ПЗ Яновский. Целью курсового проекта является расчет и анализ количественных показателей надежности автоматической системы точечного оплавления припоя. Задачи исследования

Название	Целью курсового проекта является расчет и анализ количественных показателей надежности автоматической системы точечного оплавления припоя. Задачи исследования
Дата	26.05.2022
Размер	0.52 Mb.
Формат файла
Имя файла	ПЗ Яновский.docx
Тип	Документы #550162
страница	3 из 4

1 2 3 4

Вывод:

Расчет надежности анализируемого блока управления и защиты без учета условий эксплуатации показал, что результирующая вероятность безотказной работы всей системы равна 0,679, что является низкой величиной. Это является следствием высокого значения интенсивности отказа некоторых элементов системы (например, контактора, реле времени).

Для увеличения вероятности безотказной работы рекомендуется, либо заменить эти элементы более надежными (например, контактор заменить пускателем), либо зарезервировать их элементами с более большей вероятностью безотказной работы.

Но на практике данные рекомендации выполнить не всегда является возможным. Поэтому был выполнен уточнённый расчет надежности анализируемого блока управления и защиты (с учетом условий эксплуатации)
2.3 Уточненный расчет надежности (с учетом условий эксплуатации) заданного технологического устройства.

Для увеличения вероятности безотказной работы системы рекомендуется уменьшить влияние окружающей среды на элементы системы, увеличив герметичность оболочек элементов, а также недопущение перегрева элементов путем применения более лучших систем охлаждения. Для более точного анализа надежности технологического устройства проведем уточненный расчет надежности.

Содержит расчет количественных показателей надежности с учетом температуры и нагрузки элементов, входящих в состав устройства.

При проведении уточненного расчета надежности с учетом условий эксплуатации необходимо учитывать воздействия внешней среды, в которой функционирует блок управления и защиты (температура, влажность, давление, вибрация, запыленность и т.п.), а также особенности энергетического режима работы самого блока управления и защиты (выделяемой элементами тепловой энергии, величин электромагнитных нагрузок, механических напряжений и т.п.).

Степень влияния различных факторов условий эксплуатации на показатели надежности различна. При приближенных расчетах учет влияния условий эксплуатации на надежность работы блока управления и защиты производят путем введения следующих показателей:

- температура поверхности элемента t˚;

- коэффициент внешних условий k_э, суммарно учитывающий остальные внешние условия эксплуатации;

- коэффициент нагрузки элемента k_н, представляющий отношение фактических значений нагрузки к номинальным.

Параметры электрических нагрузок для различных элементов блока управления и защиты различны. Так, для резисторов параметром нагрузки является мощность рассеивания;

для конденсаторов – рабочее напряжение;

для полупроводниковых диодов - выпрямленный ток и обратное напряжение;

для транзисторов – суммарная мощность рассеивания на переходах в непрерывном и импульсном режимах;

для трансформаторов – мощность первичной обмотки;

для дросселей – плотность тока в обмотках;

для электрических машин – рабочая мощность;

для пускателей, переключателей, штепсельных разъемов – ток, протекающий через контакты;

для реле – ток через контакты и время нахождения обмотки под напряжением.

Поэтому при расчете показателей надежности блока управления и защиты с учетом условий эксплуатации следует различать коэффициент нагрузки по току k_ii= I/I_i, коэффициент нагрузки по напряжению k_iu= U/U_i и коэффициент нагрузки по мощности kiw=W/Wi (табл. 2.3).
Таблица 2.3 – Коэффициенты нагрузки электротехнических устройств

Наименование элемента	Коэффициент нагрузки	Рекомендуемое значение
Диоды Дроссели Конденсаторы Коммутационные элементы Резисторы Реле, контакторов, магнитные пускатели Транзисторы, интегральные микросхемы Трансформаторы силовые Трансформаторы вращающиеся Электрические машины	k_нi, k_нv k_нi k_нv k_нi k_нw k_нi k_нw k_нw k_нv k_нw	0,7 0,9 0,85 0,9 0,8 0,8 0,85 0,9 0,95 0,9

Результирующее значение интенсивности отказов элементов блока управления и защиты с учетом условий эксплуатации _j_э можно определить по формуле:

_j_э_i n_j a(t, k_H), (2.5)

где a(t˚, k_H) - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации (определяется по номограммам справочных пособий),

n_j– количество элементов в группе;

λj – интенсивность отказа элемента.

