Конструирование и технология изготовления звукового сигнализатора отключения сетевого напряжения

Во многих регионах нашей страны качество электроснабжения сегодня оставляет желать лучшего. Напряжение бытовой сети переменного тока не только «плавает» от 160 до 260 В., но и имеет частые короткие всплески и провалы, приводящие к сбоям в работе электроприборов. А неожиданные отключения сетевого напряжения стали главной российской бедой.

Главное в такой ситуации – вовремя узнать об отключении и принять меры – перейти на резервное питание, если есть возможность. Это легко сделать в вечернее время, когда об отсутствии напряжения сигнализируют погасшие светильники. Днем или поздней ночью никаких явных признаков отключения нет и его можно не заметить.

Поэтому важно не упустить момент, когда в сети пропало напряжение. Поможет в этом звуковойсигнализатор отключения сетевого напряжения. Прибор подает сигнал сразу, как только сетевое напряжение исчезло.

В настоящее время существует большое количество как отечественных, так и зарубежных аналогов данного устройства. В данном курсовом проекте разрабатывается звуковойсигнализатор отключения сетевого напряжения, чьи особенности состоят в следующем:

▬ прибор не содержит гальванических элементов или аккумуляторов;

▬ может подавать сигналы в течение длительного времени

Для повышения конкурентоспособности данного изделия возникает необходимость в повышении технологичности, снижении себестоимости, а так же уменьшении габаритных размеров.

Учитывая серийный тип производства, с точки зрения экономичности, основная часть элементарной базы устройства следует представить в DIP-исполнении, что позволит использовать для регулировки и настройки прибора достаточно простое оборудование и увеличить ремонтопригодность изделия.

Использование современных комплектующих позволяет повысить надежность, снизить габариты и массу разрабатываемого устройства.

В данном курсовом проекте выполняется следующее:

1. Выбор элементной базы и технологии изготовления, сборки и монтажа.

2. Расчет конструкции печатной платы и компоновки печатного узла.

3. Расчёт конструкции генератора на технологичность и разрабатывается технологическая схема сборки печатного узла блока.

4. Производятся расчёты теплового режима конструкции, вибропрочности, надёжности.

5. Проектирование конструкции технологической оснастки.

В приложении приводится разработанная конструкторская документация на изделие, чертежи печатных плат, электрической схемы, описание технологического процесса сборки печатного узла.

1. Краткое описание принципиальной схемы и назначения устройства

Разрабатываемое в данном курсовом проекте устройство предназначено для подачи акустических сигналов с определенной частотой сразу же после пропажи напряжения в сети.

Принципиальная схема сигнализатора приведена в приложении.

При наличии сетевого напряжения его выпрямляет диод VD1. Текущим через светодиод HL1 и резистор R1 током со средним значением около 1 мА конденсатор СЗ заряжается до напряжения, ограниченного стабилитроном VD2 (приблизительно 13 В). Светодиод HL1 сигнализирует о наличии напряжения в сети, светясь как во время зарядки конденсатора, так и по ее окончании – ток продолжает течь через открывшийся стабилитрон VD2.

Одновременно с конденсатором СЗ заряжается и конденсатор С1. Как только напряжение на нем достигнет порогового значения, транзистор VT1 откроется, шунтируя эмиттерный переход транзистора VT3 и удерживая последний в закрытом состоянии. Благодаря этому звукоизлучатель НА1 (со встроенным генератором ЗЧ) и генератор импульсов на транзисторах VT2 и VT3 при наличии напряжения в сети не работают.

Если сетевое напряжение исчезнет, конденсатор С1 быстро разрядится, транзистор VT1 закроется и генератор импульсов начнет работать. Пока идет зарядка конденсатора С2 через эмиттерный переход транзистора VT2, транзисторы VT2 и VT3 открыты и на звукоизлучатель НА1 поступает напряжение – подается звуковой сигнал. Через доли секунды зарядка конденсатора С2 закончится, транзисторы VT2, VT3 закроются и начнется перезарядка этого конденсатора. Звукового сигнала в это время нет. Через несколько секунд, когда напряжение, на конденсаторе С2 станет достаточным для открывания транзистора VT2, процесс зарядки конденсатора с подачей звукового сигнала повторится.

Короткие акустические сигналы, подаваемые с интервалом в несколько секунд, более заметны по сравнению с длительным непрерывным сигналом. Их подача продолжается до исчерпания энергии, запасенной в конденсаторе СЗ. Конечно, по мере разрядки конденсатора громкость сигналов снижается.

Благодаря импульсному режиму запасенной конденсатором СЗ энергии хватает на несколько десятков минут. Следует отметить, что это время зависит как от емкости конденсатора, так и от его качества, а также от тока утечки стабилитрона VD2. В авторском варианте оно достигало 70 мин.

Детали сигнализатора размещают на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Плату помещают в корпус из изоляционного материала, снабженный сетевой вилкой. Напротив светодиода и звукоизлучателя в корпусе сверлят отверстия. Все транзисторы можно заменять другими маломощными кремниевыми той же структуры. Подбирая замену диоду КД102Б, следует обратить внимание на его допустимое обратное напряжение, которое должно быть не менее 300 В.

