Контрольная работа по автомеханике. Автоматический электропривод Тлеухан Р. Контрольная работа Специальность Электрическое и электромеханическое оборудования
 Скачать 142.73 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан Саранский гуманитарно – технический колледж Контрольная работа Специальность: «Электрическое и электромеханическое оборудования» Преподаватель Катинас В.М. Студент Тлеухан Р.Қ. Раздел №6 Надежность электроприводов. Тема 6.1. Основные понятия и определения надежности. Вопросы для самоконтроля: Что называется надежностью электропривода ? Что называется вероятностью безотказной работы, интенсивностью отказов и наработкой до отказа ? Как эти показатели связаны между собой ? Ответы Надежность электропривода — вероятность надлежащего выполнения электроприводом своих функций в течение установленного промежутка времени при работе в оговоренных условиях. Для однотипных устройств с одновременным началом эксплуатации надежность может быть определена как отношение числа работоспособных в данный момент устройств к их общему числу. Надежность связана с интенсивностью отказов. Интенсивность отказов, в свою очередь, определяет важнейшую характеристику надежности — среднюю величину наработки до отказа. Надежность — категория технико-экономическая, и создание электроприводов с оптимальной надежностью — ответственная задача. Электропривод чаще всего является восстанавливаемым объектом, 28 для которого критерием надежности является коэффициент готовности, определяемый через среднюю наработку до отказа и среднее время восстановления. Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в пределах заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не возникает. Вероятность безотказной работы вместе с интенсивностью отказов определяет безотказность объекта (при этом вероятность безотказной работы обратна вероятности отказа объекта). Наработка на отказ. Сре́дняя нарабо́тка на отка́з — технический параметр, характеризующий надёжность восстанавливаемого прибора, устройства или технической системы. Средняя продолжительность работы устройства между отказами, то есть MTBF, показывает, какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается в часах. где t i — наработка до наступления отказа i; m — число отказов. Интенси́вность отка́зов — отношение числа отказавших объектов (образцов аппаратуры, изделий, деталей, механизмов, устройств, узлов и т. п.) в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными. Наработка на отказ T0 есть среднее время исправной работы между двумя соседними отказами. Представляет собой отношение наработки восстанавливаемой системы к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки. Величина случайная, точное значение которой заранее предсказать невозможно. Поэтому рассчитывается как среднее статистическое значение  где m – число отказов за время t, ti – время исправной работы между (i-1) и i-m отказами, ТМ – суммарное время безотказной работы за время t.  Как видно этот показатель используется для оценки безотказности восстанавливаемых систем.  Для невосстанавливаемых систем применяется показатель наработки до отказа Тср (для восстанавливаемых систем наработка до первого отказа).  Статистическое значение рассчитывается  где ti – время работы i-го изделия до первого отказа. Недостатки этих показателей сводятся к следующему: как математическое ожидание случайной величины они не могут полностью характеризовать время исправной работы, поскольку неизвестна мера рассеяния их величины; - не позволяют оценить надежность изделий, время работы которых меньше среднего времени безотказной работы. Интенсивность отказов есть условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемой системы. Статистическое значение интенсивности отказов определяется как отношение числа систем, отказавших в единицу времени, к среднему числу систем, остающихся исправными в данный промежуток времени. где ‑ количество изделий, отказавших за время , ‑ количество изделий, оставшихся исправными до конца наработки t. Параметр потока отказов есть плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемой системы. Статистическое значение представляет среднее число отказов в единицу времени непрерывной работы. Как видно, параметр потока отказов величина – обратная наработке на отказ, следовательно Закономерность изменения параметра потока отказов во времени может носить различный характер. Кривая 1 носит классический характер. Стадия I соответствует приработке, во время которой выявляются скрытые дефекты и пропуски контроля. Частота отказов уменьшается и стабилизируется, что соответствует переходу в стадию нормальной работы (II). На этой стадии поток отказов может рассматриваться как стационарный. Тема 6.2. Показатели надежности и электропривода и способы ее повышения Вопросы и задачи для самоконтроля: В чем заключается коэффициентный метод расчета надежности? Какие существуют методы повышения надежности электроприводов при их проектировании и эксплуатации? Какими средствами можно повысить помехозащищенность электроприводов? Рассчитайте основные показатели надежности для электропривода насоса. Электропривод работает в закрытом помещении, температура окружающей среды 