Меню

Современные блоки питания реферат



Компьютерный блок питания

Введение

Компьютерный блок питания — вторичный источник электропитания (блок питания, БП), предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, а также преобразования сетевого напряжения до заданных значений.

В некоторой степени блок питания также:

  • выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения;
  • будучи снабжён вентилятором, участвует в охлаждении компонентов внутри системного блока персонального компьютера.

Мощность, отдаваемая в нагрузку существующими БП, в значительной степени зависит от сложности компьютерной системы и варьируется в пределах от 50 (встраиваемые платформы малых форм-факторов) до 1 800 Вт (большинство высокопроизводительных рабочих станций, серверов начального уровня или геймерских машин). В случае построения кластера, расчёт необходимого количества подводимой энергии учитывает потребляемую кластером мощность, мощность систем охлаждения и вентиляции, КПД которых в свою очередь отличный от единицы. По данным компании APC by Schneider Electric, на каждый Ватт потребляемой серверами мощности, требуется обеспечение 1,06 Ватта систем охлаждения. Особую важность грамотный рассчёт имеет при создании ЦОД с резервированием по формуле N+1.

1. Компьютерный блок питания для настольного компьютера PC, персонального или игрового

БП должен обеспечивать выходные напряжения ±5, ±12, +3,3 Вольт, а также +5 и +3,3 Вольта дежурного режима (англ. standby ).

  • Питание уровня 5 Вольт (и ниже) востребовано большинством микросхем, совместно с 12 Вольт (с целью достижения меньшего падения напряжения на подводящих проводах) используется для питания более мощных потребителей — (процессора, видеокарты, жёстких дисков, оптических приводов, вентиляторов), а также внешних плат, таких как звуковая или видеокарта.
  • Потенциал -5 В используются только интерфейсом ISA и из-за фактического отсутствия этого интерфейса на современных материнских платах провод -5 В в новых блоках питания должен отсутствовать.
  • Потенциал −12 В необходим для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232, поэтому также часто отсутствует.

В большинстве случаев используется импульсный блок питания.

Из появившихся тенденций — построение для персонального компьютера модульного БП, например Cooler Master Silent Pro Gold 600W [1] .

1.1. Внутреннее устройство

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

  • Входного фильтра, призванного предотвращать распространение импульсных помех в питающей сети и защищающего сам блок питания от сетевых помех
  • Входного выпрямителя, преобразующего переменное напряжение в постоянное пульсирующее
  • Фильтра, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения
  • Прерывателя (обычно мощного транзистора, работающего в ключевом режиме)
  • Цепей управления прерывателем (генератора импульсов, широтно-импульсного модулятора)
  • Импульсного трансформатора, который служит накопителем энергии импульсного преобразователя, формирования нескольких номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга)
  • Выходного выпрямителя
  • Выходных фильтров, сглаживающих высокочастотные пульсации и импульсные помехи.
  • Цепи обратной связи, которая поддерживает стабильное напряжение на выходе блока питания.

Достоинства такого блока питания:

  • Можно достичь высокого коэффициента стабилизации
  • Высокий КПД. Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние.
  • Малые габариты и масса, обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе, так и меньшими габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на более высокой частоте.
  • Меньшая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность
  • Возможность включения в сети широкого диапазона напряжений и частот, или даже постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит и её удешевление при массовом производстве.

1.2. Стандарты

1.2.1. Устаревший (AT)

В блоках питания компьютера AT выключатель питания находится в силовой цепи и обычно выводится на переднюю панель корпуса отдельными проводами, питание дежурного режима с соответствующими цепями отсутствует в принципе. Однако почти все материнские платы стандарта АТ+ATX имели выход управления блоком питания, а блоки питания, в то же время, вход, позволяющий материнской плате стандарта АТ управлять им (включать и выключать). Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным является подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы. Цоколёвка AT-разъёма на материнской плате следующая:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
PG пустой +12V -12V общий общий общий общий -5V +5V +5V +5V

