними значеннями, які також можна підбирати в невеликих межах. Для роботи пристрою потрібно датчик напруги на генераторі. Він призначений для стеження за генератором: коли напруга достатню для живлення споживачів, пристрій підключає споживачів до генератора, а коли напруга падає і його не достатня для харчування, то пристрій перемикає споживачів на стаціонарну мережу. Також для даного розроблювального пристрою потрібно датчик струму. Він стежить за струмом у ланцюзі споживачів: коли струм споживання збільшується, і генератор не здатний підтримувати стабільний режим роботи, то пристрій також перемикає споживачів на стаціонарну мережу; і назад, якщо струм падає і з генератора здатний давати енергію без перебоїв.

Блок опорного напруги призначений для завдання еталонних значень контрольованих параметрів і підстроювання, пристрої керування блоком перемикачів, на точний режим роботи і під конкретні значення максимального струму і напруги які може підтримувати генератор в умовах тривалого часу роботи. Блок індикації призначений для контролю роботи за пристроєм управління та джерела живлення споживачів: мережа або генератор. Блок живлення, для живлення розроблювального пристрою підключено виходу пристрою, тому що на виході пристрою напруга є завжди, чи то з генератора або від мережі.

1.3 Розробка функціональної схеми

Для роботи розроблювального пристрою буде потрібно два датчики: датчик струму, для контролю споживачів; і датчик напруги, для контролю генератора. Датчик напруги: пропорційно зменшує вихідна напруга генератора, для можливості його порівняння його з опорною напругою. Ця напруга знаходиться в районі 1 - 1,5 В. Датчик струму: перетворить певну величину струму в відповідну напругу на його виході, для порівняння з другим опорним напругою. Ця напруга, при максимальному значенні струму в ланцюзі, знаходиться в районі 1В.

На пристрій управління подається опорна напруга для порівняння з подаються напругою, взяте з датчика напруги. Одночасно з цим напругою на пристрій порівняння подається друге опорна напруга для порівняння з напругою, узятим з датчика струму.

Блок перемикачів підключений до блоку управління за допомогою оптронів, для гальванічної розв'язки високої напруги мережі з низькими напругами в основній схемі.

Блок індикації суміщений з пристроєм управління і показує, що відбувається в певні моменти часу: немає напруги на генераторі, великий струм в ланцюзі споживання, нормальний режим роботи, роботу блоку живлення.

1.4 Розробка принципової схеми

1.4.1 Розрахунок вузлів та блоків

Принципова схема розроблювального пристрою наведена у графічній частині диплома на форматі А1.

Для роботи пристрою порівняння потрібно опорне напруга не високого потенціалу. Перше опорне напруга береться зі світлодіода, струм через які стабілізується польовим транзистором. Для коректного запалювання світлодіода потрібно струм в 10мА, тоді на ньому виділяється напруга 2В. Конкретний транзистор для стабілізації струму вибирається за сток-джерельній вольтамперной характеристиці. Друге опорне напруга береться з такої ж конструкції, але замість світлодіода в джерельна ланцюг звичайний діод. У даному випадку ГД508А: падіння напруги на діоді 0,7 В при струмі в 10мА, що дозволяє використовувати однакові транзистори у двох джерелах опорного напруги. Виходячи з вищеописаного, і після порівняння сток-істоковий характеристик, мною вибраний транзистор КП303А, у нього спостерігається не значна зміна струму стоку в діапазоні 7 - 15В.

Блок перемикачів виконаний на симистора включених за стандартною схемою включення, і зі стандартними наборами, що підключаються. Симистора повинні витримувати максимальне чинне напруга у схемі і максимальний розрахунковий струм:

U _max = √ 2 ∙ 230 = 322 В;

I _max = 30 А.

