Источник бесперебойного питания

В импульсных преобразователях напряжения с ШИМ ширина импульсов постоянно меняется в ответ на выходную нагрузку и входное напряжение. В результате получаем почти распределение энергии белого шума с отдельными пиками и уменьшением амплитуды с повышением частоты.

Кондуктивный шум (то есть, шумовые токи, которые выходят из корпуса прибора через линии питания ) может появляться в двух формах: синфазных помех (common-mode) и помех при дифференциальном включении (differential-mode). Синфазные помехи - это шум, который выходит из корпуса только по линиям электропитания, а не заземления. Помехи, при дифференциальном включении - это шум между линией и одним из выводов питания. Шумовые токи фактически вытекают через вывод заземления.

Типовые источники шума

Существует несколько основных источников шума внутри импульсного преобразователя напряжения с ШИМ, что и создает большую часть излучаемого и кондуктивного шума.

Источники шума являются частью шумовых контуров, которые представляют собой соединение на печатной плате между потребителями ВЧ тока и источниками тока. Главным источником шума является входная схема питания, которая содержит ключ, первичную обмотку трансформатора и конденсатор входного фильтра. Конденсатор входного фильтра обеспечивает трапецеидальные сигналы тока, необходимые для преобразования напряжения, поскольку входная линия всегда хорошо фильтруется с полосой пропускания, какая намного ниже рабочей частоты преобразователя напряжения. Конденсатор входного фильтра и ключ должен размещаться близко возле трансформатора, чтобы минимизировать длину соединений. Кроме этого, поскольку электролитические конденсаторы имеют плохие ВЧ характеристики, параллельно им должен быть включенный керамический или пленочный резистор.

Чем хуже характеристики конденсатора входного фильтра, тем больше блок из силовой линии будет забирать энергию ВЧ тока, что приведет к возникновению кондуктивных синфазных электромагнитных помех.

Вторым основным источником шума является контур, который состоит из выходных диодов, конденсатора выходного фильтра и вторичных обмоток трансформатора. Между этими компонентами протекают трапецеидальной формы токи большой амплитуды. Конденсатор выходного фильтра и выпрямитель необходимо размещать как можно ближе к трансформатору; для минимализации излучаемого тока. Этот источник также создает синфазные кондуктивные помехи, главным образом, на выходных каскадах источника питания.

Фильтры кондуктивных электромагнитных помех

Существует два типа входных силовых шин. Силовые шины постоянного тока - это однопроводные силовые соединения, второе плечо питания которых формирует заземление. Другим типом входного соединения является двух или трехпроводная система питания от сети переменного тока. Проектирование фильтра электромагнитных (далее ЭМ) помех для систем постоянного тока осуществляется в основном в виде простого LC-фильтра. Все помехи между одним силовым проводом и соединением через “землю” называются синфазными. Фильтр постоянного тока, значительно более сложный, поскольку учитывает паразитарные характеристики компонентов.

Входной фильтр кондуктивных ЭМ помех предназначен для удержания ВЧ кондуктивного шума в середине корпуса. Фильтрация линий входа/выхода также важна для защиты от шума внутренних схем (например микропроцессоров, АЦП, ЦАП).

Проектирование фильтра синфазных помех

Фильтр синфазных помех фильтрует шум, который создается между двумя линиями питания (H1 и H2). Схема такого фильтра приведена ниже на рис.1.5.11.

Рис. 1.5.11. Фильтр синфазных помех.

В фильтре синфазных помех обмотки катушки индуктивности находятся в фазе, но переменный ток, который протекает через эти обмотки - в противофазе. В итоге, для тех сигналов, которые совпадают или противоположны по фазе на двух линиях электропитания, синфазный поток внутри сердечника уравновешивается.

Проблема проектирования фильтра синфазных помех заключается в том, что при высоких частотах (когда собственно и нужная фильтрация) идеальные характеристики компонентов искажаются через паразитарные элементы. Основным паразитарным элементом является межвитковая емкость самого дросселя. Это небольшая емкость, которая существует между всеми обмотками, где разница напряжений (В/виток) между витками ведет себя подобно конденсатору. Этот конденсатор при высокой частоте действует как шунт вокруг обмотки и позволяет ВЧ переменному току протекать в обход обмоток. Частота, при которой это явление является проблемой, выше частоты авторезонанса обмотки.

Между индуктивностью самой обмотки и этой распределенной межвитковою емкостью формируется колебательный контур. Выше точки авто резонанса влияние емкости становится большим от влияния индуктивности, что снижает уровень затухания при высоких частотах.

Частотная характеристика фильтра изображена на рис. 1.5.12.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.5.12. Частотная характеристика фильтра.

Этот эффект можно уменьшить, использовав Cx большей емкости. Частота авторезонанса является той точкой, в которой проявляется возможность наибольшего затухания для фильтра. Таким образом, путем выбора метода намотки обмоток индуктивности, можно разместить эту точку поверх частоты, которая нужна для наилучшей фильтрации.

Чтобы начать процесс проектирования необходимо измерить спектр не фильтрованного кондуктивного шума или принять по отношению к нему некоторые предположения. Это необходимо для того, чтобы знать, каким должно быть затухание и на каких частотах.

Примем, что нам необходимо 24дБ затухания на частоте переключения преобразователя напряжения.

Определим частоту среза характеристики фильтра:

,

де G? - затухания;

,

где: fc - желаемая частота среза характеристики фильтра, fsw- рабочая частота преобразователя напряжения. В нашем случае fsw=100кГц, затухание G?= -24дБ.

Выбор коэффициента затухания

Минимальный коэффициент затухания (?) не должен быть менее 0,707. Меньшее значение приведет к “резонансу” и не даст меньшее 3дБ затухания на частоте среза характеристики.

Расчет начальных значений компонентов

,

где: ? - коэффициент затухания, ?=0,707, RL =50Ом - импеданс линии,

;

Принимаем С?0,1мкФ 400В.

Принимаем Сх=0,22мкФ400В. Данные конденсаторы размещены между линиями электропитания и должны выдерживать напряжение 250 В и скачки напряжения.

Величину Су - конденсаторов, которые размещены между каждой фазой и “землей”, и должны выдерживать высокие напряжения ?2500 В выбирают на несколько порядков меньше Су чем Сх. Это связано с тем, что наибольшая емкость конденсатора, доступная при номинальном напряжении 4 кВ, составляет 0,01 мкФ. Принимаем Су=2,2 нФ.

Поскольку суммарная емкость выбранных конденсаторов больше рассчитанной, то можно допустить, что фильтр будет обеспечивать минимум -- 60 дБ затухания при частотах в диапазоне от 500 кГц до 10 Мгц.

Расчетная схема фильтра подходит как для входной, так и для выходной цепи:

Рис. 1.5.13. Входной фильтр электромагнитных помех.

L5=L=450 мкГн

С55=С58=Сх=0,22 мкФ400 В

С54=С56=Су=3,3 нФ3 кВ.

Рис.1.5.14. Выходной фильтр электромагнитных помех.

L6=L=450 мкГн

С54=С56=Су=3,3 нФ3 кВ.