1.2.2. Современный (ATX)

Выход Допуск Минимум Номинальное Максимум Единица измерения
+12V1DC [2] ±5% +11.40 +12.00 +12.60 Вольт
+12V2DC [3] ±5% +11.40 +12.00 +12.60 Вольт
+5 VDC ±5% +4.75 +5.00 +5.25 Вольт
+3.3 VDC [4] ±5% +3.14 +3.30 +3.47 Вольт
-12 VDC ±10% -10.80 -12.00 -13.20 Вольт
+5 VSB ±5% +4.75 +5.00 +5.25 Вольт

Повышены требования к +5VВС — теперь БП должен отдавать ток не менее 12 А (+3.3 VDC — 16,7 А соответственно, но при этом совокупная мощность не должная превысить 61 Вт) для типовой системы потребления мощностью 160 Вт. Выявился перекос выходной мощности: раньше основным был канал +5 В, теперь были продиктованы требования по минимальному току +12 В. Требования были обусловлены дальнейшим ростом мощности комплектующих (в основном, видеокарты), чьи требования не могли быть удовлетворены линиями +5 В из-за очень больших токов в этой линии.

Источник

Импульсные блоки питания

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 21 Ноября 2012 в 09:27, реферат

Краткое описание

В данной работе мы рассмотрим один из самых распространенных в наше время блоков питания – импульсный, принцип его работы, преимущества и недостатки, сравним с трансформаторным блоком питания.

Содержание
Вложенные файлы: 1 файл

Блоки питания.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт физики высоких технологий

Тема: «Импульсные блоки питания»

студент группы __________________

  1. Импульсные блоки питания. Основные принципы работы…………..4-5
  2. ШИМ контроллер…………………………………………………… …….6
  3. Цепи слежения………………………………………………………… …..7
  4. Короткое замыкание ………………………………………………………8
  5. Сравнение ИБП и ТБП…………………………………………………9-10
  6. Применение…………………………………………………… ……. 11-12

Список использованной литературы…………………………………………..14

Для работы большинства электронных устройств необходимо наличие одного или нескольких блоков питания (БП) постоянного тока. БП является важным узлом схемы устройства, в котором из переменного напряжения питающей сети образуются все необходимые для его работы постоянные напряжения. В подавляющем большинстве устройств используются импульсные схемы БП из-за их высоких энергетических показателей и стабильности.

Основной функцией источника электропитания является обеспечение стабильного заданного выходного напряжения при изменении в широких пределах входного напряжения, выходного тока и рабочей температуры. Степень, с которой источник электропитания обеспечивает стабильность выходного напряжения в вышеприведенных условиях, является основным показателем качества источника.

В наше время к источникам питания предъявляются разнообразные и подчас противоречивые требования, в зависимости от которых подбирают подходящий БП из существующих или создают новый.

В данной работе мы рассмотрим один из самых распространенных в наше время блоков питания – импульсный, принцип его работы, преимущества и недостатки, сравним с трансформаторным блоком питания.

    1. Импульсные блоки питания. Основные принципы работы
Читайте также:  Блок питания сервер hp proliant dl380 g5

Основной принцип, положенный в основу работы ИБП заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения (50 Гц) в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.

Преобразование осуществляется с помощью мощного транзистора, работающего в режиме ключа и импульсного трансформатора, вместе образующих схему высокочастотного преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта преобразователей: первый – выполняется по схеме импульсного автогенератора и второй – с внешним управлением.

Поскольку частота преобразователя обычно выбирается от 18 до 50 кГц, то размеры импульсного трансформатора, а, следовательно, и всего блока питания достаточно компактны, что является немаловажным параметром для современной аппаратуры.

Упрощенная схема импульсного преобразователя с внешним управлением приведена на рисунке 1.

