Творческий проект по технологии

Автор: Тюпин Андрей Александрович

Организация: МКОУ гимназия г. Слободской

Населенный пункт: Кировская область, г. Слободской

Постановка задачи и обоснование темы творческого проекта.

Блок питания - один из самых важных аппаратов, если дело касается технологии или радиоэлектроники. Без блока питания очень трудно, а порой и невозможно, проверить работоспособность разработанного устройства. Батарейки слишком дороги и слишком быстро кончаются, к тому же они не способны выдать необходимую для некоторых аппаратов силу тока. Для уроков технологии блок питания необходим. Но финансовое обеспечение нашей школы поджимало, и понадобилось сделать его вручную. Также в рамках проекта были разработаны дополнительные приспособления для упрощения работы с блоком питания.

Актуальность, социальная значимость и востребованность; наличие предпроектного исследования.

Блоки питания используются очень давно. Фактически, первые блоки питания в России появились тогда же, когда началась электрификация населения, т.е. в 20-х – 30-х годах прошлого века. И блоки питания используются по сей день, т.к. ничего лучше пока что придумано не было. Трансформаторы имеют очень высокий КПД, благодаря чему потери энергии минимальны. Блоки питания на выходе дают напряжение, не опасное для жизни, поэтому могут использоваться детьми 5-8 классов при условии объяснения техники безопасности учителем. Качественный блок питания – покупка не из дешевых. В магазинах нашего города блок питания , аналогичный сделанному, стоит около 3-х тысяч рублей. Исходя из этого, можно сделать вывод, что самодельный блок питания – самый лучший выход из сложившейся ситуации.

Теоретические сведения

Вторичный источник электропитания — это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии номиналам её параметров: напряжения, тока, и т. д. путём преобразования энергии других источников питания. Согласно ГОСТ Р 52907-2008 слово «вторичный» опускается. Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах, либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах — например, материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания, стойки электропитания и т. д.), или даже расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).

Задачи вторичного источника питания

-Обеспечение передачи мощности — источник питания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.

-Преобразование формы напряжения — преобразование переменного напряжения в постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.

-Преобразование величины напряжения — как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины для питания различных цепей.

-Стабилизация — напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и т. д. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.

-Защита — напряжение или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.

-Гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.

-Регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.

-Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).

-Контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.

Историческая справка

Главной составляющей блока питания является трансформатор.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока (ГОСТ Р52002-2003).

Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.\

 

Для создания трансформаторов необходимо было изучение свойств материалов: неметаллических, металлических и магнитных, создания их теории.

Столетов Александр Григорьевич (профессор МУ)сделал первые шаги в этом направлении — обнаружил петлю гистерезиса и доменную структуру ферромагнетика (80-е).

Братья Гопкинсоны разработали теорию электромагнитных цепей.

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора, при проведении им основополагающих исследований в области электричества.

Схематичное изображение будущего трансформатора впервые появилось в 1831 году в работах Фарадея и Генри. Однако ни тот, ни другой не отмечали в своём приборе такого свойства трансформатора, как изменение напряжений и токов, то есть трансформирование переменного тока.

В 1848 году французский механик Г. Румкорф изобрёл индукционную катушку. Она явилась прообразом трансформатора.

30 ноября 1876 года, дата получения патента Яблочковым Павлом Николаевичем, считается датой рождения первого трансформатора. Это был трансформатор с разомкнутым сердечником, представлявшим собой стержень, на который наматывались обмотки.

Первые трансформаторы с замкнутыми сердечниками были созданы в Англии в 1884 году братьями Джоном и Эдуардом Гопкинсон.

Большую роль для повышения надежности трансформаторов сыграло введение масляного охлаждения (конец 1880-х годов, Д.Свинберн). Свинберн помещал трансформаторы в керамические сосуды, наполненные маслом, что значительно повышало надежность изоляции обмоток.

С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току. Русский электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трёхфазную систему переменного тока, построил первый трёхфазный асинхронный двигатель и первый трёхфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу трёхфазного тока протяжённостью 175 км. Трёхфазный генератор имел мощность 230 КВт при напряжении 95 В.

1928 год можно считать началом производства силовых трансформаторов в СССР, когда начал работать Московский трансформаторный завод (впоследствии — Московский электрозавод).

В начале 1900-х годов английский исследователь-металлург Роберт Хедфилд провёл серию экспериментов для установления влияния добавок на свойства железа. Лишь через несколько лет ему удалось поставить заказчикам первую тонну трансформаторной стали с добавками кремния.

Следующий крупный скачок в технологии производства сердечников был сделан в начале 30-х годов XX в, когда американский металлург Норман П. Гросс установил, что при комбинированном воздействии прокатки и нагревания у кремнистой стали появляются незаурядные магнитные свойства в направлении прокатки: магнитное насыщение увеличивалось на 50 %, потери на гистерезис сокращались в 4 раза, а магнитная проницаемость возрастала в 5 раз.

Банк идей

Блоки питания применяются в разных устройствах и целях. Их вид сильно отличается. На фотографиях изображены (сверху вниз): внутреннее устройство компьютерного блока питания, импульсный блок питания, два разных компьютерных блока питания и аналоговый блок питания.

Выбор и описание базового варианта

В результате обсуждений было решено, что наиболее подходящим вариантом изделия является устройство ниже. Оно легко в сборке, в нем не используются редкие и дорогие детали, а также оно обладает отказоустойчивостью при коротком замыкании и детали в нем можно заменить аналогами, идентичными по характеристике.

Основные параметры и ограничения

1. Изделие должно быть мобильным и портативным.
2. Устройство должно быть безопасным и отказоустойчивым.
3. Должно легко осваиваться учениками 5-8 классов.
4. Должно иметь свой стиль и быть эстетичным.
5. Должно быть простым и дешевым при изготовлении.
6. Изделие должно быть перерабатываемым или утилизируемым (т.е. безвредно использоваться после полного выхода их эксплуатации).

Инструменты и материалы

Для изготовления устройства в целом понадобились следующие инструменты:

1. Паяльник
2. Ножовка по металлу
3. Напильник
4. Зубило
5. Молоток слесарный
6. Сверлийный станок
7. Отвертка

Для изготовления внутренней составляющей устройства понадобились следующие расходные материалы:

1. Припой «ПОС-61», оснащенный канальцами с флюсом.
2. Флюс (канифоль).

Для изготовления понадобились следующие ресурсы:

1. Посещение Интернета.
2. Электроэнергия.

Полный текст статьи см. приложение

1. file0_c0a8252d-021b-4105-ba6b-e0f11e749a56.doc (20,2 МБ)

Опубликовано: 23.09.2024