С57=С59=Сх=0,22 мкФ400 В

1.6 Обоснование выбора элементов схемы

Источник бесперебойного питания должен обеспечивать круглосуточную работу любого устройства, которое подключено к нему, с сохранением выходных параметров, поэтому к нему выдвигаются жесткие требования, как к конструкции, так и к выбору элементов схемы.

Условно элементы схемы можно разделить на элементы общего применения и специальные.

Элементы общего применения являются изделиями массового производства, поэтому они достаточно широко стандартизированы. Стандартами и нормами установлены технико-экономические и качественные показатели, параметры и размеры элементов. Такие элементы называют типовыми. Выбор типовых элементов проводится по параметрам и характеристикам, которые описывают их свойства, как при нормальных условиях эксплуатации, так и при разных влияниях (климатических, механических и др.).

Основными электрическими параметрами является: номинальное значение величины, характерной для данного элемента (сопротивление резисторов, емкость конденсаторов, индуктивность катушек и т. д.) и границы допустимых отклонений; параметры, которые характеризуют электрическую прочность и способность долгосрочно выдерживать электрическую нагрузку; параметры, которые характеризуют потери, стабильность и надежность.

Основными требованиями, которыми нужно руководствоваться при проектировании радиоэлектронной аппаратуры, являются требования по наименьшей стоимости изделия, его высокой надежности и минимальным малогабаритным показателям. Кроме того, при проектировании важно увеличивать коэффициент повторяемости электрорадиоэлементов. Исходя из перечисленных выше критериев сделаем выбор элементной базы проектируемого устройства.

1.6.1 Выбор резисторов

При выборе резисторов, прежде всего, обращаем внимание на их габариты, стоимость и надежность, которая обусловлена наработкой на отказ. Исходя из того, что современные интегральные технологии далеко продвинулись вперед, по сравнению с прошлыми годами, мы имеем резисторы, которые характеризуются: высокой надежностью и низкой себестоимостью, компактными размерами и большой разновидностью.

Сравним несколько типов резисторов.

Толстопленочные резисторы с допуском 5%.

Таблица 1.6.1Технические параметры.

Параметры	Значения
Тип	RC01	RC11	RC21	RC31	RC41
Типоразмер корпуса	1206	0805	0603	0402	0201
Диапазон номиналов сопротивления	1 Ом …1 МОм	10 Ом… 1 МОм
Допуск	±5%
Максимальная мощность	0.25 Вт	0.125Вт	0.1 Вт	0.063 Вт	0.005 Вт
Максимальное рабочее напряжение	200 В	150 В	50 В	15В
Диапазон рабочих температур	-55 … +155 ?С

Таблица 1.6.2Технические параметры.

Параметры	Значения
Тип	RC02H	RC02G	RC12H	RC12G	RC22H
Типоразмер корпуса	1206	1206	0805	0805	0603
Диапазон номиналов сопротивлений	1 Ом …1 Мом	10 Ом… 1 МОм
Допуск	±1%
Максимальная мощность	0.25 Вт	0.25Вт	0.125Bт	0.125 Вт	0.1 Вт
Максимальное рабочее напряжение	200 В	150 В	50 В
Диапазон рабочих температур	-55 … +155 ?С

Таблица 1.6.3Типоразмеры SMD резисторов.

Типоразмер корпуса	L (мм)	W (мм)	T (мм)	Масса (г)
0201	0.6	0.3	0.3	0.02
0402	1.0	0.5	0.35	0.06
0603	1.6	0.8	0.45	0.2
0805	2.0	1.25	0.55	0.55
1206	3.2	1.6	0.55	1.0

Исходя из таб.1.6.1. и таб.1.6.3. в качестве сопротивлений выбираем толстопленочные резисторы RC01 и RC02H с типоразмером корпуса 1206 (рис.1.6.1).

Таблица 1.6.4Мощные SMD резисторы. Технические характеристики.

Параметры	Значение
Тип	XC0204	RWN5020	RWP5020
Типоразмер корпуса	SMD MELF	SMD POW	SMD POW
Диапазон номиналов сопротивлений	0.22Ом…10МОм	0.003Ом…1МОм	1Ом…0.1МОм
Допуск	0.1%...5%	1;2;5%	1;5%
Максимальная мощность	1 Вт	1.6Вт	1.6Bт
Максимальное рабочее напряжение	300 В
Диапазон рабочих температур	-55 … +155?С

Исходя из таб.1.6.4. в качестве мощных сопротивлений выбираем резисторы RWN5020 с типоразмером корпуса SMD POW (рис.6.2.б).

А = 1.5 мм.

В = 1.2 мм.

С = 4.7 мм.

Рис.1.6.1. Рекомендованное расположение резисторов при пайке: RC01, RC02H типоразмера 1206.

а)

б)

Рис.1.6.2. Типоразмеры корпусов резисторов:

а) SMD MELF ; б) SMD POW

В качестве подстроечных сопротивлений выбираем резисторы PVZ3A фирмы Murata черт. 1.6.3.

Подстроечные сопротивления PVZ3A.

Таблица 1.6.5Технические параметры

Функциональная характеристика	Линейная
Номинальная мощность	0.1Вт при 50С
Максимальное рабочее напряжение	50V
Рабочий диапазон температур	-25C…85C
Допустимое отклонение номинального значения сопротивления	30%
Угол поворота	230 10
Диапазон номинальных сопротивлений	100Ом…2МОм
Температурный коэффициент сопротивления (ТКО)	500ppm/C
Усилие поворота	20-200 г./см

Рис.1.6.3. Типоразмер подстроечных резисторов PVZ3A.

1.6.2 Выбор конденсаторов

При выборе конденсаторов, учитывая условия эксплуатации изделия, а также электрические параметры, будем руководствоваться тем, что для конденсаторов выдвигаются следующие требования:

- наименьшая масса;

- наименьшие размеры;

- относительная дешевизна;

- высокая стабильность;

- высокая надежность;

Возьмем для рассмотрения несколько типов конденсаторов, и сделаем сравнение относительно класса диэлектрика в виде таблицы.

Таблица 1.6.6.SMD конденсаторы. Технические параметры.

Класс диэлектрика	Класс 1	Класс 2
Типоразмер корпусу	0402…1210	0402…2220
Номинальное напряжение Uн	50В; 200В;500В;1кВ;3кВ	25В; 50 В; 100В; 200В; 500В;1кВ;2кВ;3кВ
Диапазон емкостей	1 пФ…10 нФ;1нФ…10мкФ	1 пФ…1 нФ; 1нФ…10мкФ
Допуск емкостей (в % или пФ)	При Сн<10 пФ: ±0.1 пФ ±0.25 пФ ±0.5 пФ При Сн?10 пФ: ±1 % ±2 % ±5 % ±10 %	±5 % ±10 % ±20 %
Максимально относительная девиация емкости ?С/С	-	±15 %
Диапазон рабочих температур	-55…+125?С	-55…+125?С
Максимальное значение тангенса угла потерь tg ?	<1.10-3	<25.10-3 <35.10-3 (16В)
Сопротивление изоляции при 25 ?С	> 105 МОм	> 105 МОм
при 125 ?С	-	> 104 МОм
Постоянная времени при 25 ?С	> 1000 с	> 1000 с
при 125 ?С	> 100 с	> 100 с

Таблица 1.6.6.Типоразмер SMD конденсаторов.