при температуре t₁˚= 40˚С внутри блока управления и защиты:

для силового трансформатора:

_j_э₁⁴⁰^С^˚_i1 n_j1 a(t, k_H)₁ = 3 1,0  7 10^-6 = 21,0 10^-6ч^-1

для штепсельного разъема:

_j_э₂^40˚^С_i2 n_j2 a(t, k_H)₂ = 0,3 3  0,55 10^-6 = 0,495 10^-6ч^-1

для контактора трехполюсного:

_j_э₃^40˚^С_i3 n_j3 a(t, k_H)₃ = 3 3  2,5 2,05 10^-6 = 46,125 10^-6ч^-1

для реле электромагнитного (три контактные группы):

_j_э₄^40˚^С₃ n_j4 a(t, k_H)₄ = 316  0,3 2,05 10^-6 = 29,52 10^-6ч^-1

для реле пневматического (две контактные группы):

_j_э₅^40˚^С_i5 n_j5 a(t, k_H)₅ = 2 17 2,05 10^-6 = 69,7 10^-6ч^-1

для конденсатора электролитического:

_j_э₆^40˚^С_i6 n_j6 a(t, k_H)₆ =18 0,35  1,20 10^-6 = 7,56 10^-6ч^-1

для конденсатора слюдяного:

_j_э₇^40˚^С_i7 n_j7 a(t, k_H)₇ = 6 0,25  0,5 10^-6 = 0,75 10^-6ч^-1

для резистора металлопленочного:

_j_э₈^40˚^С_i8 n_j8 a(t, k_H)₈ = 8 0,04  0,82 10^-6 =0,2624 10^-6ч^-1

для резистора проволочного:

_j_э₉^40˚^С_i1 n_j9 a(t, k_H)₉ = 2 0,1  0,7 10^-6 = 0,14 10^-6ч^-1

для транзистора германиевого:

_j_э₁₀^40˚^С_i10 n_j10 a(t, k_H)₁₀ = 4 0,3  1,5 10^-6 = 1,8 10^-6ч^-1

для транзистора кремниевого:

_j_э₁₁^40˚^С_i11 n_j11 a(t, k_H)₁₁ = 8 0,5  0,6 10^-6 = 2,4 10^-6ч^-1

для диода кремниевого:

_j_э₁₂^40˚^С_i12 n_j12 a(t, k_H)₁₂ = 19 0,2  0,8 10^-6 = 3,04 10^-6ч^-1

для интегральной микросхемы:

_j_э₁₃^40˚^С_i13 n_j13 a(t, k_H)₁₃ = 6 0,25  1,5 10^-6 = 2,25 10^-6ч^-1

для дросселя:

_j_э₁₄^50˚^С_i14 n_j14 a(t, k_H)₁₄ = 3 0,35  7 10^-6 = 7,35 10^-6ч^-1
при температуре t₂˚=50˚С внутри блока управления и защиты:

для силового трансформатора:

_j_э₁^50˚^С_i1 n_j1 a(t, k_H)₁ = 3 1,0  10 10^-6 = 30 10^-6ч^-1

для штепсельного разъема:

_j_э₂^50˚^С_i2 n_j2 a(t, k_H)₂ = 0,3 3  0,65 10^-6 = 0,585 10^-6ч^-1

для контактора трехполюсного:

_j_э₃^50˚^С_i3 n_j3 a(t, k_H)₃ = 3 3  2,5 3,3 10^-6 = 74,25 10^-6ч^-1

для реле электромагнитного (три контактные группы):

_j_э₃^50˚^С_i3 n_j3 a(t, k_H)₃ = 3 3  2,5 3,3 10^-6 = 74,25 10^-6ч^-1

для реле пневматического (две контактные группы):