Блок, що містить в собі датчик напруги, виконаний на основі резисторного дільника напруги, підключеного до випрямляча. Від випрямляча не потрібно великих потужностей, тому що він практично не несе навантаження, струм випрямлення настільки малий, що сюди підійдуть практично будь-які діоди здатні витримати напругу мережі 220В. Резистори дільника вибираються відштовхуючись від опорного напруги в 2В. Дільник складається з трьох резисторів струмообмежуючі, подстроечного і обмежувального. Вони всі розраховуються на основі закону Ома:

R _то = U ​​/ I,

приймемо величину протікає в дільнику струму 2мА, тоді загальний опір подільника буде:

R _заг = 230 / 0.002 = 115000 (Ом) ≈ 120ком, величина опору з якого буде зніматися контрольоване напруга буде складати (за законом Ома):

R = 2 / 0.002 = 1000 (Ом) ≈ 1кОм.

Паралельно з ним включений конденсатор ємністю 1мкФ для згладжування пульсацій на виході датчика.

Блок датчика струму виконаний на основі резистора дуже маленького опору з-за того, щоб не вносити втрат в ланцюг живлення споживачів. Для того щоб напруга на виході цього датчика було постійним резистор включений в розрив ланцюга діодного моста, який включений послідовно з споживачами. Дане включення діодного моста дозволяє домогтися мінімальних втрат у мережі живлення і матеріальних витрат компоненти. Даний діодний міст повинен витримувати максимальний струм в ланцюзі (28А) та напруга мережі (230В). Опір резистора з якого знімається напруга порівняння 0,7 В при максимальному протікає в ланцюзі струмі 28А (за законом Ома):

R _Д = 0.7 / 28 = 0.025 (Ом),

Р _Д = U ∙ I = 0.7 ∙ 28 = 19.6 (Вт) ≈ 20Вт.

Такий резистор можна скласти з чотирьох окремих резисторів опором 0,1 Ом і потужністю 5Вт. Для згладжування пульсацій напруги, паралельно з цим резистором включений конденсатор ємністю в 1мкФ.

Блок пристрою управління складається з двох операційних підсилювачів включених в якості компараторів. Для обмеження струму, оптронів і світлодіодів включених попарно, і для стабільної їхньої роботи опору резисторів (за законом Ома):

R _н = 4 / 0,01 = 400 (Ом),

резистор вибираємо зі стандартного набору, опором 470Ом. Перемикальний транзистор вибирається з малопотужних здатних витримати цей струм транзисторів, що мають відносно недорогу вартість, а також які мають хорошою помехозащищенностью.

Блок живлення складається з параметричного стабілізатора напруги зі стандартним набором деталей. А так як потужність споживана пристроєм не виходить за межі 40 мА, то стабілізатор повинен бути розрахований на даний струм.

1.4.2 Вибір елементної бази

Будь-який пристрій обчислювальної техніки на нижчому конструктивному рівні містить такі елементи: мікросхеми, напівпровідникові прилади, резистори, конденсатори, комутаційні елементи і так далі.

Вибір конкретних елементів для побудови проектованого пристрою проводиться після аналізу безлічі взаємопов'язаних факторів. Всю сукупність факторів, що впливають на прийняття рішення, можна розбити на групи за такими ознаками:

¾ призначення і область застосування проектованого пристрою;

¾ задані електричні характеристики, такі як робочий діапазон частот, обмеження на споживану потужність, точність і стабільність характеристик тощо;

¾ умови експлуатації: кліматичні і механічні дії, кваліфікація обслуговуючого персоналу тощо;

¾ конструктивні показники: необхідна надійність, обмеження на габаритні розміри і масу, задані теплові режими, механічна міцність і так далі;

¾ рівень розвитку і наявність елементної бази, можливості її застосування в даній конструкції;

¾ організаційно-виробничі показники: терміни, відведені на конструювання, розмір партії, серійність випуску.

Зробивши, аналіз наведених вище груп факторів з урахуванням стану сучасного світового рівня розвитку мікроелектронної та обчислювальної техніки, зробимо вибір мікросхеми та радіоелектронних елементів розроблювального пристрою. На основі вибору компонентів будемо розробляти друковану плату.