Размер мм	0402 1005	06032 1608	0805 2012	1206 3216	1210 3225
l	1.5±0.1	1.6±0.15	2.0±.02	3.2±0.2	3.2±0.3
b	0.5±0.05	0.8±0.1	1.25±0.15	1.6±0.15	2.5±0.3
s	0.5±0.05	0.8±0.1	1.35max	1.3max	1.7max
k	0.1-0.4	0.1-0.4	0.13-0.75	0.25-0.75	0.25-0.75

Исходя из таб.1.6.6., в качестве SMD конденсаторов выбираем конденсаторы с диэлектриком 1-го класса, типоразмером корпуса 1206 (рис.1.6.4.).

А = 1.5 мм.

В = 1.2 мм.

С = 4.7 мм.

Рекомендованное расположение при пайке SMD конденсаторов типорозмера 1206.

Выбираем электролитические конденсаторы фирмы Hitano, для обычного монтажа серии ECR.

Серия ECR:

диапазон напряжений	6.3…100В	160…460В
диапазон емкостей	0.47…10000мкФ	0.47…220мкФ
температурный диапазон	-40…+85С	-25…+85С
ток потерь	<0.01CU	<0.03CU
разброс емкостей	20% при 20С, 120Гц

Диэлектрические потери (tg), не больше

U,B	16	25	35	50	63	100	200	350	400
tg(D4-6.3)	0.16	0.14	0.12	0.1	0.1	0.08	0.18	0.2	0.2

Стабильность при низких температурах (отношение импедансов на частоте 120Гц).

U,B	16	25	35	50	63	100	200	350	400
Z(-25C)/ Z(+20C)	2	2	2	2	2	2	2	2	2
Z(-40C)/ Z(+20C)	4	4	3	3	3	3

Типоразмеры электролитических конденсаторов. Таблица 1.6.8

мкФ/B	16	25	35	50	63	100	200	350	400
1				511	511	511	511	611	611
2.2				511	511	511	611	611	812
4.7				511	511	511	812	812	1013
10	511	511	511	511	511	611	1016	1013	1013
22	511	511	511	511	611	611	1021	1013	1016
33	511	511	511	611	611	812	1321	1021	1021
47	511	511	511	611	611	1013	1321	1321	1326
100	511	611	611	812	1013	1021	1626	1632	1632
220	611	812	814	1013	1016	1326	1836	1841
330	812	814	1013	1017	1020	1326
470	812	814	1016	1321	1326	1626
1000	1016	1021	1321	1326	1625	1841
2200	1321	1321	1626	1636	1836
3300	1326	1626	1632	1836	2241
4700	1626	1632	1836	2241	2541

1.6.3 Выбор индуктивности и трансформаторов

Выбираем изделия фирмы Epcos. В качестве дросселей, для фильтров по питанию, из таблицы выберем дроссели типа DB36-10-47, DST4-10-22, FMER-K26-09.

Таблица 1.6.9.Катушки индуктивности. Технические параметры

Тип	индуктивность мкГн	Q	Тест. частота Гц	сопротивление Ом	Ток тип. А	Ток нас. А
			L	Q
DB36-10-47	150±20%	46	100К	2.520М	0.02	12.80	14.20
DST4-10-22	47±20%	42	100К	2.520М	0.01	12.20	15.50
FMER-K26-09	60±20%	56	100К	2.520М	0.12	8.2	10.4

Выбираем тип трансформаторов TS40-15-2, KERBIP-2-K20, TS300-12-K28, TS12-300-K32 диапазон рабочих температур -40…+45оС.

1.6.4 Выбор активных элементов

Выбираем транзисторы фирмы STMicroelectronics табл.1.6.10.

Таблица 1.6.10Технические параметры транзисторов.

Параметры	К1531	GT15Q101	BC556	IRFP150	IRFD123	2N2907	К792
Напряжение коллектор-база	500B	1200В	80В	100В	80В	-60В	900В
(сток-затвор)	500B	1200В	65В	100В	80В	-40В	900В
Напряжение коллектор-эмиттер (сток-исток)	±30B	±20В	5В	±20B	±20B	-5В	±20B
Напряжение	15A	15А	100мА	43A	1.1А	-600мА	3A
база-эмиттер	60A	30А	200мА	170A	4.4А	-1.2А	5A
(затвор-исток)			2мА			20мА
Ток коллектора	150Bт	150Вт	0.5Вт	193Вт	1.5Вт	200мВт	100Вт
(сток)	1480пФ	1800пФ	10пФ	1750пФ	450пФ	30пФ	800пФ
Импульсный ток коллектора	400пФ		3пФ	420пФ	200пФ	8пФ	250пФ
(сток)	150C	150С	150С	175С	150С	150С	150 С

Выбираем диоды фирм Fairchild и International Rectifier.

Таблица 1.6.11Технические параметры диодов

Параметры	U обр. В	І макс., А	І обр, мА	F макс., кГц
PSOF107	300	0.3	0.005	40
1N4937	600	1.5	2	150
LL4148	100	0.2	0.005	300
LL414P	60	0.5	0.01	300
MUR860	600	10	20	200
MUR31	800	8	2	10
RUR30100	1000	30	1	300

Выбираем микросхемы фирм Unitrode, National Semiconductor, Intersil, STMicroelectronics.

В качестве контролеров питания выбираем UC3842 фирмы Unitrode, SG3525 фирмы STMicroelectronics.

В качестве микросхемы стабилизатора напряжения выбираем ИМС фирмы STMicroelectronics.

Таблица 1.6.13Технические параметры микросхемы интегрального стабилизатора

Тип	Входное напряжение, В	Напряжение стабилизации, В	Выходной ток, А	Температура, С
78M05ST	+30	+5	1.2	-55…+125

1.7. Расчет печатной платы

1.7.1 Расчет площади печатной платы

Определяем стандартные размеры элементов, которые применяются, и возводим данные в таблицу. 1.7.1.

Таблица. 1.7.1.Размеры элементов и их суммарная позиция.

Название групп компонентов	Количество N, шт.	Длинна L, мм	Ширина В, мм	Диаметр D, мм	Площадь S=L*В, мм2	Площадь N элем. S*N,мм2	Диаметр выводов d, мм
Резисторы постоянные 0.25...0.5Вт	119	4.7	1.5		7.05	838.95
Резисторы постоянные 1...2Вт	10	12	5		60	600	0.85
Резисторы переменные	3	3.1	3.6		11.16	33.48
Конденсаторы керамические	37	4.7	1.5		7.05	260.85
Конденсаторы электролитические	14			16	200.96	2813
	8			20	314	2512
Транзисторы	17	25	40		1000	17000	1.0
Диоды малой мощности	8	4.7	1.5		7.05	56.4	0.6
Диоды большой мощности	16	15	20		300	4800	1.2
Стабилитроны	5	4.7	2		9.4	47
IMC SMD	6	14	12		168	1008
IMC DIP	5	10	8		80	400	1.0
Дроссели	6	42	22		924	5544	1.2
Трансформаторы сигнальные	3			15	176	530	1.0
Трансформаторы питания	2	70	60		4200	8400	1.2
Вставка плавкая	4	30	10		300	1200	1.2
Реле	2	50	20		1000	2000	1.0
Разъемы	6	20	10		200	1200	0.85

Из таблицы. 1.7.1. получили суммарную плоскость SСУМ=49233мм2, тогда определяем устанавливаемую площадь всех элементов на плате, если КУСТ=1,2



Определяем плоскость печатной платы, которая необходима для установки элементов с учетом расстояния между элементами и выводами, а также для обеспечения нормальных тепловых режимов работы, по формуле, если коэффициент использования равен: КИСП=0,9, тогда

Определяем площадь, которая необходима для размещения элементов крепления, которые крепят плату. Принимаем, что плата крепится шестью винтами М3, если под один болт отводится плоскость SБ=100(мм2).