Преобразователь выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ), где оно выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра Сф и через обмотку W1 трансформатора Т1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче в цепь базы транзистора прямоугольного импульса, транзистор открывается и через него протекает нарастающий ток Iк. Этот же ток будет протекать и через обмотку W1 трансформатора Т1, что приведет к тому, что в сердечнике трансформатора увеличивается магнитный поток, при этом во вторичной обмотке W2 трансформатора наводится ЭДС самоиндукции. В конечном итоге на выходе диода VD появиться положительное напряжение. При этом если мы будем увеличивать длительность импульса приложенного к базе транзистора VT1, во вторичной цепи будет увеличиваться напряжение, так как энергии будет отдаваться больше, а если уменьшать длительность, соответственно напряжение будет уменьшаться. Таким образом, изменяя длительность импульса в цепи базы транзистора, мы можем изменять выходные напряжения вторичной обмотки Т1, а следовательно осуществлять стабилизацию выходных напряжений БП. Единственное что для этого необходимо — схема, которая будет формировать импульсы запуска и управлять их длительность (широтой). В качестве такой схемы используется ШИМ контроллер.

ШИМ – широтно – импульсная модуляция. В состав ШИМ контроллера входит задающий генератор импульсов (определяющий частоту работы преобразователя), схемы защиты, контроля и логическая схема, которая и управляет длительностью импульса.

Для стабилизации выходных напряжений ИБП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этих целей используется цепь слежения (или цепь обратной связи), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Что в свою очередь, приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R2, который включен последовательно фототранзистору и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМ контроллера. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, входящую в состав ШИМ контроллера, увеличивать длительность импульса до тех пор, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. При уменьшении напряжения – процесс обратный.

В ИБП используются два принципа реализации цепей слежения – «непосредственный» и «косвенный».

Выше описанный метод называется «непосредственный», так как напряжение обратной связи снимается непосредственно с вторичного выпрямителя.

При «косвенном» слежении напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки импульсного трансформатора (рисунок 2).

    1. Короткое замыкание

КЗ в нагрузке ИБП. В этом случае вся энергия, отдаваемая во вторичную цепь ИБП, будет теряться и напряжение на выходе будет практически равно нулю. Соответственно схема ШИМ контроллера будет пытаться увеличить длительность импульса для того, что бы поднять уровень этого напряжения до соответствующего значения. В итоге транзистор VT1 будет все дольше и дольше находиться в открытом состоянии, и через него будет увеличиваться протекающий ток. В конце концов, это приведет к выходу из строя этого транзистора.

В ИБП предусмотрена защита транзистора преобразователя от перегрузок по току в таких нештатных ситуациях. Основу ее составляет резистор Rзащ, включенный последовательно в цепь, по которой протекает ток коллектора Iк. Увеличение тока Iк протекающего через транзистор VT1, приведет к увеличению падения напряжения на этом резисторе, а, следовательно, напряжение, подаваемое на вывод 2 ШИМ контроллера также будет уменьшаться. Когда это напряжение снизится до определенного уровня, который соответствует максимально допустимому току транзистора, логическая схема ШИМ контроллера прекратит формирование импульсов на выводе 3 и блок питания перейдет в режим защиты или другими словами отключится.

    1. Сравнение ИБП и ТБП

Для сравнения вкратце рассмотрим трансформаторный блок питания.

Трансформаторный источник питания в общем случае состоит из понижающего трансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем для преобразования переменного напряжения в постоянное (пульсирующее однонаправленное) устанавливается выпрямитель. В большинстве случаев выпрямитель состоит четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий пульсации напряжения. Обычно это просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

В сравнении с ТБП ИБП имеет ряд преимуществ:

  • Небольшие вес и габариты (частота импульсного преобразователя достаточно высока);
  • высокий КПД (вплоть до 90-98%. Это обусловлено тем, что ИБП потребляет энергию электрической сети только во время открытого транзистора преобразователя, при его закрытии энергия в нагрузку отдается за счет разряда конденсатора фильтра вторичной цепи);
  • меньшая стоимость (меньше расход металла на магнитопровод и меди на обмотки, даже не смотря на то, что количество деталей в ИБП увеличивается.);
  • широкий диапазон питающего напряжения и частоты;
  • наличие в большинстве современных блоках питания встроенных цепей защиты от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

В свою очередь существуют и недостатки:

  • работа основной части схемы без гальванической развязки от сети;
  • усложнение схемы;
  • все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы (Транзистор преобразователя работает в ключевом режиме. В таком режиме транзистор является источником импульсных помех, возникающих в моменты переходных процессов транзистора.);
  • в распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём.