Вибір компонентів будемо виробляти із поширених на ринку радіодеталей. Всі резистори МЛТ, крім резистора для датчика струму він потрібен великий потужності і володіє підвищеною жаро-і вогнестійкістю. І тому я зупинився на виборі недорогого резистора SQP -5 W -0.1 ± 5%. Конденсатори оксидні типу К50-6. Транзистори: у блоці опорного напруги вибирається КП303А, по сток-джерельній вольтамперной характеристиці, а в блоці управління транзистор КП501А. Діоди: у блоці датчика напруги КД105Б, в блоці датчика струму КД2958А, стабілітрон в блоці живлення Д814А розрахований на напругу живлення пристрою 8 - 9В. У блоці перемикачів симистора BTA 41-600 (400 B, 40 A). Мікросхема LM 358 N чи радянський аналог КР1040УД1А.

1.4.3 Опис принципу дії

Розроблюване мною пристрій працює наступним чином:

На пристрій управління, що складається з двох компараторів, подаються два опорних напруги і два напруги з датчиків. На компаратор DA 1.2 подається опорна напруга 2В зі світлодіода, струм через який обмежується транзистором, включеним в якості стабілізатора струму. І одночасно з цим світлодіод сигналізує про роботу пристрою. І одночасно з цим напругу з датчика напруги. Як тільки напруга на генераторі починає падати, спрацьовує компаратор DA 1.2 на його виході з'являється низький рівень сигналу і спалахує світлодіод VD 18 і оптрон з'єднаний з ним, в результаті появи низького рівня блокуються оптрони U 1 і U 2 і компаратор DA 1.1, що стежить за струмом в ланцюгах споживачів, не зможе переключити свої оптрони. І пристрій перемикає споживачів на стаціонарну мережу. Резистор R 12 опором 330кОм, включено в якості позитивного зворотного зв'язку, створює петлю гістерезису порядку 2В. Цей гістерезис запобігає повторному перемикання схеми у разі, коли напруга генератора коливається поблизу порогового рівня. Зменшення цього резистора збільшує величину цієї напруги, а збільшення - зменшує.

На компаратор DA 1.1 подається опорна напруга 0.7В і напруга взяте з датчика струму. Напруга береться з резистора включеного послідовно з навантаженням і коли потужність навантаження зростає, зростає падіння напруги на резисторі і воно фіксується компаратором. Коли це напруга доходить до 0.7В, що за розрахунком відповідає максимальному току генератора в 28А, компаратор перемикається і високим рівнем відкриває транзистор VT 3 і включає діод VD 17, а одночасно з цим вимикається VD 15 і оптрон U 1. Що відкривають симистор VS 2 і закривають VS 1. Резистор R 11 опором 2МОм створює невелику петлю гістерезису.

1.4.4 Розрахунок споживаної потужності

Розрахунок споживаної потужності пристрою необхідно виробляти для вибору конкретного джерела живлення або для розрахунків енергозбереження.

Розраховуючи споживання потужності даного пристрою потрібно скласти всі ланцюги які включені паралельно джерела струму, в будь-який момент часу. У цьому пристрої це блок опорного напруги, один з трьох світлодіодів і мікросхема.

Розрахуємо споживану потужність:

P _max = (I _{VD 5} + I _{VD 6} + I _{VD 15} + I _DA) ∙ U _піт,

де I _{VD 5} - струм через діод VD 5,

I _{VD 6} - струм через діод VD 6,

I _{VD 15} - струм через діод VD 15,

I _DA - струм споживаний мікросхемою,

U _піт - напруга живлення устрояства.

Таким чином потужність споживана пристроєм становить:

P _max = (10 + 10 + 10 + 4) ∙ 8 = 272 (мВт).