Определяем общую площадь платы:

Исходя из полученной площади выбираем ширину платы L=300(мм), тогда длинна:

Принимаем В=216(мм).

1.7.2 Расчет параметров металлизированных отверстий

Исходя из диаметров элементов, которые устанавливаются на плату, определим диаметр металлизированных отверстий, если толщина металлизированного покрытия при металлизации гальваническим методом:

mпок=0,05(мм).

И зазор между выводом и стенкой металлизированного покрытия берется:

К=0,2(мм).

Элементы, которые устанавливаются, имеют шесть диаметров выводов:

d1=0,5 (мм)

d2=0,6 (мм)

d3=0,8 (мм)

d4=0,85 (мм)

d5=1(мм)

d6=1,2 (мм),

тогда:

Определяем параметры контактных площадок вокруг металлизированного отверстия, если контактные площадки выполняются в виде контактного кольца с обеих сторон платы. Если необходимая радиальная величина будет В=0,55, а технологический коэффициент на ошибку С=0,1, тогда:

Исходя из полученных размеров металлизированных отверстий и диаметров выводов элементов, выбираем технологически обусловленные размеры металлизированных отверстий, и полученные данные записываем в таблицу 1.7.2.

Таблица 1.7.2. -Размеры диаметров отверстий и контактных площадок

№	Диаметр вывода элемента, мм	Расчетные данные	Стандартные
		Диаметр отверстия, мм	Диаметр площадки, мм	Диаметр отверстия, мм	Диаметр площадки, мм
1	0,5	1	2,2	1	2,2
2	0,6	1,1	2,3	1	2,2
3	0,8	1,3	2,5	1,2	2,5
4	0,85	1,35	2,55	1,2	2,5
5	1	1,5	2,7	1,5	2,8
6	1,2	1,7	2,9	1,8	3

1.7.3 Расчет ширины печатных проводников

Ширина печатных проводников определяется по максимальному току для разных цепей схемы, если допустимая плотность тока JДОП=30(А/мм2), максимальный ток ІМ=8(А), а толщина металлизированного покрытия mПОК=0,05(мм), тогда ширина будет равной:

Расстояние между проводниками найдем по разнице потенциалов, с учетом электрических характеристик выбранного метода изготовления. В нашей схеме, в основном, максимально возможное напряжение не превышает 450(В), расстояние между печатными проводниками -- 1,8(мм).

1.8 Тепловой расчет

Рассчитаем тепловой режим транзистора в импульсном стабилизаторе напряжения. Полная мощность, которая выделяется в транзисторе во время его работы при переключении определяется за формулой:

Р=Рпер+Роткр+Рупр+Ри (1.8.1)

где: Р - полная мощность, которая рассеивается;

Рпер - потери мощности при переключении;

Роткр - потери на активном сопротивлении транзистора;

Рупр - потери на управлении в цепи затвора;

Ри - потери мощности за счет истока в закрытом состоянии.

Сразу можно отметить, что потери мощности, которые вызваны током истока (Ри), имеют очень маленькое значение, поэтому ими можно пренебречь. Также потери, которые возникают в цепи управления, тоже имеют очень малые значения, поэтому формула принимает вид:

Р=Рпер+Роткр.,(1.8.2)

Роткр=RDS(on)I2эф.(1.8.3)

(1.8.4)

Мощность Рпер определяется

(1.8.5)

i=IН/n. (1.8.5)

IL=3/0,98=3,06(A).

Тогда

Отсюда

проверяем тепловой режим работы транзистора

, (1.8.6)

где

tнс - температура окружающей среды 35 С.

Rja - тепловое сопротивление кристалл-среды 75 С/Ут.

С.

По результатам проделанных расчетов видно, что при использовании транзисторов в режиме ключей и при заданных параметрах работы преобразователя, необходимо обязательное применение охладительных радиаторов и принудительного обдува. Радиатор выбираем ребристого типа по методике, описанной в [10] ст. 221.

1.9 Расчет надежности устройства

Надежность - это свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заданных границах.

Надежность характеризуется рядом расчетных показателей, наиболее важной из которых является интенсивность отказов, средняя наработка на отказ, вероятность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы указывает на то, какая часть изделий будет работать безотказно в течение заданного времени tp. Для большинства радиоэлектронных устройств вероятность безотказной работы зависит, как от физических свойств, так и от времени tp, в течение которого устройство должно работать безотказно:

(1.11.1.)

Интенсивностью отказов называют количество отказов за единицу времени, что приходится на одно изделие, которое продолжает работать в данный момент времени:

(1.11.2)

Интенсивность отказов аппарата, который состоит из разных элементов, определяют по формуле:

(1.11.3)

Расчет надежности проводим в такой последовательности:

1. Составляем таблицу исходных данных для расчета, определяем конструктивную характеристику компонентов, количество компонентов по группам, рассчитываем интенсивность отказов ?і для каждой из групп компонентов:

(1.11.4)

где: - количество компонентов в одной группе.

Выходные данные для расчета надежности сводим в таблицу 1.11.1.

Таблица 1.11.1 - Исходные данные расчета надежности

№	Названия групп компонентов	Кол-во
1.	Резисторы непроволочные постоянные 0.125-0.5 непроволочные постоянные 1.0-2.0 непроволочные переменные	82 10 3	0.4 1.0 2.5	0.42 0.42 0.42	13.7810-6 4.210-6 3.1510-6
2.	Конденсаторы керамические электролитические	37 22	1.2 2.2	0.1 0.4	4.4410-6 19,3610-6
3.	Транзисторы кремниевые	17	1.7	0.35	11.5610-6
4.	Диоды Выпрямители малой мощности большой мощности стабилитроны малой мощности светодиоды	8 16 5 3	0.7 5.0 2.4 2.8	0.81 0.81 0.81 0.81	4.5410-6 64.810-6 9.7210-6 6.810-6
5.	Интегральные микросхемы полупроводниковые	6	0.01	1.0	0.0610-6
6.	Дроссели	6	1.0	1.0	6.010-6
7.	Трансформаторы сигнальные питания	3 2	0.1 3.0	1.0 1.0	0.310-6 6.010-6
8.	Вставка плавкая	4	0.5	1.0	2.010-6
9.	Тумблер	1	1.1	1.0	1.110-6
10.	Реле	2	1.7	0.35	1.1910-6
11,	Клеммы	2	1.0	1.0	2.010-6
12.	Печатная плата	1	0.1	0.1	0.0110-6
11.	Пайка на плате	910	0.01	1.0	9.110-6
12.	Корпус прибора	1	1.0	1.0	1.010-6
13.	Проводники и пайки навесные	24	0.02	1.0	0.4810-6

2. Для учета условий эксплуатации находим поправочные коэффициенты , , и по формуле (1.11.5) рассчитываем поправочный коэффициент . Принимаем , , .