Всё электрическое оборудование и приборы рассчитаны на работу в сети, удовлетворяющей требованиям определенного стандарта, вследствие чего любой производитель проектирует оборудование, исходя из этих требований. Параметры электрической сети не являются стабильными по целому ряду объективных и субъективных причин, а иногда проблемы с электропитанием возникают непосредственно на вашем участке электросети. Искажения по-разному влияют на работу электроприборов и даже могут вывести оборудование из строя. Поскольку современное электронное оборудование достаточно дорого (и наиболее подвержено губительному воздействию помех по входному напряжению), возникает необходимость защитить это оборудование от подобного рода воздействий.

Использование стабилизаторов напряжения или ИБП позволяет повысить вероятность безотказной работы и создает условия для увеличения срока эксплуатации сложного и дорогостоящего оборудования.

Читайте также:  Лабораторный блок питания переменного тока

При решении вопроса об использовании, или не использовании ИБП, необходимо учитывать, что нестабильное, завышенное или заниженное напряжение электросети и другие помехи, как правило, приводит к выходу из строя или ненормальной работе источника питания какого-либо устройства или прибора, что в свою очередь наносит максимальный ущерб устройству или аппарату в целом, где находится данный источник питания.

Необходимость использования стабилизаторов напряжения или ИБП также обусловлена некоторыми экономическими причинами:

  • суммарные потери из-за утраты информации и понижения производительности в компьютерных системах банков, страховых компаниях, проектных и исследовательских фирмах из-за нестабильного электропитания могут многократно превышать стоимость используемого оборудования;
  • к затратам на ремонт оборудования и аппаратуры добавляются иногда значительные финансовые потери вызванные простоем оборудования, невыполнением условий договоров и контрактов и т.п.;
  • затраты на ремонт значительны для оборудования, аппаратуры и приборов, вышедших из строя по причине нестабильного напряжения в электросети;
  • в ряде случаев потребитель несёт значительные финансовые затраты, так как оборудование и аппаратура не подлежит ремонту и соответственно дальнейшей эксплуатации;
  • большую проблему может составить поиск соответствующего сервис центра для ремонта и настройки дорогостоящего оборудования и аппаратуры, а затраты на ремонт и настройку, как правило, значительны.

Источник

Блок питания

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Марта 2013 в 09:01, реферат

Описание работы

Основная функция БП заключается в том, чтобы преобразовать электрическую энергию, доступную из розетки на стене, в ту форму, которую используют компоненты компьютера. Блок питания в стандартном настольном ПК разработан таким образом, чтобы преобразовать любое переменное напряжение 127 В/50 Гц или 240 В/50 Гц в постоянный ток напряжением +3,3 В, +5 В и + 12 В. Некоторые блоки имеют тумблер переключения входящего напряжения (127/240 В), другие же его определяют автоматически.

Содержание работы

Введение
Назначение БП
Линии питания
Регулятор напряжения
Устройство
Стандарты

Файлы: 1 файл

бп.docx

Компьютерный блок питания — предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока, путём преобразования сетевого напряжения до требуемых значений.

Основная функция БП заключаетс я в том, чтобы преобразовать электрическую энергию, доступную из розетки на стене, в ту форму, которую используют компоненты компьютера. Блок питания в стандартном настольном ПК разработан таким образом, чтобы преобразовать любое переменное напряжение 127 В/50 Гц или 240 В/50 Гц в постоянный ток напряжением +3,3 В, +5 В и + 12 В. Некоторые блоки имеют тумблер переключения входящего напряжения (127/240 В), другие же его определяют автоматически.