З наведеного розрахунку видно, що розроблене мною пристрій має низьку споживану потужність. Дана потужність є оптимальною і відповідає пропонованим до пристрою вимогам.

2 Конструкторсько-технологічний розділ

2.1 Розробка друкованої плати

При розробці різних пристроїв радіоаматори користуються зазвичай двома способами виготовлення друкованих плат - прорізанням канавок і травленням малюнка, використовуючи стійку фарбу. Перший спосіб простий, але непридатний для виконання складних пристроїв. Другий - більш універсальний, але часом лякає радіоаматорів складністю через незнання деяких правил при проектуванні і виготовленні травлених плат.

Проектувати друковані плати найбільш зручно в масштабі 2:1 на міліметрівці або іншому матеріалі, на якому нанесена сітка з кроком 5 мм. При проектуванні в масштабі 1:1 малюнок виходить дрібним, погано читаються і тому при подальшій роботі над друкованою платою неминучі помилки. Масштаб 4:1 призводить до великих розмірах креслення і незручності в роботі.

Всі отвори під виводи деталей у друкованій плати доцільно розміщувати у вузлах сітки, що відповідає кроку 2,5 мм на реальній плати (далі по тексту вказано реальні розміри). З таким кроком розташовані висновки у більшості мікросхем в пластмасовому корпусі, у багатьох транзисторів і інших радіокомпонентів. Менша відстань між отворами слід вибирати лише в тих випадках, коли це вкрай необхідно.

В отвори з кроком 2,5 мм, що лежать на сторонах квадрата 7,5 х 7,5 мм, зручно монтувати мікросхему в круглому металлостеклянном корпусі. Для встановлення на плату мікросхеми в пластмасовому корпусі, з двома рядами жорстких висновків, в платі необхідно просвердлити два ряди отворів. Крок отворів - 2,5 мм, відстань між рядами кратно 2,5 мм. Зауважу, що мікросхеми з жорсткими висновками вимагають більшої точності розмітки і свердління отворів.

Якщо розміри друкованої плати задані, спочатку необхідно накреслити її контур і кріпильні отвори. Навколо отворів виділяють заборонену для провідників зону з радіусом, кілька перевищує половину діаметра металевих кріпильних елементів.

Далі слід приблизно розставити найбільш великі деталі - реле, перемикачі (якщо їх впаивают в друковану плату), роз'єми, великі деталі і т.д. Їх розміщення зазвичай пов'язане із загальною конструкцією пристрою, яка визначається розмірами наявного корпусу або вільного місця в ньому. Часто, особливо при розробці портативних приладів, розміри корпусу визначають за результатами розведення друкованої плати.

Цифрові мікросхеми попередньо розставляють на платі рядами з міжрядне проміжками 7,5 мм. Якщо мікросхем небагато, всі друковані провідники зазвичай вдається розмістити на одній стороні плати і обійтися невеликим числом дротяних перемичок, упаюється з боку деталей. Спроби виготовити односторонню друковану плату для більшого числа цифрових мікросхем призводять до різкого збільшення трудомісткості розводки і надмірно великій кількості перемичок. У цих випадках розумніше перейти до двосторонньої друкованої плати.

Домовимося називати ту сторону плати, де розміщені друковані провідники, стороною провідників, а зворотній - стороною деталей, навіть якщо на ній разом з деталями прокладено частину провідників. Особливим випадком є плати, у яких і провідники, і деталі розміщені на одній стороні, причому деталі припаяні до провідників без отворів.

Мікросхеми розміщують так, щоб всі з'єднання на платі були можливо коротше, а число перемичок було мінімальним. У процесі розведення провідників взаємне розміщення мікросхем потрібно міняти не раз.

Далі можна починати власне розведення. Корисно заздалегідь виміряти і записати розміри місць, які займає використовуваними елементами. Резистори МЛТ-0, 125 встановлюють поруч, дотримуючись відстань між їх осями 2,5 мм, а між отворами під висновки одного резистора - 10 мм. Так само розмічають місця для чергуються резисторів МЛТ-0, 125 і МЛТ-0, 25, або двох резисторів МЛТ-0, 25, якщо при монтажі злегка відігнути один від одного (три таких резистора поставити впритул до плати вже не вдасться).

