Курсовая работа (т): Проектирование и расчет надежности тиристорного преобразователя

 - интенсивность отказов согласующего трансформатора;

- интенсивность отказов автоматического выключателя;

Тогда:

Необходимо отметить, что полученное значение  является оценочным, приближённым. В расчёте не учитывается ни реальный характер распределения, ни условия эксплуатации.

.4 УЧЁТ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

При учёте условий эксплуатации формулируется понятие отказа для элементов, определяются физические проявления и показатели отказов для групп однотипных элементов, рассчитываются или выбираются из таблиц или графиков соответствующие значения коэффициентов нагрузки.

.4.1 ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ

Учёт степени влияния электрических, тепловых, механических явлений на работоспособность электрических элементов и систем осуществляется с помощью произведения , где:  - коэффициент нагрузки,  - весовой показатель, учитывающий степень влияния тех или иных факторов.

Свыше 98% отказов трансформаторов малой и средней мощности, по опыту более чем вековой эксплуатации, вызывается пробоем изоляции обмоток, т.е. причинами, зависящими от электрических факторов. Остальные 2% связанны с механическими повреждениями, приводящими чаще всего к исчезновению контактов на клемнике. В трансформаторах большой мощности, при , появляются дополнительные виды отказов, носящие тепловой характер.

При любых видах отказов они являются полными и приводят к отказу источника питания.

Коэффициент нагрузки по мощности трансформатора определяется следующим образом:

Весовой показатель по электрической нагрузке  (выбирается по таблице).

Отсюда .

Отметим, что учёт реальных режимов работы приводит к росту интенсивности отказов в два раза.

Коэффициент тепловой нагрузки определяется из выражения

,

где:

 и  - рабочая и допустимая температура. Они могут быть взяты одинаковыми и равными ;

 - температура окружающей среды принята в среднем равной ;

 - максимальная температура окружающей среды принята равной ;

Следовательно:

.

Тепловая нагрузка большого влияния на надёжностные показатели не окажет, так как все величины температур находится в рабочих допустимых пределах, поэтому значение весового показателя  равно единице. Отсюда:

Наконец считаем, что вибрационная нагрузка на трансформатор, по условиям работы, отсутствует. Таким образом, интенсивность отказов трансформатора с учётом реальных условий работы равна:

.3.2 ВЕНТИЛЬНАЯ ГРУППА

§ Пробой - короткое замыкание (КЗ);

§  Обрыв - потеря проводимости (ОБР);

Интенсивность отказов:

,

где:

 - суммарная составляющая интенсивности отказов;

 - составляющая, зависящая от короткого замыкания;

 - составляющая, зависящая от обрыва структуры;

Обычно на основании эксплуатационных данных принимается ; , т.е. соотношение между составляющими принимается как 9:1.

Проведем расчёт интенсивности отказов с учётом коэффициентов нагрузки. При этом учтём две составляющие причины увеличения интенсивности отказов: электрическую и тепловую. Электрическая составляющая характеризуется двумя величинами: током и напряжением.

Коэффициент нагрузки по току вентиля :

.

Имеем: .

Коэффициент нагрузки по обратному напряжению на вентиле :

.

Имеем: .

Коэффициент нагрузки по температуре :

.

Имеем: .

Следовательно:

Из выражения , имеем:

.

Отказ типа КЗ любого из трёх тиристоров вентильной группы ведёт к короткому замыканию на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае автоматический выключатель должен отключить схему от сети, т.е. происходит полный отказ. С позиций отказов все тиристоры образуют последовательно соединённую структуру. Интенсивность отказов выпрямителя, вызванная КЗ, определяется простым суммированием или трёхкратным увеличением (по числу тиристоров) величины .

Учёт отказов типа ОБР структуры. При отказе одного из трёх вентилей трёхфазной нулевой схемы выпрямления напряжение уменьшается на , т.е. становится равным  (снижение напряжения на 33%). По определению отказа снижение напряжения на величину 20% и больше означает отказ источника питания в целом. Следовательно, обрыв структуры одного тиристора вентильной группы является отказом выпрямителя. Отказ наступает, если у одного вентиля происходит отказ типа обрыва структуры.

Время наработки на отказ  состоит из одного отрезка времени  - от начала эксплуатации до выхода из строя одного из трех вентилей .

Из таблицы выберем .

Имеем: . Но отказы в виде обрыва имеют место в 10% случаев, следовательно:

Отсюда ; .

Для вентильной группы в целом:

Полная интенсивность отказов выпрямителя  складывается из  и .

.4.3 АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Основным функциональным назначением автоматического выключателя является операторное подключение нагрузки к сети, а также аварийное отключение её при тепловой перегрузке и мгновенных перегрузках (функции обеспечения тепловой и максимальной защиты). Отказы связанны с обгоранием главных контактов и неисправностями механической части автоматических выключателей.

Характерной особенностью элементов САУ подобных автоматическим выключателям является наличие трёх режимов работы.

1.      Установившийся режим - режим включённого состояния; за время этого режима допускается определённое число оперативных включений и выключений;

2.      Режим отключения аварийных перегрузок. Количество аварийных перегрузок, как правило, нормируется. Но частота аварийных перегрузок разработчику не известна.

3.      Режим отключенного состояния - режим хранения;

Каждый из режимов характеризуется своей интенсивность отказов. При хранении учитываются условия хранения. Интенсивность отказов при хранении  колеблется в пределах . При этом нижний предел - 0,01 принимается при хранении на складе, верхний предел 0,1 - в цехе.

Для автоматических выключателей типа АК, АП, АО, А3700 в технических условиях данных по надёжности нет, но оговаривается число оперативных включений. При односменном режиме работы число оперативных включений за смену не превышает десяти. Это позволяет ориентировочно рассчитать ресурс изделия при односменной эксплуатации.

,

где:

 - допустимое гарантированное включение за смену (для автоматических выключателей ;

 - число оперативных включений за смену ();

 - число часов в сутках;

,

Гарантированный ресурс изделия . Отсюда . Интенсивность отказов можно рассчитать из выражения: ; .

Отсюда:

Интенсивность отказов на один цикл включения

.

Вероятность безотказной работы изделия с учётом трёх режимов работы:

,

где:

 - среднее время цикла;

 - число циклов;

 - интенсивность отказов при аварийном срабатывании.

Интенсивность отказов автоматического выключения в течении времени работы без отключения выбирается из диапазона .

Если принять  и , то имеем:

 .

Следовательно, интенсивность отказов автоматического выключателя:

 ,

где:

 -среднее время эксплуатации (временем переключения пренебрегаем);

При работе в одну смену ; . Следовательно:

,

или

.4.4 СУММАРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЁЖНОСТИ

Теперь можно рассчитать суммарные показатели надёжности изделия в целом.

.

.

При ослаблении величин  можно определить оптимальный запас ЗИПа, а также наиболее уязвимую часть изделия.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Кривцов А.Н., Куценко Б.Н., Суслова О.В. Надёжность систем автоматического управления. СПб. 2003.

Глазунов Л.П. Основы теории надёжности автоматических систем управления JL: Энергоатомиздат, 1984.

Надёжность технических систем. /Под ред. Н.А. Ушакова. Справочник. М.: Радио и связь, 1985.

Козлов Б.А., Ушаков В.А. Справочник по расчёту надёжности радиоэлектронной аппаратуры и автоматики. М.: Соврадио, 1975.

Хейтагуров Я.А. Надёжность автоматизированных систем управления. М.: Высшая школа, 1979.

Электротехнический справочник. М.: Энергия, 1972.

Забрендин Ю.С. Промышленная электроника. М.: Высшая школа, 1982.