Вместо двуханодного стабилитрона КС213В можно применить обычный на 11…13 В, например Д814Д, подключив его анодом к минусовому выводу конденсатора СЗ. Светодиод подойдет любой малогабаритный повышенной яркости свечения.

Проверку собранного сигнализатора следует проводить, не соединяя его с сетью. Источник постоянного напряжения 9… 10 В временно подключают непосредственно к конденсатору СЗ, соблюдая полярность. Сигнализатор начинает подачу звуковых сигналов. При соединении перемычкой выводов светодиода сигналы должны прекращаться, поскольку открывается транзистор VT1. Если сигналов нет, следует проверить правильность монтажа, а не найдя ошибок, временно соединить между собой выводы конденсатора С1. Если в результате этого сигналы появятся последовательно со светодиодом HL1, необходимо включить диод, аналогичный VD1 (катодом к эмиттеру транзистора VT2).

Длительность сигналов зависит от сопротивления резистора R6, период их повторения – от сопротивления резистора R7, причем оба эти параметра зависят и от емкости конденсатора С2 Изменением номиналов этих элементов можно подобрать требуемые значения длительности сигналов и пауз. Чем меньше их отношение, тем дольше продолжится сигнализация об отсутствии сетевого напряжения.

Сигнализатор должен быть конструктивно законченным изделием, соответствующим следующим эксплуатационным требованиям:

- температура окружающей среды от плюс 1 до плюс 40 °С;

- атмосферное давление (84–107) кПа, (630–800) мм рт. ст.;

- относительная влажность воздуха (45–80)%;

- вибрационные нагрузки, соответствующие лабораторным условиям

эксплуатации.

– Электропитание должно осуществляться от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

Требования по надежности: средняя наработка на отказ не менее 5000 часов.

С целью снижения затрат времени и средств на разработку устройства, технологическую подготовку производства, изготовление, эксплуатацию и ремонт, генератор должен соответствовать требованиям технологичности.

2. Конструирование устройства

В настоящее время возрастает сложность РЭА, перед конструкторами встают новые задачи. Именно от конструкции РЭА в значительной степени зависит качество и эффективность использования аппаратуры, ее надежность и функциональные возможности, стоимость производства и эксплуатации.

Конструирование – это процесс выбора и отражения в технических документах структуры, размеров и формы, материалов и внутренних связей проектируемого устройства.

Конструирование РЭА зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: функциональное назначение аппаратуры, объект установки, условия эксплуатации, эксплуатационные требования, производственно-технологические требования, экономические показатели.

2.1. Выбор элементной базы и технологии изготовления, сборки и монтажа

2.1.1 Выбор электрорадиоэлементов

При анализе принципиальной электрической схемы весь перечень элементов можно разбить на две группы:

1. Элементы, жестко регламентированные схемой (указаны их уникальные индексы). Такие как, транзисторы КТ361Б, КТ315Б; диод КД102Б; светодиод L-934SRC-E; звукоизлучатель HPM14AX и стабилитрон КС213В.

2. Элементы, регламентированные по основному параметру (указано соответствующее номинальное значение этой величины). Предоставляется возможность самому подобрать тип данного элемента.

Таким образом, при выборе элементной базы будем придерживаться того, что:

1. Компоненты должны обладать указанными в схеме характеристиками;

2. Номенклатура используемых типов корпусов должна быть по возможности сужена для повышения технологичности конструкции печатного узла.

Необходимо применять в первую очередь стандартные и унифицированные элементы, а также другие изделия массового или серийного производства. Стандартные элементы выбираются по данным официальных справочников.

Выбор ЭРЭ производится путем сопоставления технических условий на них с условиями применения элементов в изделии. При выборе элементов следует придерживаться предельных значений параметров окружающей среды.

При предельных температурах не должны происходить необратимые изменения параметров элементов, а также сами материалы ЭРЭ не должны разрушаться. Выбор ЭРЭ зависит также от принятого вида монтажа.

Кроме того, тенденция развития современного приборостроения в России показывает, что как в новых разработках, так и в серийном производстве все шире используются электронные компоненты (электрорадиоизделия и детали аппаратуры) зарубежных производителей. Объективными причинами такого явления послужили резкое сокращение объемов выпуска отечественных ЭРЭ, практическая остановка большинства их производителей, а также отсутствие в последние годы новых разработок элементной базы. Все это на фоне бурного прогресса мировой электронной индустрии привело к отставанию отечественных ЭРЭ от зарубежных на 10–15 лет как по техническому уровню, так и по технико-экономическим показателям. В результате ряд групп современных электрорадиоизделий отечественной промышленностью практически не выпускаются, а те ЭРЭ, что выпускаются, порой значительно дороже зарубежных аналогов. Так, например, зарубежные конденсаторы с оксидным диэлектриком примерно втрое дешевле отечественных аналогов при выигрыше в массогабаритных параметрах.

Все вышеизложенное, а также фактическое разрешение с ноября 1997 г. импортной комплектации отечественной аппаратуры специального назначения, дали серьезный импульс отечественным предприятиям на использование импортных ЭРЭ.

С учетом всего вышесказанного и руководствуясь схемой электрической принципиальной выберем следующие ЭРЭ:

1. В качестве постоянных резисторов выберем резисторы с корпусом

С1–4 (R2, R3, R4, R5, R6, R7).