Блок питания стандартно обеспечивает линии +3.3 В, +5 В и +12 В. Данные напряжения часто называют линиями или шинами питания. Это отсылает нас к тому факту, что хотя в стандартном ПК есть много проводов, которые несут определённые напряжения к тому или иному компоненту, они все привязаны к одной из линий, предоставляемых БП. Множество проводов используется по той причине, что, если бы весь поток поступал по единственному проводу, потребовался бы слишком толстый провод, и точно так же слишком толстыми должны были быть, в таком случае, проводники на материнской плате, чтобы справиться с такой нагрузкой. Вместо этого дешевле и эффективнее распределить нагрузку между несколькими более тонкими проводами, идущими от БП к различным компьютерным компонентам.

Электронные компоненты и цепи в системе (материнская плата, карты расширения, электронные компоненты дисковых накопителей) стандартно используют линии +3.3 В или +5 В, а приводы (жёстких дисков и любых вентиляторов) используют линию +12 В. Кроме того, стабилизаторы напряжения на материнской плате и других компонентах преобразуют стандартные напряжения в специфические для той нагрузки, которую они обслуживают (например, стабилизатор питания процессора). В следующей таблице мы приводим список компьютерных компонентов в соответствии с линией питания, к которой они обычно подключены:
+3.3 В: Чипсеты, некоторые модули памяти, карты PCI/AGP/PCI-E, различные контроллеры, +5 В: Дисковые накопители, электроприводы низкого напряжения, SIMMs, карты PCI/AGP/ISA, стабилизаторы напряжения, +12 В: Приводы, стабилизаторы с высоким напряжением, карты AGP/PCI-E

Блок питания должен выдавать хороший, стабильный постоянный ток таким образом, чтобы система могла правильно функционировать. Компоненты, работающие от напряжений, которые отличаются от номинальных, должны питаться не напрямую от той или иной линии питания, а посредством регуляторов напряжения, которые используют линии 5 В или 12 В, и преобразуют их в ток с более низким напряжением, который требуется тому или иному компоненту. Например, старая память типов DDR и RIMM требует напряжения 2,5 В, в то время, как модули DDR2 и DDR3 требуют напряжения 1,8 В и 1,5 В. Карты устаревшего стандарта AGP требуют напряжения 1,5 В, а нынешний стандарт PCI-E использует напряжение всего 0,8 В — все подобные компоненты питаются от собственных стабилизаторов, расположенных на материнской плате. Процессоры также требуют различных напряжений (столь низких, как 1,3 В или меньше), которые обеспечивает сложный модуль регулирования напряжения (VRM — Voltage Regulator Module), который либо встроен, либо подключается к материнской плате. Таким образом, вы можете найти три или более различных цепи стабилизации напряжения на современной материнской плате.

Входной фильтр, предотвращающий распространение импульсных помех в питающую сеть [1] . Также, входной фильтр уменьшает бросок тока заряда электролитических конденсаторов при включении БП в сеть (это может привести к повреждению входного выпрямительного моста).

В качественных моделях — пассивный (в дешёвых) либо активный корректор мощности (PFC) снижающий нагрузку напитающую сеть.

Входной выпрямительный мост, преобразующий переменное напряжение в постоянное пульсирующее.

Конденсаторный фильтр, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.

Отдельный маломощный блок питания, выдающий +5 В дежурного режима мат. платы и +12 В для питания микросхемы преобразователя самого ИБП.

Полумостовой преобразователь н а двух биполярных транзисторах

Схема управления преобразователем и защиты компьютера от превышения/снижения питающих напряжений, обычно на специализированной микросхеме (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 и пр.).

Импульсный высокочастотный трансформатор, который служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.

Цепи обратной связи, которая поддерживает стабильное напряжение на выходе блока питания.

Формирователь напряжения PG (Power Good, «напряжение в норме»), обычно на отдельном ОУ.

Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5 и 12 В) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора, с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь, при большом потребляемом токе, в качестве выпрямителей используют диоды Шоттки, обладающие малым прямым падением напряжения.