 (1.11.5)

3. Расчет интенсивности отказов проводим по формуле:

(1.11.6)

4. Среднюю наработку на отказ рассчитываем по формуле:

(1.11.7)

5. Проводим расчет вероятности безотказной работы радиоустройства по формуле (1.11.1):

-?t? (1.11.1.)

где - основа натурального логарифма;

- интенсивность отказов;

- время испытания.

Результаты расчетов вероятности безотказной работы устройства записываем в таблицу 1.11.2.

Таблица 1.11.2Результаты расчета надежности

№
1. 2. 3. 4. 5. 6.	0 101 102 103 104 105	0 -0.001759 -0.017590 -0.175900 -1.759000 -17.59000	1 0.9982 0.9825 0.8394 0.1737 0.0002

6. По результатам расчетов строим график зависимости вероятности безотказной работы устройства от времени :

Рис. 1.11.1. График зависимости вероятности безотказной работы устройства от времени.

2. Экономический расчет

Целью данного раздела дипломного проекта является выполнение необходимых расчетов организационно-экономических показателей. Данный раздел включает:

1. Расчет себестоимости устройства.

2. Определение цены устройства.

3. Оценка уровня качества устройства.

4. Определение цены потребления.

5. Определение рыночной цены.

6. Прогноз сбыта.

7. Прибыль от реализации.

Экономический расчет будем проводить с учетом того, что производство устройства является мелкосерийным.

2.1 Анализ рынка

Блок бесперебойного питания предназначен для питания разнообразной электрической и электронной аппаратуры стабилизированным напряжением 220В, в том числе устройств охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации, питание аппаратуры на АТС, питание персональных компютеров.

Преимуществами новой разработки является высокий КПД и большая выходная мощность. Возможные объемы продажи изделия приблизительно 1000 шт. в год. Ближайшим аналогом данного блока является блок питания PW5115 фирмы Powerware, его мы и берем за базовое изделие.

2.2 Расчет уровня качества

2.2.1 Основные технические параметры устройства

Технические параметры характеризуют качество изделия. Качество - совокупность свойств, которые делают его способным выполнять заданные функции, тем самым удовлетворять соответствующие рыночные требования. Конкурентоспособность - это степень соответствия товара в данной рыночной ситуации по техническим, экономическим, эксплуатационным характеристикам. Основными показателями данного изделия является:

1. Выходное напряжение.

2. Коэффициент полезного действия.

3. Выходная мощность.

4. Частота сети.

5. Выходной ток.

2.2.2 Определение важности каждого показателя

Следующим этапом, после выбора более важных показателей, является ранжирование показателей по степени их важности. Самому важному присваивается ранг 1, менее важному ранг 2 и так далее. Результаты занесем в таблицу 2.1.1

Таблица 2.2.1.Показатели ранжирования по степени важности

Показатель	Ранг показателя, на мнение эксперта	Сума рангов, Ri	i	i2
	1	2	3	4	5
1	4	3	4	3	3	17	2	4
2	2	1.5	1	2	1	7.5	-7.5	56.25
3	3	4	2,5	4	4	17.5	2.5	6.25
4	1	1.5	2,5	1	2	8	-7	49
5	5	5	5	5	5	25	10	100
Всего	15	15	15	15	15	75	0	215.5

где : (2.2.1)

(2.2.2)

Проведем проверку пригодности экспертных оценок. Проверка проводится на основе расчета коэффициента соответствия экспертных оценок.

Коэффициент соответствия:

(2.2.3)

(2.2.4)

где:

N - количество экспертов

n - количество оценок

Коэффициент соответствия может принимать значение .

В случае, когда W=1 - полное соответствие экспертов. Рассчитанный коэффициент уравнивается с минимально допустимым Wн. При условии полученные данные заслуживают доверия и пригодные для последующей работы. Для радиотехнических устройств Wн=0,77

Полученный результат пригодный для последующего использования.

Для оценки уровня качества изделия используем обобщающий показатель - коэффициент технического уровня:

Кт.у=? і· qі (2.2.5)

где:

? і - относительный (единичный) показатель качества.

q i - коэффициент весомости.

Если зависимость между параметром и качеством линейна, то относительные показатели вычисляются по формулам:

q і = РНі/ РБі (2.2.6)

q і = РБі/ РНі (2.2.7)

Если зависимость между параметром и качеством нелинейная, то относительные показатели вычисляются по формулам:

q і =lg(РНі/ РБі)+1 (2.2.8)

q і =lg(РБі/ РНі)+1 (2.2.9)

где: РНі , РБі - числовые значення і -го параметра соответственно нового і базового изделия.

В качестве базового изделия возьмем блок бесперебойного питания PW5115 фирмы Powerware.

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.2.2.

Таблица 2.2.2.Результаты расчетов.

Показатель	Название показателя	Значение базового показателя	Значение нового показателя	q і
Х1	Выходное напряжение, В	0...24	0... 30	1.25
Х2	Коэффициент полезного действия	0.85	0.89	1,05
Х3	Выходная мощность, Вт	240	300	1.25
Х4	Частота сети, Гц	50...60	50...60	1.0
Х5	Выходной ток, А	10	10	1.0

Определим коэффициент важности каждого показателя

Воспользуемся средством экспертных оценок. Эксперты независимо один от другого сравнивают между собой показатели, оценивая, что важнее. В оценке принимают участие не менее 5 экспертов.

При этом если показатель “>” то ставим коэффициент 1.5

Если показатель “<” то ставим коэффициент 0.5

Если показатель “=” то ставим коэффициент 1.

На основании таблицы построим матрицу, куда перенесем числовые значения оценок.

Таблица 2.2.3Экспертная оценка

Показатели	Эксперты 1 2 3 4 5	Суммирующая оценка	Числовое значение оценки
Х1 і Х2	<	=	<	<	=	<	0.5
Х1 і Х3	=	<	>	<	<	<	0.5
Х1 і Х4	<	<	=	<	<	<	0.5
Х1 і Х5	<	>	>	>	=	>	1.5
Х2 і Х3	<	<	<	<	<	<	0.5
Х2 і Х4	>	>	=	>	=	>	1.5
Х2 і Х5	>	>	=	>	>	>	1.5
Х3 і Х4	<	=	<	<	<	<	0.5
Х3 і Х5	>	>	>	=	>	>	1.5
Х4 і Х5	=	>	>	>	>	>	1.5

Определение важности каждого показателя определим в два шага:

1-й шаг: определим bi - сумму числовых значений оценок (сумма по строке);

Kbi=bi/bi; (2.2.10)

2-й шаг: определим bi1:

bi1=ai1*b1+ai2*b2+….+ain*bn (2.2.11)

Результат занесем в таблицу 2.1.4

Таблица 2.1.4.Значение показателей

	Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	1-я итерация bi ?i	2-я итерация bi ?i
Х1	1	0.5	0.5	0.5	0.5	3	0.12	14	0.12
Х2	1.5	1	1.5	1.5	1.5	7	0.28	34	0.3
Х3	1.5	0.5	1	0.5	1.5	5	0.2	22	0.19
Х4	1.5	0.5	1.5	1	1.5	6	0.24	27.5	0.24
Х5	1.5	0.5	0.5	0.5	1	4	0.16	17.5	0.15
						25	1	115	1

Перша итерация:

?i=bi/bi (2.2.12)

bi=aij (2.2.13)

где: bi - весомость і-го параметра

Вторая итерация:

?i=bi/bi (2.2.14)

bi=ai1b1+ai2b2+...+ ainbn (2.2.15)

Уровень качества изделия

КТ.Р.=0.12*1.25 +0.3*1.05+ 0.19 *1.25+ 0.24 *1.0+0. 15*1.0=1.1

Таким образом, уровень качества разрабатываемого устройства равен 1,1.