_j_э₅^50˚^С_i5 n_j5 a(t, k_H)₅ = 2 17 3,3 10^-6 = 112,2 10^-6ч^-1

для конденсатора электролитического:

_j_э₆^50˚^С_i6 n_j6 a(t, k_H)₆ = 18 0,35  1,9 10^-6 = 11,97 10^-6ч^-1

для конденсатора слюдяного:

_j_э₇^50˚^С_i7 n_j7 a(t, k_H)₇ = 6 0,25  0,62 10^-6 = 0,93 10^-6ч^-1

для резистора металлопленочного:

_j_э₈^50˚^С_i8 n_j8 a(t, k_H)₈ = 8 0,04  0,99 10^-6 = 0,3168 10^-6ч^-1

для резистора проволочного:

_j_э₉^50˚^С_i9 n_j9 a(t, k_H)₉ = 2 0,1  0,8 10^-6 = 0,16 10^-6ч^-1

для транзистора германиевого:

₁₀^50˚^С_i10 n_j10 a(t, k_H)₁₀ = 4 0,3  2,0 10^-6 = 2,4 10^-6ч^-1

для транзистора кремниевого:

_j_э₁₁^50˚^С_i11 n_j11 a(t, k_H)₁₁ = 8 0,5  0,7 10^-6 = 2,8 10^-6ч^-1

для диода кремниевого:

_j_э₁₂^50˚^С_i12 n_j12 a(t, k_H)₁₂ = 19 0,2  1,0 10^-6 = 3,8 10^-6ч^-1

для интегральной микросхемы:

_j_э₁₃^50˚^С_i13 n_j13 a(t, k_H)₁₃ = 6 0,25  2,0 10^-6 = 3,0 10^-6ч^-1

для дросселя:

_j_э₁₄^50˚^С_i14 n_j14 a(t, k_H)₁₄ = 3 0,35  10 10^-6 = 10,5 10^-6ч^-1

при температуре t₃˚=60˚С внутри блока управления и защиты:

для силового трансформатора:

_j_э₁^60˚^С_i1 n_j1 a(t, k_H)₁ = 3 1,0  14,5 10^-6 = 43,5 10^-6ч^-1

для штепсельного разъема:

_j_э₂^60˚^С_i2 n_j2 a(t, k_H)₂ = 0,3 3  0,7 10^-6 = 0,63 10^-6ч^-1

для контактора трехполюсного:

_j_э₃^60˚^С_i3 n_j3 a(t, k_H)₃ = 3 3 2,5 5,5 10^-6 = 123,75 10^-6ч^-1

для реле электромагнитного (три контактные группы):

_j_э₄^60˚^С_i4 n_j4 a(t, k_H)₄ = 3 16 0,3 5,5 10^-6 = 79,2 10^-6ч^-1

для реле пневматического (две контактные группы):

_j_э₅^60˚^С_i5 n_j5 a(t, k_H)₅ = 2 17  5,5 10^-6 = 187 10^-6ч^-1

для конденсатора электролитического:

_j_э₆^60˚^С_i6 n_j6 a(t, k_H)₆ = 18 0,35  3,5 10^-6 = 22,05 10^-6ч^-1

для конденсатора слюдяного:

_j_э₇^60˚^С_i7 n_j7 a(t, k_H)₇ = 6 0,25 0,82 10^-6 = 1,23 10^-6ч^-1

для резистора металлопленочного:

_j_э₈^60˚^С_i8 n_j8 a(t, k_H)₈ = 8 0,04  1,2 10^-6 = 0,384 10^-6ч^-1

для резистора проволочного:

_j_э₉^60˚^С_i9 n_j9 a(t, k_H)₉ = 2 0,1  0,91 10^-6 = 0,182 10^-6ч^-1

для транзистора германиевого:

_j_э₁₀^60˚^С_i10 n_j10 a(t, k_H)₁₀ = 4 0,3 2,4 10^-6 =2,88 10^-6ч^-1

для транзистора кремниевого:

_j_э₁₁^60˚^С_i11 n_j11 a(t, k_H)₁₁ = 8 0,5 0,8 10^-6 = 3,2 10^-6ч^-1

для диода кремниевого:

_j_э₁₂^60˚^С_i12 n_j12 a(t, k_H)₁₂ = 19 0,2 1,2 10^-6 = 4,56 10^-6ч^-1

для интегральной микросхемы:

_j_э₁₃^60˚^С_i13 n_j13 a(t, k_H)₁₃ = 6 0,25 2,4 10^-6 = 3,6 10^-6ч^-1

для дросселя:

_j_э₁₄^60˚^С_i14 n_j14 a(t, k_H)₁₄ = 3 0,35 14,5 10^-6 = 15,225 10^-6ч^-1

Номограммы для определения коэффициента, учитывающего условия эксплуатации a(t˚, k_H) для элементов блока защиты и управления в зависимости от коэффициента нагрузки и температуры элементов приведены в Приложении А (рис. А.1).

Сначала, используя номограммы, определяем значение интенсивности отказов элементов блока управления и защиты при температуре t₁˚=30˚С, затем определяем значения интенсивности отказов при температуре соответственно t₂˚=50˚С; t₃˚=70˚С.

Суммарная интенсивность отказов _jэ с учетом условий эксплуатации _sэ определяется по формуле:

_sэk_э_jэ (2.6)

где a(t˚, k_H) - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации (определяется по номограммам справочных пособий),

λj – интенсивность отказа элемента.,

λ_s- – интенсивность отказов блока управления и защиты.

для 40˚С:

_s_э^40˚Сk_э (_i_э1^40˚ ÷_i_э14^40˚) = 2 192,3924 10^-6 = 384,7848 10^-6ч^-1

для 50˚С:

_s_э^50˚Сk_э (_i_э1^50˚ ÷_i_э14^50˚) = 2  300,4318 10^-6 = 600,8636 10^-6ч^-1

для 60˚С:

_s_э^60˚Сk_э (_i_э1^60˚ ÷_i_э14^60˚) = 2  487.391 10^-6 = 974,782 10^-6ч^-1

Суммарная интенсивность отказов с учетом условий эксплуатации определяется при температуре t₁˚=40˚С, затем при температуре соответственно t₂˚=50˚С; t₃˚=60˚С.

После этого необходимо рассчитывать результирующую вероятность безотказной работы Р_э(t) и среднее время безотказной работы для Т_ср.эблока защиты и управления по формулам 2.7, 2.8 для каждой из заданных температур (t₁˚=40˚С, t₂˚=50˚С; t₃˚=60˚С).

t) = exp ^{(- sэ} (2.7)
где Р_э(t) – результирующую вероятность безотказной работы,

– интенсивность отказов блока управления и защиты.

Т_ср = 1/ λ_s- (2.8)

где T_ср – среднее время безотказной работы блока управления и защиты,

λ_s- – интенсивность отказов блока управления и защиты.

для 40˚С: P_(t)^40˚С = exp (-_s_э^40˚Сt) = exp(-384,7848  10^-6  6000) = 0,099

T_ср^40˚^C = 1/_s_э^40˚С = 1/384,7848  10^-6ч^-1= 3511,4ч

для 50˚С: P_(t)^50˚С = exp (-_s_э^50˚Сt) = exp(-600,8636  10^-6  6000) = 0,027

T_ср^50˚^C = 1/_s_э^50˚С = 1/606,8636  10^-6ч^-1= 1647,8ч

для 60˚С: P_(t)^60˚С = exp (-_s_э^60˚Сt) = exp(-974,782  10^-6  6000) = 0,0028

T_ср^60˚^C = 1/_s_э^60˚С = 1/974,782  10^-6ч^-1= 1025,8ч

Температурные зависимости P(t) = f(t˚) и _s = f(t˚) представлены на рисунке 2.1.

Расчет надежности анализируемого блока управления и защиты с учетом условий эксплуатации показал, что результирующая вероятность безотказной работы всей системы уменьшается при увеличении температуры элементов и вследствие влияния условий окружающей среды.

1 2 3 4