СУАЭ / № 12

Дисциплина: ПП.03.05 «Системы управления автоматизированного

электропривода»

Блок модулей 3 (ПП.03.05.01) «Принципы автоматизации электропривода»

Модуль 3.2 (3 ПФ.С.11.ЗР.З.01.01) «Надежность систем автоматизированного

управления электроприводами»

Лекция № 12

«Основные понятия и показатели надежности систем

автоматизированного управления электроприводами. Общие сведения

о методах расчета на надежность»

План:

1. Основные понятия и показатели надежности САУЭП.

2. Общие сведения о методах расчета на надежность.

Пункт 1 - Основные понятия и показатели надежности САУЭП.

Важнейшим свойством систем управления электроприво­дами является надежность. Надежностью называется свойство устройства выполнять необходимые функции, сохраняя в тече­ние заданного промежутка времени значения эксплуатационных показателей в требуемых пределах. Если все параметры устрой­ства соответствуют требованиям документации, такое состояние называют работоспособным, а событие, состоящее в нарушении работоспособности - отказом.

Отказ может наступить не только при механических или электрических повреждениях (обрывы, короткие замыкания), но и при нарушении регулировки, из-за «ухода» параметров элемен­тов за допустимые пределы и т.п. Отказы отдельных элементов, а также изменения параметров элементов могут привести к нару­шению устойчивости системы автоматизированного электропривода и ухудшению показателей качества переходного процесса (времени установления переходного про­цесса, установившегося значения регулируемого параметра, пе­ререгулирования, установившейся ошибки), что также является отказом системы.

Различают внезапные и постепенные отказы. Внезапные от­казы возникают в результате скачкообразного изменения экс­плуатационных параметров элемента или устройства. Они явля­ются результатом скрытых недостатков технологии производства или скрытых изменений параметров, накапливающихся в про­цессе эксплуатации при ударах, вибрациях и т.д. Примеры вне­запных отказов - обрыв провода, короткое замыкание, пробой полупроводникового прибора. Постепенные отказы характери­зуются постепенными, плавными изменениями во времени па­раметров элементов или устройств, вызванными необратимыми процессами старения, износа, а также нарушением условий регу­лировки.

Надежность системы управления проявляется через безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность - свойство системы в целом или элемента системы непрерывно сохранять работоспособность в течение какого-либо определённого промежутка времени.

Долговечность - свойство системы в целом или элемента системы сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с пере­рывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, условиям безопасности, экономическим показателям, необходи­мости капитального ремонта и т.д.

Ремонтопригодность - свойство системы в целом или элемента системы, заклю­чающееся в приспособлении ее к предупреждению, обнаруже­нию и устранению отказов путем проведения технического об­служивания и ремонта.

Сохраняемость - свойство системы в целом или элемента системы непрерывно сохранять исправное, работоспособное состояние в течение все­го времени хранения.

Надежность системы управления зависит от условий экс­плуатации, схемного и конструктивного исполнения, количества и качества формирующих ее элементов. Надежность элементов зависит от качества материалов, технологии изготовления и т.п.

Поскольку отказы являются случайными событиями, то для исследования надежности применяют теорию вероятностей и ма­тематическую статистику.

Количественные характеристики надежности - вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы) и др.

Вероятность безотказной работы P (t) - вероятность того, что в заданном интервале времени t не возникает отказ.

Интенсивностью отказов λ (t) называется отношение числа изде­лий, отказавших в единицу времени, к среднему числу изделий, продолжающих исправно работать

Средняя наработка до отказа (среднее время безотказной ра­боты) при постоянной интенсивности отказов Т_ср = 1/ λ .

Перечисленные количественные показатели надежности используются при формулировании требований к надежности проектируемых изде­лий, сравнении изделий по уровню надежности, определении объема запасных частей, расчете сроков службы изделий и т.д.

Пункт 2 - Общие сведения о методах расчета на надежность.

Как уже Вам известно, расчет надежности предназначен для определения количест­венных показателей надежности. Обычно определяют вероят­ность безотказной работы устройства.

Поверхностно рассмотрим основныеметоды расчета надежности, применяемые на стадии проектирования устройств, при внезапных отказах, от­сутствии резервирования, предположении равнонадежности всех однотипных элементов и постоянстве интенсивностей отказов элементов.

Необходимо отметить, что надежная работа систем управления зависит от электриче­ских режимов работы элементов, механических нагрузок и окру­жающей среды.

Перегрузка элементов током или напряжением приводит соответственно к перегреву или пробою электрической изоляции. Повышенные механические нагрузки (вибрации, удары и т.п.) вызывают повреждения элементов, ослабление монтажных со­единений, обрывы, нарушения регулировок и т.д. Повышенная влажность способствует снижению сопротив­ления изоляции, что может вызвать пробои и замыкания цепей. Влага вызывает коррозию рабочих поверхностей контактов и ухудшает их работу. При отрицательных температурах меняют­ся свойства многих изоляционных материалов, происходят тре­щины и разрывы. Действие повышенной температуры окружаю­щей среды эквивалентно увеличению электрической нагрузки.

Влияние электрических нагрузок и температуры окружаю­щей среды на интенсивность отказов элементов оценивается с помощью специальных графиков, пример которого приведен далее:

Рисунок 1 – Зависимость интенсивности отказов конденсаторов от

температуры окружающей среды и коэффициента нагрузки

Исходные данные для проведения расчетов надежности по­лучают из принципиальной электрической схемы устройства, с помощью которой определяют типы применяемых элементов и количество элементов каждого типа.

Существует два основных метода расчёта надёжности системы управления:

1 - метод расчета по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов;

2 - коэффициентный метод расчета надежности.

В следующей лекции будет рассмотрен один из данных методов расчёта.

Контрольные вопросы для закрепления изученного материала:

1. Дайте определение понятиям «надежность», «работоспособность», «безотказность», «долго­

вечность», «отказ».

2. Какие различают типы отказов?

3. Дайте определение понятиям «безотказность», «долговечность», «ремонтопригодность», «со-

храняемость»

4. Перечислите известные Вам количественные характеристики надежности и поясните их суть.

5. Когда на практике используют значения вероятности безотказной работы и интенсивности

отказов?

6. К определению какой количественные характеристики надежности сводится решение практи-

ческих задач?

7. Перечислите все известные Вам факторы, которые могут в той или иной степени влиять на

уровень надёжности работы системы управления.

8. Каким образом на практиике оценивается влияние электрических нагрузок и температуры

окружаю­щей среды на интенсивность отказов элементов системы управления?

9. Каких два основных метода расчёта надёжности системы управления Вы знаете, и откуда

получают исходные данные для проведения расчётов надёжности одним из этих методов?

Источники для дополнительного изучения материала лекции:

1. Петренко Ю.Н.Системы автоматизированного управления электроприводами – Минск: Новое

знание, 2004 г., стр. 368 – 373.

4