Разработка микропроцессорного устройства управления

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский  государственный университет путей  сообщения

 

 

Кафедра «Автоматика и системы управления»

 

 

  К защите допустить 

             Доцент кафедры АиСУ

            _____А.Б.Кильдибеков

                        «__» __________ 2012г. 

 

 

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ стабилизатора напряжения

 

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Обслуживание  информационных систем»

ИНМВ.315003.001 ПЗ

 

 

 

 

Студент ИС – 7942

 

___________Н. Н. Бутакова

«__»________2012 г.

 

Руководитель – доцент

 кафедры АиСУ

________А.Б. Кильдибеков

«__»________2012 г.

 

Омск 2012

Задание

В данном курсовом проекте  необходимо вычислить надежность стабилизатора напряжения: определить зависимость интенсивности отказов стабилизатора и вероятность его безотказной работы от условий эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

УДК 621.436

 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому проекту  содержит 22 страницы, 2 таблицы, 5 источников, 1 приложение.

 

Цель работы: расчет надежности стабилизатора напряжения.

 

Пояснительная записка  к курсовому проекту выполнена   в текстовом редакторе Microsoft Word 2007, для выполения части иллюстраций был использован электронный пакет   Microsoft Visio 2007.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Невозможно представить  современную жизнь без электрических  и электронных приборов. Они готовят  нам пищу и охраняют наши дома, предоставляют выход во «всемирную паутину» и стирают белье. Количество выполняемых ими функций по обеспечению работы, быта, безопасности и так далее уже просто трудно перечислить. Но, как любые технические устройства, они нуждаются в определенных «условиях существования», вне которых приборы в лучшем случае не работоспособны, а в худшем сразу выходят из строя. И одним из основных, если не самым главным, из этих критичных для техники параметров является напряжение электрической сети.

Но, к сожалению, в силу разных технических причин и вездесущего «человеческого фактора» напряжение сети частенько «скачет», приводя к поломкам и отказам. В результате, именно необходимость поддержания напряжения электросетей в рамках заданных условий и заставила в свое время изобрести специальные приборы – стабилизаторы напряжения.

Эксплуатация любого объекта (системы, машины) в общем  случае состоит из его эксплуатационного  использования по прямому назначению и его эксплуатационного обслуживания.

Под эксплуатационным обслуживанием  понимается совокупность операций, процедур и процессов, предназначенных для  обеспечения работоспособности  объекта (системы, машины).

В данном курсовом проекте  необходимо вычислить надежность стабилизатора напряжения: определить зависимость интенсивности отказов стабилизатора напряжения и вероятность его безотказной работы от условий эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Принцип работы стабилизатора  напряжения

 

Стабилизация напряжения необходима, если нужно добиться на устройстве неизменяемости напряжения питания при изменениях напряжения на первичных источниках (сеть, батарея). Добиться идеальной стабилизации нельзя, можно только ослабить дестабилизирующие воздействие на напряжение источника питания.  

Стабилизатором напряжения называется устройство, автоматически  поддерживающее постоянство напряжений на стороне потребителя с точностью.

Стабилизатор напряжения – преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

Идеальный стабилизатор при любом значении напряжения на входе, будет выдавать постоянное значение на выходе. Кроме того, при искажении синусоиды, возникновении всплесков и провалов на входе, на выходе должен выдавать правильную синусоиду без помех. Идеальный стабилизатор способен пропускать через себя любую мощность, при этом качество стабилизации не должно снижаться. Погрешность выходного напряжения должна быть 0 %.

В реальности стабилизатор напряжения это законченный блок, состоящий из совокупности технических элементов, выполняющих определенные функции. Однако определить содержание устройства по названию «стабилизатор напряжения» однозначно нельзя. В настоящее время существует большое количество разнообразных приборов для выполнения функции стабилизации напряжения.

Принцип работы стабилизатора  напряжения заключается в том, что  прибор получает питание от электросетей, анализирует данные входного напряжения и корректирует их на выходе.

Корректирование напряжения осуществляется следующим образом:

• если напряжение в сети не выходит за допустимые пределы (различаются для каждой модели прибора), стабилизатор выравнивает его до 220В;
• если происходит значительный скачок напряжения выше (ниже) допустимого предела, стабилизатор производит аварийное отключение оборудования.

Стабилизаторы напряжения позволяют:

• обеспечить качественное электропитание оборудования;
• защитить электрические приборы от помех в электросетях, скачков напряжения;
• плавно отключить/включить электрооборудование при аварийных ситуациях на ЛЭП;
• увеличить срок эксплуатации приборов;
• снизить затраты на ремонт электрооборудования (зачастую причина поломок – скачки напряжения в электросетях);

– обеспечить реализацию современных энергосберегающих технологий.

1.1 Параметрические и компенсационные стабилизаторы

Они подразделяются в  зависимости от рода напряжения на стабилизаторы постоянного и  переменного напряжения, а по принципу на стабилизаторы параметрические  и компенсационные.

Параметрический стабилизатор (ПСН) наиболее простой. Его работа основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей – стабилитрона. Типичная наипростейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Параметрический стабилизатор напряжения

В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение изменяется на нем очень незначительно. Входное напряжение через ограничительный резик R_бал подводится к параллельно включенным стабилитрону и сопротивлению нагрузки. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то и на нагрузке оно будет иметь тот же характер. При увеличении входного напряжения практически все изменение U_вх передается на R_бал, что приводит к увеличению тока в нем. Увеличение этого тока происходит за счет увеличения тока стабилизации при почти неизменном токе нагрузки.

Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) работает по иному принципу, нежели ПСН. Из названия видно, что КСН чего-то там компенсирует. В общем-то принцип действия КСН основан на изменении сопротивления регулирующего элемента в зависимости от управляющего сигнала. КСН относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройства автоматического регулирования, которые с заданной точностью поддерживают напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. КСН бывают последовательного и параллельного типа. Рассмотрим структурную схему типичного КСН последовательного типа (рисунок 2).

 

Рисунок 2 – КСН последовательного типа

РЭ – это регулирующий элемент, в качестве которого чаще всего используется транзистор (биполярный или полевой), СУ – схема управления – собственно управляет работой РЭ. Иногда вместо СУ изображают усилитель постоянного тока (УПТ). Его задача – усилить сигнал рассогласования и подать его на РЭ. Д – делитель напряжения, ИОН – источник опорного напряжения. В качестве ИОН применяют схему параметрического стабилизатора. Источник опорного напряжения и делитель объединяют в так называемый измерительный элемент (ИЭ). Из-за включения РЭ последовательно с нагрузкой схема так и называется – последовательная.

Источник опорного напряжения (ИОН) задает опорное напряжение, поступающее на вход СУ. С делителя часть выходного напряжения (соизмеримого с напряжением ИОН) также подается на вход схемы управления (СУ). В результате сравнения выходного напряжения (или его части) с опорным СУ управляет РЭ, сопротивление которого меняется в ту или иную сторону. Короче, если, к примеру, напряжение на входе скакнуло, эта фигня, естественно, передается на выход. Сигнал с делителя напряжения подается на схему управления и та, в свою очередь, сравнивая напряжение с ИОН, дает команду РЭ увеличить (уменьшить) сопротивление. В результате на нагрузке напряжение остается постоянным. Кроме того, измерительный элемент выделяет пульсации выпрямленного напряжения, поступающие на РЭ, который достаточно хорошо сглаживает их.

Параллельную схему  КСН рассмотрим только в структуре. Ее изображение приведено на рисунке 3.

 

Рисунок 3 – КСН параллельного типа

Принцип действия такого стабилизатора основан на изменении проводимости РЭ (опять же, в соответствии с управляющим сигналом), вызывающее изменение падения напряжения на балластом резике. Эта схема хорошо работает при небольшом импульсном изменении тока нагрузки. Её основное достоинство – при импульсном изменении тока нагрузки не происходит изменения тока, потребляемого от сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Типы стабилизаторов напряжения

 

По типу стабилизаторы  напряжения делятся на 4 группы:

• электромагнитные стабилизаторы напряжения;
• электромеханические стабилизаторы напяжения;
• ступенчатые электронные стабилизаторы напряжения;
• ступенчатые релейные стабилизаторы напяжения.

Электромагнитные стабилизаторы  напряжения работают за счет регулировки магнитных потоков в сердечнике трехфазного трансформатора. Регулировка выполняется через изменение магнитной проницаемости зазора сердечника, что меняет общую магнитную проницаемость контура и коэффициент трансформации напряжения.

В качестве коммутационных элементов переключающих обмотки  положительной и отрицательной полуволн используют тиристоры или симисторы. Скорость регулировки определяется постоянной времени трансформатора, быстродействием системы подмагничивания, быстродействием системы измерения. Остальные важнейшие характеристики – сердечником.

Электромагнитные стабилизаторы используют свойство магнитного сердечника (магнитопровода трансформатора) насыщаться. Увеличивая напряжение на входе трансформатора, мы получаем увеличение напряжения на выходе, но до определенного уровня. При определенном напряжении сердечник насыщается, и дальнейшее повышение напряжения на входе уже не влияет на выходное напряжение, точнее говоря, влияет очень слабо. Трансформатор как бы тормозит рост напряжения. Именно в таком режиме работы трансформатор используют как стабилизатор.

Электромеханические стабилизаторы регулируют напряжение передвижением токосъемника по специальному трансформатору, подключая тем самым определенную обмотку. Работой механического устройства управляет процессор, замеряя напряжение и давая команды на смену позиции токосъемника.

Электромеханические стабилизаторы  напряжения с вольтодобавочным трансформатором компенсируют просадки/всплески напряжения в сети с помощью автотрансформатора с сервоприводом, регулирующим напряжение на первичной обмотке вышеуказанного вольтодобавочного трансформатора. В качестве коммутационного элемента выступает автотрансформатор. Параметры его щеточного узла определяют возможную скорость отработки просадок/всплесков напряжения. Другие важнейшие характеристики определяются вольтодобавочным трансформатором, через который подается компенсирующая мощность.

Ступенчатые электронные  стабилизаторы напряжения с вольтодобавочным трансформатором работают на принципе переключения обмоток указанного трансформатора с помощью тиристоров или симисторов, которые, собственно, и являются коммутационными элементами. Возможная скорость стабилизации определяется количеством обмоток и принципом работы электронных ключей. Остальные важнейшие характеристики – вольтодобавочным трансформатором.

Ступенчатые релейные стабилизаторы напряжения с вольтодобавочным трансформатором работают по принципу переключения обмоток трансформатора с помощью реле. Возможная скорость стабилизации определяется количеством обмоток и скоростью работы реле. Остальные важнейшие характеристики вольтодобавочным трансформатором.