30 градус в длительном режиме. Ответы Пользуясь коэффициентным методом, характеристики / эб / ( Х0, t) вероятности безотказной работы блоков системы целесообразно строить на одном графике. Такое построение дает возможность сравнивать надежности отдельных блоков системы и выявлять наименее надежные из них. В общем случае не все элементы АУС работают непрерывно все время от момента ее включения до выключения. При коэффициентном методе новый норматив определяется на базе старого путем внесения в него изменений с учетом условий производства, снабжения, реализации продукции ( работ, услуг), расчетов. При коэффициентном методе в сводный норматив предшествующего периода вносятся поправки на планируемое изменение объема производства и на ускорение оборачиваемости средств. Применение дифференцированных коэффициентов по отдельным элементам оборотных средств допустимо, если нормативы периодически уточняются путем прямого счета. При коэффициентном методе норматив оборотных средств на планируемый период устанавливается с помощью норматива предшествующего периода и с учетом изменения объема производства и ускорения оборачиваемости оборотных средств. При коэффициентном методе новый норматив определяется на базе старого путем внесения в него изменений с учетом условий производства, снабжения, реализации продукции ( работ, услуг), расчетов. При коэффициентном методе расчета надежности систем для определения критериев надежности используются не абсолютные значения Я - интенсивностей отказов элементов, а коэффициенты надежности Кг - Они представляют собой отношения Я - и интенсивности отказов Яб некоторого базового элемента. При этом предполагается, что интенсивности отказов элементов всех типов меняются при изменении условий эксплуатации в одинаковой степени. Ниже изложен коэффициентный метод расчета средней поверхностной температуры корпуса в форме параллелепипеда, находящегося в условиях естественного теплообмена со средой. Отличительной особенностью коэффициентного метода расчета надежности от изложенных является следующее. В там случае, когда имеется достоверное значение интенсивности отказов одного элемента системы, может быть применен коэффициентный метод. Он основан на следующих допущениях: а) отказы являются событиями случайными и независимыми; б) отказ любого элемента приводит к отказу всей системы; в) интенсивность отказов Xconst; г) интенсивности отказов всех элементов системы изменяются в зависимости от условий эксплуатации в одинаковой степени. Первые три допущения означают, что справедлив экспоненциальный закон надежности. В чем заключается коэффициентный метод расчета надежности. Важной отличительной особенностью коэффициентного метода является простой и удобный способ учета режимов работы и условий окружающей среды с помощью поправочных коэффициентов. Важным моментом в коэффициентном методе анализа является изучение динамики различных коэффициентов, позволяющее установить положительные и отрицательные тенденции, отражающие качество управления денежными потоками организации, а также разработать необходимые мероприятия для внесения соответствующих коррективов по оптимизации управленческих решений в процессе осуществления хозяйственной деятельности. В приложении 2 приведен также коэффициентный метод расчета средней поверхностной температуры корпуса. Погрешность расчета теплового режима аппарата по описанному коэффициентному методу составляет 25 % по отношению к эксперименту. Переоценка может проводиться прямым расчетом или коэффициентным методом. В первом случае остатки полуфабрикатов в незавершенном производстве оцениваются по старым и новым нормам, полученные произведения сравниваются и находится разница от изменений норм. Методы повышения надежности в процессе проектирования достигаются разработкой современных конструктивных и технологических решений, а также введением обоснованного резервирования. Методы повышения надежности тесно связаны с задачами, встающими перед конструкторами, технологами и эксплуатационниками не только в связи с надежностью, но и с необходимостью обеспечивать заданные технические характеристики изделия, всемерно повышать производительность машин, уменьшать их габариты и металлоемкость. Методы повышения надежности систем, применяемые в эксплуатации, могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят все изложенные методы. Методы повышения надежности механизмов относятся к трем основным группам: конструктивные, технологические, эксплуатационные. Схемно-конструкторские методы повышения надежности используются инженерами-разработчиками на стадии проектирования приборов и систем. Производственными считают методы, определяющие пути повышения надежности в процессе производства и компоновки аппаратуры автоматики и систем управления. Эксплуатационные методы обеспечивают повышение надежности, достигаемое организацией технического обслуживания систем на научной основе. Методы повышения надежности систем, применяемые в эксплуатации, могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят все изложенные методы. Методы повышения надежности машин тесно связаны с процессами различной скорости , протекающими при их работе и снижающими первоначальные