З такими ж відстанями між висновками і осями елементів встановлюють більшість малогабаритних діодів і конденсаторів КМ-5 і КМ-6, аж до КМ-66 ємністю 2,2 мкФ; не треба розміщувати пліч-о-пліч дві "товсті" (більше 2,5 мм ) деталі, їх слід чергувати з "тонкими". Якщо необхідно, відстань між контактними майданчиками тієї чи іншої деталі збільшують щодо необхідного.

При розробці двосторонньої плати треба постаратися, щоб на стороні деталей залишилося якомога меншу кількість з'єднань. Це полегшить виправлення можливих помилок, налагодження пристрою і, якщо необхідно, його модернізацію. Під корпусами мікросхем проводять лише загальний дріт та провід живлення, але підключати їх потрібно тільки до висновків живлення мікросхем. Провідники до входів мікросхем, що підключається до мережі живлення або загального проведення, прокладають на стороні провідників, причому так, щоб їх можна було легко перерізати при налагодженні або удосконалення пристрою.

Якщо ж пристрій настільки складно, що на боці деталей доводиться прокладати і провідники сигнальних ланцюгів, подбайте про те, щоб будь-який з них був доступний для підключення до нього і перерізання.

При розробці радіоаматорських двосторонніх друкованих плат потрібно прагнути обійтися без спеціальних перемичок між сторонами плати, використовуючи для цього контактні майданчики відповідних висновків монтуються деталей; висновки в цих випадках пропаивают з обох сторін плати. На складних платах іноді зручно деякі деталі підпоювати безпосередньо до друкованих провідників.

При використанні суцільного шару фольги плати в ролі загального проведення отвори під висновки, не підключаються до цього проводу, слід раззенковать з боку деталей.

2.2 Вибір способу виготовлення друкованої плати

Застосування друкованих плат створює передумови для механізації та автоматизації процесів складання електронної апаратури, підвищує її надійність, забезпечує повторюваність параметрів монтажу.

Друкований монтаж - це нанесення на ізоляційне підставу тонких електропровідних покриттів (друкованих провідників), що виконують функції монтажних проводів для з'єднання елементів схеми.

Друковані плати служать для розміщення та закріплення елементів пристрою на одній підставі, а друкарський монтаж забезпечує зв'язок між цими елементами відповідно до принципової схемою пристрою.

Поряд з традиційним провідним монтажем друковані плати є основним етапом у підготовці пристрою до виробництва і мають ряд переваг, тобто вони дозволяють:

• Збільшити щільність монтажних з'єднань і можливість мініатюризації компонування радіоелементів і блоків всередині пристрою;

• Організувати виготовлення друкованих провідників та електрорадіоелементів в одному технологічному циклі;

• Гарантована стабільність і повторюваність електричних характеристик;

• Підвищена стійкість пристрою до кліматичних та механічних впливів;

• Провести уніфікацію конструкторських і технологічних рішень;

• Збільшити надійність;

• Організувати комплексну автоматизацію робіт з виготовлення пристрою;

За конструктивним виконанням всі друковані плати можна підрозділити на: односторонні, двосторонні, одношарові і багатошарові.

Односторонні друковані плати являють собою діелектричне підставу, на одній стороні якого виконаний друкований монтаж, а на іншій стороні розміщуються елементи пристрою.

У двосторонніх друкованих плат друкований монтаж виконаний на двох сторонах, а перехід струмопровідних ліній здійснюється металізованими контактними отворами. Таке виконання друкованої плати дозволяє забезпечити велику щільність розміщення друкованих провідників.