2.3 Расчет себестоимости устройства

Согласно ТЗ, производство источника бесперебойного питания - мелкосерийное, поэтому будем пользоваться соответствующими нормативами и методикой.

2.3.1 Расчет затрат на приобретение материалов

Расходы на приобретение материалов вычисляются на основании норм их расходования и цен, с учетом транспортно-заготовительных расходов. Расчет по стоимости материалов занесен в таблицу 2.3.1

Таблица 2.3.1.Стоимость материалов

Наименование материала	Стандарт, марка	Единица измер.	Норма расхода на одно изделие	Цена за ед., грн	Сума, грн
Припой	ПОС-61	кг	0.30	7	2.1
Стекло-текстолит фольгированный	СФ-2-15	кг	0.7	30	21
Провод монтажный	МГШВ-0.75	м	1	0.15	0.15
Провод монтажный	МГШВ-0.5	м	1,5	0.5	0.75
Провод монтажный	МГШВ-0.35	м	0.7	0.3	0.21
Провод монтажный	МГШВ-1,5	м	1.5	1.3	1.95
Железо оцинкованное	Ст3-1.5	кг	1	5	5
Алюминий	Амг-3	кг	3.1	6.2	19.22
Флюс	ФС-1	кг	0.10	10	1.0
Лак		кг	0.1	8	0.8
Краска	ПФ-115	кг	0.35	7	2.45
Итого	54.63
Неучтенные материалы,5%	2.73
Транспортно-заготовительные работы , 10%	5.46
Всего	62.82

2.3.2. Расчет расходов на покупные изделия и полуфабрикаты

В данную статью включается стоимость готовых изделий, приобретенных для укомплектовки блока питания. Покупные изделия определяются по схеме электрической принципиальной. Расчеты занесены в таблицу 2.3.2

Таблица 2.3.2.Покупные изделия

Наименование	Марка	Кол-во	Цена, грн.	Сумма, грн.
Резисторы
	RC01-1206± 5%	64	0.05	3.2
	RC02H-1206± 1%	18	0.05	0.9
	RWN5020-1.6± 5%	9	1.60	14.4
	RWN5020-1.6± 1%	3	1.80	5.4
	PVZ3A ± 20%	3	0.70	2.10
	TR1223± 5%	1	1.1	1.1
Конденсаторы
	ECR-400B-100мкФ	4	6.00	24
	ECR-25B-1000мкФ	3	1.40	4.20
	ELV-25B-22мкФ	14	0.60	8.40
	X7R-1206-50B	20	0.10	2
	X7R-1206-3кВ	8	0.90	7.2
	X7R-1206-400B	10	1.20	12
Микросхемы
	UC3842	3	7.80	23.4
	UA723	1	3.30	3.30
	SG3525	1	3.30	3.30
	7805ACD2T	1	1.00	1
	ATTiny26	1	14.30	14.3
Транзистор
	K1531	2	0.20	0.4
	K792	3	0.20	0.6
	IRFP150	4	7.20	28.80
	IRFD123	2	4.1	8.2
	2N2907	2	3.2	6.4
	GT15Q101	2	12.5	25
	BC550B	4	2.4	9.6
Диоды
	RUR30100	2	3.70	7.40
	PBU607	1	4.10	4.10
	LL4148	4	0.10	0.40
	1N4937	4	0.40	1.6
	HFA16TB600	4	6.80	27.20
	BZV55C9.2V	2	0.20	0.40
	BZV55C3.342V	2	0.20	0.40
	BZV55C18V	2	0.20	0.40
	TPL921	2	1.15	2.30
	TPL559	2	1.25	2.50
	4N35	3	1.25	3.75
Дроссель
	DST4-10-22	3	5.70	17.10
	FMER-K26-0.9	3	6.20	18.60
Трансформаторы
	TS200-3-2-X20	1	4.10	4.10
	KERMOP-2-K20	1	2.00	2.00
	TS110-30-K28	1	12.30	12.30
	TSI-40A-3-X20	1	6.20	6.20
Реле
	AJR3221	2	10.25	20.30
Разъемы
	SN-6-1	3	1.90	5.70
	DB-9-1	1	1.80	1.80
	AN-6-2	1	0.85	0.85
Выключатели
	В127В-6-100В	1	1.50	1.50
Предохранители
	ZP-20А-50В	2	1.40	2.80
	BP-6.3A-250B	1	0.40	0.40
Ножки
	И28.128.064	4	0.50	2.00
Аккумулятор
	Yuasa12A-7Ah	4		4
Итого	356.5
Транспортно-заготовительные работы.10%	35.65
Всего	392.15

2.3.3 Расчет основной заработной платы

Потери по данной статье рассчитываются по каждому виду работ, в зависимости от нормы времени и почасовой тарифной ставки рабочих.

Сз.о.=Стіtші (2.3.1)

где: Сті- почасовая тарифная ставка.

tі - время на одну операцию.

Нормы времени на операциях были взяты из технологических карт. Перечень работ отвечает технологическому процессу производства изделия. Нормы времени для монтажных и сборочных работ определяются типичными нормами времени на сборочно-монтажные работы, -- таблица

Таблица 2.3.3.Основная заработная плата

	Название работ	Тариф. разряд	Часовая тарифная ставка, грн./час.	Норма времени, час.	Сумма зарплаты, грн.
1	Заготовительные	3	2.6	3	7.8
2	Сверлильные	3	2.6	2	5.2
3	Монтажные	4	2.8	6	16.8
4	Сборочные	5	3.2	4	12.8
5	Маркировочные	3	2.6	5	13
6	Регулировочные	5	3.2	6	19.2
Итого	74.8
Доплаты и надбавки (20%-60%)	37.4
Всего	112.2

2.3.4 Дополнительная заработная плата рабочих

Расходы по этой статье определяются в процентах от основной заработной платы. Ориентировочная величина норматива дополнительной заработной платы для приборостроительных предприятий может быть принята в размере 30-40 %.

Сз.буд.=0.30Сз.о. (2.3.3)

где Сз.о.- основная заработная плата.

Сз.буд.=0.30112.2=33.66 грн.

2.3.5 Отчисление на социальное страхование

За действующими на 23.01.2006 р. нормативами отчислений на социальное страхование составляет 37.8% от суммы основной и дополнительной заработной платы.

Сс.с.=0.378( Сз.про + Сз.д) (2.3.4)

Сс.с.=0.378(112.2+33.66) = 55.13 грн.