параметры машин. На первом этапе основные методы повышения технологической надежности станков сводятся к осуществлению мероприятий конструкторского, технологического и эксплуатационного характера по уменьшению влияния вредных воздействий на потерю станком точности в процессе эксплуатации. Какие существуют методы повышения надежности электроприводов при их проектировании и эксплуатации. Какие существуют методы повышения надежности технологического процесса. Рассматриваются некоторые методы повышения надежности сложных систем. Ниже приводятся наиболее характерные методы повышения надежности работы радиоустройств. Прежде чем разрабатывать методы повышения надежности, позволяющие избежать таких ошибок стоимостью в миллионы долларов, следует понять их причины. Это может помочь в попытках ответить на такие вопросы, как: Нет ли чего-либо уникального в профессии программиста, такого, что привлекает к ней людей, по своей природе особенно склонных совершать ошибки. Не обладает ли программное обеспечение какими-то внутренними свойствами, объясняющими его особую подверженность ошибкам. Способны ли мы как-то влиять на эти свойства или они нам неподвластны. Снижение помехозащищенности происходит вследствие подъема АЧХ АК в области верхних частот и возрастания вклада высокочастотных компонент шума. Поскольку по мере прохождения сигнала от преобразователя свет - сигнал к преобразователю сигнал - свет происходит накопление шумов от различных источников, целесообразно АК разместить на передающей стороне тракта изображения. Зависимость помехозащищенности от изменения уровней представляет собой кривую, показывающую, что при повышении уровня до определенного значения р общая мощность помех в нулевой измерительной точке уменьшается за счет уменьшения мощности собственных помех; при некотором значении уровня р мощность рпо) имеет минимум, а при дальнейшем увеличении загрузки вновь возрастает из-за увеличения мощности помех от нелинейности. Заменяя одновременно ФЗ и ФП и повторяя описанные измерения, получают семейство кривых, выражающих зависимость мощности помех в каналах ТЧ ( или однозначно определяющей эту мощность помехозащищенности передаваемых сигналов), лежащих в различных частях полосы частот тракта, от изменений загрузки. Снижение помехозащищенности объясняется падением напряжения на входном транзисторе UK3 при открывании схемы НЕ, И, которое может достигать 0 1 В. Однако уровень статической помехозащищенности схем T-TTL остается выше 0 25 В. При управлении схемой НЕ, И по базовому входу транзистора задержка формирования уровня О ( т10) возрастает, так как рассасывание заряда в базе транзистора происходит небольшим током через ограничительный резистор в цепи базы. Повышение помехозащищенности электропривода должно осуществляться подавлением как собственных, так и внешних помех. Поэтому любой электропривод должен быть спроектирован, изготовлен и смонтирован таким образом, чтобы, с одной стороны, его компоненты не создавали помех друг другу и соседним электроустановкам, а с другой стороны, он должен быть защищен от воздействия внешних помех, создаваемых другими электроустановками. Повышение помехозащищенности прибора производится и с помощью других звеньев прибора, например электронных устройств, следующих за приемником. Наилучший эффект достигается при совместном использовании системы первичной обработки информации и этих звеньев, однако основная роль обычно отводится именно первым звеньям, рассмотренным выше. Таким образом, с точки зрения создания высококачественного оптико-электронного прибора звеньям системы первичной обработки информации нужно уделять особое внимание. Степень помехозащищенности приема от помех системы зажигания, проникающих в приемник через антенну, определяется при его работе в движущемся автомобиле и заключается в субъективной оценке качества приема радиовещательных станций в диапазонах ДВ, СВ, KB и УКВ. Поскольку эта помехозащищенность достигается для некодированной широкополосной системы с ПП, ее можно увеличить путем кодирования информационной последовательности. Необходимо обеспечить помехозащищенность МПК от помех по входным цепям и в питающей электросети. Современное производство характеризуется значительными электромагнитными полями от мощных силовых цепей, помехами от наводимых значительных электростатических потенциалов и пр. 4. Электропривод относится к восстанавливаемым объектам и поэтому основными показателями надежности являются: вероятность безотказной работы на определенное время работы, интенсивность отказов, коэффициент готовности. Вероятность безотказной работы на 10 000 часов наработки определяется по формуле   где λсх – интенсивность потока отказов схемы; t – время работы, ч.  где λi – интенсивность потока отказа i-го элемента схемы; n – число элементов схемы. Задача № 4 Составить замкнутую схему управления электропривода. Начертить и описать работу схемы, указанной в соответствующем варианте таблицы 4. 