Багатошарові друковані плати складаються з чергуються шарів матеріалу з проводять малюнком, з'єднаних клейовими прокладками в монолітне основу шляхом пресування. Таке виконання друкованої плати дозволяє забезпечити найбільшу щільність і надійність друкованого монтажу, що в свою чергу дозволяє зменшити габаритні розміри друкованої плати.

Тепер розглянемо більш детально методику нанесення струмопровідного малюнка на підкладку друкованої плати. Існує кілька способів:

1 хімічне травлення;

2 Електрохімічне осадження;

3 Комбінований.

Найбільш поширеною з цих методів є метод хімічного травлення.

Організація процесу хімічного травлення фольгированного матеріалу здійснюється за допомогою спеціально виготовлених для цих цілей хімічних складів. Існує широка номенклатура таких реактивів, більшість з яких досить легко можна виготовити навіть у домашніх умовах. Найбільш простими способами травлення фольгированного матеріалу в процесі виготовлення друкованої плати є:

1 Ділянки фольги, які на отриманому малюнку повинні залишитися у вигляді провідників, покривають нітролаком, або клеєм БФ, підфарбованим декількома краплями чорнила. Після висихання фарби малюнок перевіряють на відповідність кресленню і при необхідності корегують його. Потім у склянці холодної води розчиняють 4 - 6 таблеток перекису водню і обережно додають 15 - 25 мл концентрованої сірчаної кислоти. Розчин виливається в скляну або керамічну ємність, у яку міститься плата. Час травлення у цьому розчині приблизно 1 годину.

2 Розчин хлорного заліза у воді: у 200 мл води розчиняють 150 г хлорного заліза в порошку. Для приготування хлорного заліза беруть 9%-ву соляну кислоту і дрібні залізні ошурки. На 25 об'ємних частин кислоти беруть одну частину ошурки. Тирса засипають у відкриту судину з кислотою і залишають на кілька днів. Через 5 - 6 днів розчин забарвиться в жовто-бурий колір, що означає готовність розчину до застосування.

3 Травлення плати в концентрованому розчині азотної кислоти займає 1 -5 хвилин, але вимагає обережності. Після травлення плату ретельно промивають водою з милом.

Існує також механічний спосіб виготовлення друкованої плати без застосування хімікатів. Даний процес здійснюється наступним чином: необхідних розмірів плату вирізують з фольгированного матеріалу, свердлять всі необхідні отвори і наносять на неї малюнок друкованого монтажу. Контури обводять гострим шилом. Фольгу там, де це необхідно знімають за допомогою різака. Для виготовлення плати середньої складності наведеним способом витрачається 1,5 - 2 години. При застосуванні цього методу незначно погіршує якість плати.

Як і для будь-якого пристрою, для виготовлення друкованої плати також існує своя методика:

-Спочатку на картатої папері викреслюється плата в натуральну величину.

-Наступним дією виготовляється копія цього креслення, на якому відмічені тільки місця, де необхідно просвердлити отвори для установки в них радіоелементів і цифрових інтегральних

мікросхем.

-Ця копія наклеюється на пластину фольгированного стеклотекстолита з боку фольги. Застосовувати для виготовлення друкованої плати гетенакс або текстоліт не рекомендується, тому що існує висока ймовірність, що при повторній пайку друковані провідники відклеяться.

-Наступним етапом є пророблення отворів для встановлення радіоелементів і мікросхем. Свердлити отвори зазвичай свердлами з діаметром від 0,5 до 1,0 мм, в залежності від елементів.

-Після вся плата з боку фольги покривається шаром нітрофарби і висушується не менше 20 хв.

-Потім проводиться ретельне обстеження друкованої плати і в місцях де фарба потрапила повз друкованих провідників виробляється її видалення за допомогою скальпеля.

-Готова плата труїться звичайним способом в розчині хлорного заліза. Однак і тут існує одна невелика хитрість, для прискорення процесу травлення друковану плату треба труїти у вертикальному положенні. При цьому продукти реакції не будуть осідати на друковану плату, і не будуть перешкоджати процесу травлення.