2.3.6 Общепроизводственные затраты

Учитывая, что себестоимость изделия определяется на ранних стадиях его проектирования в условиях ограниченной информации относительно технологии производства и расходов на его подготовку, в общепроизводственные расходы включаются, кроме этих расходов, расходы на: освоение основного производства, возмещение износа специальных инструментов и устройств целевого назначения, содержание и эксплуатацию оборудования. При этом общепроизводственные расходы определяются в процентах к основной заработной плате. При таком комплексном составе общепроизводственных расходов их норматив () достигает 200-300%.

Сз.в.= (2...3)Сз.про (2.3.5)

Сз.в.= 2 112.2 = 224.4 грн

Таким образом, производственная себестоимость составляет 880.36 грн.

2.3.7 Административные расходы

Эти расходы относятся к себестоимости изделия пропорционально основной заработной плате и на приборостроительных предприятиях они составляют 100-200%:

Сз.г=1Сз.про (2.3.6)

Сз.г=1112.2= 112.2грн

2.3.8 Расходы на сбыт

Расходы по этой статье определяются в процентах к производственной себестоимости (обычно 2,5 - 5,0%). Ссбыт = 0.025880.36=22

Сумма по всем нижеприведенным статьям является полной себестоимостью продукции.

Результаты расчета сведем в таблицу 2.3.4.

Таблица 2.3.4.Коммерческие расходы

№	Статьи расходов	Сумма, грн.	Удельный вес, %
1.	Сырье и материалы.	62.82	6.19
2.	Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты, работы и услуги производственного характера посторонних предприятий.	392.15	38.65
3.	Основная заработная плата.	112.2	11.5
4.	Дополнительная заработная плата.	33.66	3.31
5.	Отчисление на социальное страхование.	55.13	5.43
6.	Общепроизводственные расходы.	224.4	22.11
	Производственная себестоимость	880.36	86.77
7.	Административные расходы.	112.2	11.5
8.	Расходы на сбыт	22	2.2
	Полная себестоимость.	1014.56	100

Следовательно, полная себестоимость устройства составит: 1014.56 грн.

2.4 Определение цены изделия

Среди разных методов ценообразования на ранних стадиях проектирования, достаточно распространен метод лимитных цен. При этом определяется верхняя и нижняя граница цены.

2.4.1 Нижняя граница цены

Нижняя граница цены () защищает интересы производителя продукции и предусматривает, что цена должна покрыть расходы производителя, связанные с производством и реализацией продукции, и обеспечить уровень рентабельности не ниже того, что имеет предприятие при производстве уже освоенной продукции.

(2.4.1)
(2.4.2)

где: - оптовая цена предприятия, грн.;

- полная себестоимость изделия, грн.;

- нормативный уровень рентабельности, 15%;

- налог на добавочную стоимость, 20%.

Таким образом, получаем:

грн.

.

2.4.2 Верхняя граница цены

Верхняя граница цены () защищает интересы потребителя и определяется той ценой, которую потребитель готов платить за продукцию с лучшим потребительским качеством

(2.4.3)

де: - цена базового изделия, 3000 грн.;

2.4.3 Договорная цена

Договорная цена () может быть установлена по договоренности между производителем и потребителем в интервале между нижней и верхней лимитными ценами.

Из выражения: ,

Значит, выбираем

2.4.4. Определение минимального объема производства продукции.

Себестоимость годового выпуска продукции:

(2.4.4)

где - полная себестоимость единицы продукции, грн;

- условно-сменные расходы =0.65;

- условно-постоянные расходы =0.35;

Х - производственная мощность производства X=150 ед./год;

- годовой объем выпуска продукции =100 ед./год;

Стоимость годового выпуска продукции:

(2.4.5)

Объем продукции, при которой прибыль отсутствует:

(2.4.6)

ед.

Объем продукции, при котором будет достигнут запланированный уровень рентабельности:

 (2.4.6)

Годовая прибыль при достижении запланированного уровня рентабельности составит:

(2.4.7)

Рис. 2.4.1 Характеристика минимального объема производства продукции.

В данном разделе были проведены анализ уровня качества и конкурентной способности источника бесперебойного питания, расчеты себестоимости производства, целесообразности производства, определение цены изделия. Полная себестоимость составляет 1014.56 грн.

Нижняя граница цены -

Верхняя граница цены -

Договорная цена -

Объем продукции, при котором прибыль отсутствует - ед.

3. Охрана труда

В данном разделе дипломного проекта приводится анализ условий труда в производственном помещении по производству источника бесперебойного питания, при разработке и производстве плат управления и питания. Этой части дипломного проекта нужно уделить особенное внимание, т.к. при не соблюдении норм, установленных законодательством, возможно нарушение работоспособности и жизнедеятельности рабочих. Поэтому, мы должны определить опасные и вредные производственные факторы, а также степень их опасности на рабочем месте. Конечно, нужно разработать мероприятия, чтобы защитить рабочих от влияния этих факторов, если они будут превышать допустимые нормы.

3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

К основным вредным и опасным факторам, что влияют на людей, занятых на производстве радиоэлектронной аппаратуры (далее РЭА), можно отнести:

1. Плохая освещенность рабочей зоны (условия освещенности производственных помещений должны удовлетворять нормам, отмеченным в СНиП II-4-79/85);

2. Повышенные уровни электромагнитных излучений (уровни излучений и полей должны отвечать ГОСТ 12.2.006-87);

3. Опасность поражения электрическим током;

4. Неудовлетворительные параметры микроклимата рабочей зоны в производственных помещениях должны удовлетворять нормам, отмеченным в ГОСТ 12.1.005-88 и ДСН 3.3.6.042-99;

5. Содержание в воздухе рабочей зоны вредных веществ разного характера влияния в концентрациях, что превышают предельно допустимые (гранично-допустимая концентрация (ГДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны должны удовлетворять нормам, отмеченным в ГОСТ 12.1.005-88 и ГОСТ 12.1.007-80);

6. Повышенный уровень шума на рабочем месте (допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах) должен соответствовать санитарным нормам допустимых уровней шума на рабочих местах ДСН 3.3.6.037-99;

7. Повышенная напряженность электрического поля промышленной частоты на рабочем месте (напряженность электрических полей промышленной частоты на рабочих местах должна удовлетворять нормам, отмеченным в ГОСТ 12.1.002-88);

8. Влияние вредных факторов влияния мониторов ПК (ДСанПиН 3.3.2.007-98).

3.2 Характеристика параметров рабочего помещения

При разработке и изготовлении изделия основные трудозатраты составляет разработка программного обеспечения, а именно: разработка программы прошивки микроконтроллера и программного обеспечения для связи устройства с персональным компьютером (ПК). Помещение, в котором находится ПК является рабочей комнатой лаборатории исследовательского института. Помещение лаборатории находится на втором этаже панельного дома. Вибрация в помещении отсутствует. Вредные вещества в помещении лаборатории также отсутствуют. Состав воздушной среды в норме. В рабочей комнате находится монитор в составе ПК, офисная мебель. Покрытие пола - паркет. Стены обклеены обоями.

Основные геометрические размеры помещения, котором будут проводится работы по проектированию платы управления:

- длинна а = 6 м;

- ширина b = 5 м;

- высота h = 2,60 м.

В помещении лаборатории будут работать два инженера.