Дроссель выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция — перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так, если по какому-либо каналу увеличится потребляемый ток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизации как трансформатор снизит напряжение по другим цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение выходных цепей, увеличит общую подачу энергии, и восстановит требуемые значения напряжений.

Читайте также:  Блок питания super flower leadex silver 650w atx silver

Выходные фильтрующие конденсаторы. Выходные конденсаторы, вместе с дросселем групповой стабилизации интегрирует импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые значительно ниже напряжений с выхода трансформатора

Один (на одну линию) или несколько (на несколько линий, обычно +5 и +3,3) нагрузочных резисторов 10-25 Ом, для обеспечения безопасной работы на холостом ходу.

Источник

Реферат: Универсальный блок питания

1 Расчетно-теоретическая часть

1.1 Разработка схемы электрической структурной 5

1.2 Выбор элементной базы 6

1.3 Разработка схемы электрической принципиальной 7

1.4 Расчёт усилителя с электронным ключом 8

1.5 Расчет источника питания 12

1.6 Расчет надежности

2 Конструкторско-технологическая часть 21

2.1 Описание конструкции универсального

регулятора уровня воды. 21

2.2 Виды и объем работ по техническому обслуживанию 22

2.3 Методы поиска неисправностей и ремонт универсального

регулятора уровня воды 28

2.4 Разработка руководства по эксплуатации 31

3 Экономическая часть 33

3.1 Расчет себестоимости 33

3.2 Ценообразование, планирование прибыли. 40

4 Мероприятия по технике безопасности и противопожарной

безопасности при проведении технического обслуживания и ремонта 42

4.1 Мероприятия по технике безопасности 42

4.2 Мероприятия по противопожарной безопасности 44

5 Мероприятия по экологической защите окружающей среды 46

Список использованных источников 49

Приложение A — Руководство по эксплуатации БКДП.022005.000РЭ

В современном понимании регулятор — это устройство, осуществляющее взаимосвязь между положением органа управления и текущим состоянием объекта управления. Первый регулятор изобрел в египетской Александрии грек Хсибиос примерно в третьем веке до н.э. Это был поплавковый регулятор уровня для водяных часов. Водяные часы были известны еще Вавилонянам в 14 в. до н.э. и представляли из себя сосуд с мерными делениями, из которого вытекала или капала вода, но при этом скорость истечения жидкости изменялась по мере уменьшения столба воды в сосуде. Хсибиос предложил настолько удачную конструкцию для поддержания постоянства уровня воды, что его регулятор устанавливался на водяные часы почти 16 столетий. В 1781 г. шотландский инженер Дж.Уатт создал двигатель с вращающим моментом на валу, на котором впервые был применен регулятор частоты вращения. Регулирование частоты вращения осуществлялось двумя сбалансированными на одной оси грузами, вращающимися синхронно с валом машины и соединенными с дроссельной заслонкой, перекрывающей проходное сечение парового патрубка. При увеличении частоты вращения центробежные силы вращающихся шаров поднимали с помощью тяг муфту, соединенную с заслонкой, уменьшая проходное сечение паропровода и скорость вращения двигателя.

Центробежный регулятор был известен задолго до Уатта и широко применялся на ветряных мельницах для автоматической регулировки зазора между жерновами (момента сопротивления) в зависимости от ветрового напора, т.е. скорости вращения крыльев мельницы.

В 1787 г. Уатт адаптировал существующий центробежный регулятор под паровую машину, создав более совершенную конструкцию, названную для отличия от прототипа — регулятором Уатта. Особое место в истории техники регулятор Уатта занял благодаря тому, что именно его конструкция легла в основу теории и практики регуляторостроения, новой отрасли промышленности, повлекшей за собой формирование особой области знаний — «Теории автоматического управления и регулирования», составляющей основу современных технологий управления промышленными системами.