2.3 Компонування пристрої

Процес створення радіоелектронної апаратури включає в себе виконання всіх проектів і розрахунків у вигляді технічної, конструкторської та технологічної документації в обсязі, необхідному і достатньому для багаторазового повторення конструкції у виробництві.

У найзагальнішому вигляді вимоги до будь-якої конструкції полягають у тому, що вона повинна володіти високою якістю і надійністю функціонування, зберігаючи ці властивості при заданих зовнішніх впливах.

Конструкція повинна володіти достатньою механічною міцністю і жорсткістю.

Кожен технічний об'єкт конструювання є складною системою, що складається з різних блоків і вузлів.

Нижчою рівнем будь-якої конструкції є електрорадіоелементи: конденсатори, резистори, п / п прилади, ІМС, проводи, кабелі, комутаційні елементи. Перш ніж приступити до виготовлення друкованої плати і корпусу, потрібно зробити їх малюнок. Для цього спочатку підбирають необхідні деталі. При розташуванні електрорадіоелементів на малюнках (на друкованій платі і всередині корпусу) слід враховувати розміри ЕРЕ, враховувати при компонуванні місця для кріплення плати, місця кріплення елементів з оригінальними типорозмірами та ін Позначивши на папері деталі і висновки, проводять лінії, що з'єднують деталі, як вказано на принциповій схемі. Необхідно стежити, що б сполучні лінії не перетиналися. При цьому можна змінювати попереднє розташування деталей.

Для компонування блоків необхідно мати принципову схему пристрою, а так само габаритно-устоновочние креслення, вузлів і приладів, які входять у загальну схему.

Існують наступні методи компонування РЕА:

• аналітична компонування;

• модельна та аплікаційна компонування;

• графічна компоновка.

Аналітична компонування проводиться на початкових етапах проектування РЕА з метою отримання узагальнених характеристик конструктивних параметрів виробу.

Модельної та аплікаційної компонування засновані на використанні об'ємних і плоских моделей ЕРЕ, виготовлених з картону і пінопласту. Дані методи широко застосовують при проектуванні друкованих плат і розташування всіх деталей усередині корпусу. За допомогою модельної та аплікаційної компонування знаходять оптимальне взаємне розташування деталей, на підставі якого роблять складальне креслення.

Графічну компонування виконують на аркуші паперу, викреслюючи контуру компонуемих деталей. Графічну компонування рекомендується виконувати після модельної та аплікаційної компонування. Після цього приступаємо до виготовлення друкованої плати. А коли готова друкована плата - виготовляється корпус.

2.4 Пошук і усунення несправностей

Процедура пошуку та усунення несправностей тлумачиться просто як ремонт відмовив пристрою. Спеціаліст, зайнятий пошуком і усуненням несправностей, крім усього іншого, повинен вміти оцінювати якість функціонування радіоелектронної апаратури шляхом зіставлення своїх теоретичних знань з реальною поведінкою пристрою. Така оцінка повинна проводитися до і після ремонту несправного пристрою.

Рівень складності більшості сучасних електронних систем такий, що особи, відповідальні за підтримання їх у справному стані, повинні пройти спеціальну підготовку.

Будь-яке радіоелектронне пристрій має обмеженою надійністю і строком служби. У зв'язку з цим виникає гостра необхідність в технічному обслуговуванні та ремонті. Для скорочення часу на пошук несправності та збільшення ефективності ремонту необхідна наявність сучасних технічних засобів (стендова апаратура та контрольно-вимірювальні прилади).