Исходя из значений a, b, h, рассчитаем площадь помещение:

S > i = a ? b = 6 ? 5 = 30 (кв.м) - площадь помещения;

Sn = 6.2 (кв.м) - общая площадь столов и шкафа.

S = Si - Sn = 30- 6.2 = 23,8 (кв.м)

V = S ? h = 23,8 ? 2,60 = 61,88 (куб.м)

Площадь и объем, что приходится на одного рабочего, определяется по формулам:

S1 = S2 = S / 2 = 23,8 / 2 = 11,9 кв.м

V1 = V2 = V / 2 =61,88 / 2 = 30,94 кв.м

На основании приведенных выше данных рассчитаем значение площади и объема помещения, что приходится на одного служащего. Результаты расчетов приведены в таблице.

Таблица 1.Результаты расчетов

Параметр	Норматив	Реальные параметры
Площадь, S	не меньше 6 кв. м.	11,9 кв.м
Объем , V	не меньше 15 куб. м.	30,94 кв.м

Анализируя условия труда в помещении, заметим, что объем помещения, который приходится на одного человека, больше нормативного значения СН245-82 и ОНТП24-86.

3.3 Расчет природного освещения

Согласно СНиП ИИ-4-79/85 для наименьшего различения объектов (разряд зрительной работы ІІІ (б)) 0.3 - 0.5 мм значения коэффициента природного освещения (КПО) должно равняться 2%.

Целью расчета условного освещения является проверка его соответствия СНиП ИИ-4-79/85. При боковом одностороннем освещении формируется минимальное значении КПО в точке, размещенной на расстоянии одного метра от стены, наиболее отдаленной от световых проемов на пересечении характерного разреза плоскости помещения и рабочей поверхности. Характерный разрез помещения - поперечный разрез по средине помещения, плоскость которого перпендикулярная плоскости проемов. Условная рабочая поверхность - горизонтальна и расположена на высоте 0.8 м от полу.

Находим номер светового климата. Для Киева номер светового климата - IV. На основе СНиП ИИ-4-79, находим коэффициент природного освещения (КПО = 2), для работы высокой точности (разряд зрительной работы ІІІ (б)).

Для домов города Киева (IV пояс светового климата) нормируемое значение КПО находим по формуле:

,

де: еІІІ - КПО для ІІІ светового климата;

m - коэффициент светового климата, m = 0.9;

с - коэффициент солнечности климата, с = 0.75, для световых проемов во внешних стенах дома, ориентированных по сторонах горизонта 136° ... 225°.

Фактическое значение КПО рассчитывается по формуле:

где: E?- геометрический КПО в расчетной точек при боковом освещении, учитывая прямой свет неба, который находим по формуле;

g - коэффициент, который учитывает неравномерность яркости солнечного неба g = 0.75 для условной высоты светового проема над рабочей поверхностью 20°.

R - коэффициент, который учитывает относительную яркость напротив стоящего дома.

r1 - коэффициент, который учитывает увеличение КПО при боковом освещении благодаря свету, отбитому от поверхности помещения и подсвечивающего слоя, прилегающего к дому, учитывая отношение глубины помещения к высоте верха окна к уровню рабочей поверхности, отношение расстояния рассчитанной точки от внешней стены к глубине помещения В, коэффициенте отражения поверхности помещения ср;

0 - общий коэффициент пропускания света, который рассчитывается за формулой;

k3 - коэффициент запаса, k3 = 1.3.

Езд - геометрический КПО в расчетной точке при боковом освещении, учитывает отраженный свет, отбитый от бокового строения, и, рассчитывается по формуле.

Найдем геометрический КПО в расчетной точке при боковом освещении:

где: n1 - количество лучей проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку при поперечном разрезе помещения (n1 = 8);

n2 - количество лучей проходящих от неба через световые проемы в расчетную точку на плане помещения (n2 = 30).

Найдем индекси строения в плане разреза:

где: ln - длинна противоположного дома, ln = 100 м;

Н - высота противоположного дома, Н = 20 м;

l - расстояние от расчетной точки в помещении к внешней поверхности стены дома, l = 95 м;

р - расстояние между домами, р = 50 м;

а - ширина окна на плане, а = 3 м;

h - высота верхней грани окна над полом, h = 4 м.

Отделочный материал фасада противоположного дома - бетон.

Находим по рассчитанным значениям z1 и z2, R - коэффициент, который учитывает относительную яркость противоположного дома:

R = 0.22

Рассчитаем коэффициент отражения поверхности помещения:

где: р1, р2, р3 - коэффициенты отражения потолка, стен, пола.

Соответственно (р1 = 0.7, р2 = 0.5, р3 = 0.1);

S1, S2, S3 - площадь потолка, стен, пола (S1 = 110 м2, S2 = 210 м2, S3 = 110 м2)

.

Находим r1, учитывая, что:

; ; ; рср = 0.46;

r1 = 5.4;

Находим общий коэффициент пропускания света:

где: ?1 - коэффициент светопропускания материала остекления, для стекла оконного листового двойного ? 1 = 0.8;

? 2 - коэффициент, учитывающий потери света в деревянных перегородках. ? 2 = 0.7;

? 3 - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкция при боковом освещении, ? 3 = 1;

? 4 - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах. Зависит от типа устройства, вида изделия и материалов для защитных козырьков, ? 4 = 0.9;

? 5 - коэффициент, учитывающий потери света в защитной стенке при боковом освещении, ? 5 = 1.

Находим геометрический КПО в расчетной точке при боковом освещении, учитывая свет, отбитый от соседнего здания, по формуле:

Значение та , та ( = 5; = 22)

Находим фактический КПО по формуле (8.3.1)

Рассчитанное значение КПО больше нормированного - зрительные Работы при естественном освещении отвечают нормативным требованиям.

3.4 Расчет искусственного освещения

Сделаем расчет искусственного освещения. Исходные данные для расчета:

- лампа дневного освещения ЛБ - 65;

- световой поток ФЛ = 465 ЛК;

- тип осветлителя ЛПО - 02 (две лампы по 65 Вт);

- количество светильников N = 12;

- высота подвеса h = 3,3 м (с учетом высоты столов).

Освещение находится по формуле:

n - количество ламп в светильнике;

- коэффициент, учитывающий увеличение освещения за счет отражения отдаленных светильников, = 1.2;

m - количество рядов светильников, m = 6;

Еі - относительная освещенность в расчетной площади, от і-го полуряда светильников (ЛК), рассчитывается по формуле ;

Фі - коэффициент перехода от горизонтального освещения к наклонному, так как столы горизонтальные, то Ф = 1 для всех Е;

k3 - коэффициент запаса, учитывается запыленность, k3 = 1.5;

Ір - длинна ряда, Ір = 8.4 м;

- вспомогательная функция, значение которой находится в зависимости от относительных координат та ;

- сила света в направлении расчетной точки, рассчитывается в зависимости от угла , который находят для соответствующих значений и по условной группе светильников.

Найдем соответствующие значения Е:

Находим освещенность Е за формулою :

Норма освещенности для данного вида работ (разряд работы IІІ (б), робота высокой точности) равняется 300 ЛК. Таким образом, общая освещенность удовлетворяет требованиям СНиП II-4-79.

3.5 Оценка санитарных норм условий труда при пайке