7. Замкнутая структурная система П – Д с отрицательной обратной связью по току двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Замкнутые схемы управления ЭП применяются, когда требуется обеспечить движение исполнительных органов рабочих машин с высокими показателями качества – большим диапазоном регулирования координат и точностью их поддержания, заданным качеством переходных процессов, а также высокой экономичностью или оптимальным (наилучшим) функционированием технологического обо-рудования и самого ЭП. Для обеспечения такого управления в структуру ЭП входит силовой управляемый полупроводниковый выпрямитель, регулятор напряжения, регулятор частоты, а схема управления строится с использованием об-ратных связей по регулируемым координатам (переменным). То есть, силовая часть такого ЭП имеет структуру «преобразователь – двига-тель», в которой двигатель питается от управляемого преобразователя. Важной характеристикой большинства современных замкнутых сис-тем управления является возможность гибкой настройки их параметров, программирования и перепрограммирования алгоритмов управления ЭП, что обеспечивается применением микропроцессорных средств уп-равления. Использование МП средств позволяет повышать надежность функционирования ЭП и технологического оборудования за счет диаг-ностики при их работе, резервирования каналов управления и т.д. Характеристики разомкнутых ЭП, построенных по системе «преобразователь – двигатель» (П-Д), имеют относительно невысокую жесткость из-за наличия внутреннего сопротивления преобразователя и самого двигателя. Кроме того, характеристики разомкнутой системы не обеспечивают точного регулирования (или ограничения) тока и момента. Для получения значительных диапазонов и высокой точности регу-лирования скорости требуется иметь более жесткие характеристики, которые можно подучить в замкнутой системе П-Д. Основу системы составляет разомкнутая схема П-Д. На валу двига-теля находится датчик скорости ДС(рис.7.1,а), выходное напряжение которого  , пропорциональное скорости двигателя, является сиг-налом ОС. Коэффициент пропорциональности носит название коэффициента ОС по скорости и может регулироваться за счет изменения тока возбуждения датчика скорости IВ. ДС  Рис. 7.1. Схема (а) и характеристики (б)замкнутой системы с обратной связью по скорости Сигнал ОС UДС сравнивается с задающим сигналом скорости U3.С, и их разность в виде сигнала рассогласования (ошибки) UВХ подается на вход усилителя У, который с коэффициентом kУ усиливает сигнал рас-согласования UВХ и подает его в виде сигнала управления UУ на вход преобразователя П, в качестве которого используется управляемый вып-рямитель. Усилитель в этой схеме является пропорциональным регуля-тором скорости. Для получения формул характеристик двигателя в замкнутой систе-ме воспользуемся выражениями для электромеханической ω(I) и меха-нической ω(М) характеристик двигателя в разомкнутой схеме и соот-ношениями, следующими из рассмотрения рис. 7.1,а:      где Eп – ЭДС преобразователя; k – конструктивный коэффициент дви-гателя; Ф – магнитный поток двигателя; I – ток якоря двигателя; RЯ, Rn, – соответственно сопротивление якоря двигателя и преобразователя; М–момент двигателя. Заменяя в (7.1) и (7.2) последовательно Enна ее выражение из (7.5), на его выражение из (7.4) и далее UВХ – на его выражение из (7.3), после несложных преобразований получаем следующие формулы для характе-ристик двигателя в замкнутой системе:   Где  – общий коэффициент усиления замкнутой системы П-Д.Для анализа жесткости получаемых характеристик сопоставим пере-пады скорости в разомкнутой ∆ωР и замкнутой ∆ω3 системах при одном и том же токе или моменте. Согласно (7.1), (7.2), (7.6) и (7.7), имеем   Так как kС>0, то ∆ω3<∆ωР, т.е. жесткость получаемых характеристик в замкнутой системе больше жесткости характеристик в разомкнутой системе. Характеристики, показанные на рис. 7.1,б,представляют собой прямые параллельные линии 2,4 и 5, расположение которых определя-ется уровнем задающего сигнала по скорости UЗ.С и соответственно ско-ростью ХХω0. Для сравнения приведена характеристика двигателя в ра-зомкнутой (прямая 3) системе. Для нахождения предельной по жесткости характеристики устремим коэффициент усиления системы kС в бесконечность. Из (7.9) видно, что при ,  т.е. в пределе может быть получена абсолютно жес-ткая характеристика рис. 7.1,б штриховая линия1.Рассмотрим физическую сторону процесса регулирования скорости в данной системе. Предположим, что двигатель работает под нагрузкой в установившемся режиме и по каким-то причинам увеличился момент нагрузки МС. Так как развиваемый двигателем момент стал меньше момента нагрузки, его скорость начнет снижаться, и соответственно бу-дет снижаться сигнал ОС по скорости . Это, согласно (7.3) – (7.5), вызовет увеличение сигналов рассогласования UВХи управления Uy и приведет к повышению ЭДС преобразователя, а следовательно, напря-жения и скорости двигателя.При уменьшении момента нагрузки ОС действует в другом направ-лении, приводя к снижению ЭДС преобразователя. Таким образом, благодаря наличию ОС осуществляется автоматическое регулирование ЭДС преобразователя и тем самым подводимого к двигателю напря-жения, за счет чего получаются более жесткие характеристики ЭП. Для получения жестких характеристик в системе П-Д, кроме ОС, по скорости используются также отрицательная ОС по напряжению и положительная ОС по току двигателя и их сочетания. |