Існують добре перевірені методи та етапи пошуку несправностей. Першим кроком є ретельний зовнішній огляд апаратури. Перевіряється, чи немає згорілих запобіжників, зруйнованих або втратили первісний колір компонентів, обривів, пошкоджених ділянок плат, трансформаторів із запахом гару, перегрітих деталей, витеклих електролітичних конденсаторів. Іншими словами звертається увага на будь-яке відхилення від норми. Потім триває пошук несправностей приблизно в наступній послідовності:

- Вивчення електронного пристрою;

- Заміри напруги живлення;

- Метод від кінця до початку;

- Послідовне поділ схеми;

- Розмикання ланцюга зворотного зв'язку;

- Логічне розділення системи;

- Порівняння з відомими правильними результатами;

- Застосування діагностичних систем.

Одним з етапів пропонованого підходу до аналізу несправностей полягає у виявленні ознак несправності. Ознака несправності - це деякий симптом, або покажчик, що свідчить про порушення нормального функціонування радіоелектронного пристрою. Завдання виявлення ознаки полягає в розпізнаванні цього симптому при його появі. Оскільки ознака несправності - свідчення того, що в роботі пристрою відбулися небажані зміни, необхідно мати деякі показники його нормального функціонування, службовці як еталон. Порівнюючи показники поточного та нормального функціонування, можна виявити ознака несправності і прийняти рішення про те, що він собою представляє. На наступному етапі за допомогою органів управління і індикаторів пристрої збирається як можна більше інформації про характеристику несправності. Далі, виходячи із зібраної інформації та принципів роботи схеми, визначаються потенційно несправні функціональні вузли. На наступному етапі виконуються реальні перевірки пристрою за допомогою контрольно-вимірювальних приладів, в результаті яких визначається частина схеми, що містить несправність. На останньому етапі процедури пошуку несправності для виявлення місцезнаходження несправного компоненту необхідно перевірити певні гілки несправної схеми. Після цього можна приступати до ремонту.

Системний підхід до пошуку та усунення несправностей в радіоелектронній апаратурі дозволить істотно скоротити час простою апаратури і вартість ремонту в порівнянні з безсистемними методами технічного обслуговування і ремонту. Іншим не менш важливим перевагою такого підходу є можливість постійної підтримки радіоелектронної апаратури в працездатному стані, при якому її робочі характеристики відповідають паспортним даним.

Несправність системи, що розробляється перемикача може виникнути в результаті:

1. Несправностей ІС, які можуть виникати через:

- Пошкодження корпусу і висновків;

- Зміни ВАХ окремих ланцюгів на зовнішніх затискачах;

- Неправильності монтажу;

- Пошкодження мікроскопічної структури.

2. Відмов активних елементів;

Відмови металізації виникають найчастіше під впливом струмів підвищеної щільності, високих температур, а також у результаті тривалих температурних і електричних навантажень.

Розрізняють такі основні види відмов металізації:

- Обриви металізації в результаті електродіффузіі металу та вигоряння місць підвищеної щільності струму, що утворюються в місцях стоншення металевої плівки при переходах через сходинки оксиду.

- Обриви і КЗ, викликані електролітичної та хімічної корозією алюмінію при неякісному захисному покритті та забрудненні поверхні кристала.

- КЗ металізації через отвори в оксиді або в результаті утворення "містків" між струмоведучими доріжками у процесі електролітичної корозії.

3. Відмов контактних з'єднань:

- Неякісне з'єднання є одним з основних джерел відмов ІС і становить більше 50% всіх відмов.

4. Обривів, які найчастіше відбуваються з двох причин:

- В результаті зсувних зусиль у місцях контакту виникають при коливанні температури;

- З-за перетискання м'якого виведення поблизу контакту в процесі термокомпрессіі.

Таблиця 1 - Пошук і усунення несправностей

3 Економічний розділ

Розрахунок собівартості і відпускної ціни

проектованого пристрою

1. Розрахунок витрат на сировину і матеріали.

См = S Н i * Ц i,

де См-вартість сировини і матеріалів, руб.;

Н i - норма витрати i-го матеріалу, в натуральних показниках;

Ц i - ціна за одиницю виміру i-го матеріалу, грн.

Результати розрахунків оформляються у таблиці 1

Таблиця1