За это время больших успехов достигла отечественная микроэлектроника. Разрабатываются и выпускаются все более сложные большие интегральные схемы(БИС), степень интеграции которых характеризуется сотнями тысяч транзисторов в полупроводниковом кристалле: микропроцессоры, контроллеры, микросхемы памяти, однокристальные микроЭВМ. Освоены новые технологические методы, значительно повышающие быстродействие микросхем и снижающие уровень их энергопотребления. Находят все более широкое применение технологии программируемых структур, базовых матричных кристаллов, которые позволяют внедрять в практику систему заказов микросхем требуемого функционального назначения при приемлемом уровне их стоимости и небольших сроках разработки. Существенно расширена номенклатура цифровых, аналоговых и аналого-цифровых микросхем. Заметна тенденция совмещения в одной микросхеме аналоговых и цифровых функциональных узлов, а также узлов, реализующих аналоговые функции цифровыми методами.

Успехи микроэлектроники сделали возможным широкое применение в системах автоматического регулирования нового поколения микросхем повышенного уровня интеграции.

Микросхемы нашли широкое применение и в регуляторе уровня воды, который способен автоматически поддерживать уровень воды в емкостях любого объема и может быть использован при откачивании грунтовых вод из подвалов и погребов, для заполнения водонагревательных баков и расширительных бачков систем водоснабжения и отопления. При этом регулятор уровня воды может работать как на заполнение емкости водой, так и на ее откачивание. /1/,/2/

1 Расчетно-теоретическая часть

1.1 Разработка схемы электрической структурной

Универсальный регулятор уровня воды представляет собой автоматическую систему регулирования уровня воды в емкостях любого объема. Устройство может работать как на заполнение так и на откачивание воды.

Для реализации такого устройства необходимо чтобы при достижении заданного уровня срабатывал датчик и вырабатывал электрический сигнал удобный для дальнейшего преобразования. Для достижения этой цели можно воспользоваться датчиками уровня которые реагируют на наличие воды и выдают в качестве сигнала управления изменение сопротивления.

Для управления и контроля состояния датчиков можно использовать схему на основе дискретных элементов или цифровых микросхем. Схема на дискретных элементах менее надежна и обладает повышенным энергопотреблением. Схема на цифровых микросхемах более надежна, обладает низким энергопотреблением и не требует точной настройки. При этом в качестве выходного сигнала будет «1» или «0».

Для анализа схемы управления и передачи управляющего сигнала необходимо использовать электронный ключ который будет менять свое состояние в зависимости от сигнала на выходе схемы управления.

В качестве источника управляющего сигнала можно использовать генератор прямоугольных импульсов. При этом он может быть как на дискретных элементах так и на цифровых микросхемах. Наиболее целесообразно использовать генератор на цифровых микросхемах в виду высокой надежности, низким энергопотреблением и габаритами.

Управление нагрузкой можно осуществлять при помощи реле или полупроводниковых элементов. В данном случае применение реле неоправданно в следствие больших габаритов и большой потребляемой мощностью. В качестве управляющего элемента целесообразно использовать симистор достоинством которого является малые габариты и небольшая потребляемая мощность.

Для питания устройства необходим блок питания с стабилизированным напряжением. Схему стабилизатора можно использовать на дискретных элементах и на микросхемах. Стабилизатор на дискретных элементах обладает большими габаритами и поэтому использование его является нецелесообразным.

Таким образом разрабатываемое устройство регулирования воды состоит из следующих узлов.

-генератор прямоугольных импульсов

Структурная схема данного устройства представлена на чертеже (БКДП.022005.100Э1). /2/, /3/

1.2 Выбор элементной базы

Все микросхемы в схеме берем КМДП логики т.к. она обладает низким потреблением энергии.

Схему управления строим на микросхеме К561ТМ2, которая представляет собой D триггер с динамическим управлением. Установка триггера по входам R и S принудительна, поэтому сигналы синхронизации С и информационного входа D не изменяют состояние триггера на выходе во время действия сигналов R и S. Микросхема имеет следующие параметры: , , , , , .

Источник