Определение показателей разработанного электропривода

6. Определение показателей разработанного электропривода

6.1 Расчет показателей надежности разработанного электропривода

Под показателями надежности понимают количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющие надежность устройства. Показатели надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых устройств различны.

Основными показателями безотказности элементов невосстанавливаемых систем являются: вероятность безотказной работы; интенсивности отказов; средняя наработка на отказ.

Вероятность безотказной работы R (Тэ) представляет собой вероятность того, что в пределах заданной наработки Т - отказа устройства не возникает. Статистическая оценка R (Тэ) определяемся отношением числа устройств, безотказно проработавших до момента времени Тэ к числу устройств, работоспособных в начальный момент времени. Нижнее R (Тэ) при доверительной вероятности R*=0,8 должно выбираться в пределах 0,99…0,75.

Интенсивность отказов A(t) - вероятность отказа невосстанавливаемого устройства, в единицу времени. Интенсивность отказов – плотность условной вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого устройства, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что для этого момента отказ не возник. Интенсивность потока отказов –среднее количество отказов для рассматриваемого момента времени. Верхнее значение й(1)при R*= 0,8 для устройства может по ГОСТу находиться в пределах от 0,8-10до 50- 1/ч.

Средняя наработка до отказа Тср - математическое определение наработки устройства до первого отказа.

Для восстанавливаемых устройств показателями безотказности являются: 1 - вероятность наработки между отказами R (Т_э); 2-параметр потока отказов ; 3 - наработка на отказ t_H.

Вероятность наработки между отказами R(Tэ) представляет собой вероятность того, что наработка между отказами больше заданного значения Тэ.

Параметр потока отказов  есть плотность вероятности возникновения отказа, восстанавливаемого устройства, определяемая для рассматриваемого момента времени. Статистически параметр потока отказов оценивается средним числом отказов в единицу времени, отнесенных к числу наблюдаемых устройств.

Отношение наработки Т (восстанавливаемого устройства к математическому ожиданию m числа его отказов в течение этой наработки) называют наработкой на отказ tH=T/m .

В установившемся режиме работы параметр потока отказов является постоянной величиной , а наработка на отказ t_H=l /,

Показателями ремонтопригодности для восстанавливаемых устройств являются  восстановления в заданное время т_э и среднее время т_ввосстановления, представляющее собой математическое ожидание времени восстановления работоспособности.

К комплексным показателям надежности относятся коэффициент готовности

К_г = tH(tH+t_B), (53)

и коэффициент технического использования

Kеи = tH/(tH-tB+tобс)

где tобс -время планового технического обслуживания за период Т, ч.

Электроприводы, представляя, собой комплекс совместно действующих элементов, как правило, являются ремонтируемыми. После отказа они подвергаются ремонту и продолжают работать дальше. В этих условиях срок службы (технический ресурс), электропривода определяется не физическим износом, старением и разрегулировкой отдельных элементов, а снижением эффективности всей системы в целом и нецелесообразностью ее дальнейшей эксплуатации. Обычно он выбирается равным амортизационному сроку службы управляемого объекта.

Главной особенностью электроприводов является то, что оценка качества их функционирования производится по экономическому критерию. При этом показатели надежности выбираются из условия получения наибольшего экономического эффекта от их применения. В качестве основного показателя безотказности электропривода принимается вероятность - R (Т_э) наработки между отказами больше заданного значения Т_э, а в качестве основного показателя ремонтопригодности - вероятность  восстановления в заданное время.

В большинстве случаев можно использовать в качестве модели распределений времени безотказности работы элементов систем управления электроприводами экспоненциальное распределение. Полной и удобной характеристикой этого распределения является интенсивность отказов, имеющая постоянное значение. Параметр потока отказов системы с основным соединением элементов равен сумме интенсивностей отказов элементов:

 (54)

Показатель безотказности системы - вероятность R (Тэ) наработки между отказами больше Тэ:

 (55)

Восстановление систем управления электроприводами обычно включает риск неисправностей и последующий ремонт. В этом случае подходящей моделью распределения времени восстановления является распределение Эрланга. Среднее время восстановления системы определяется через средние времена восстановлений ,входящих в нее элементов с учетом вероятностей отказов:

Показатели надежности системы устанавливаются в техническом задании. Обычно это – R(T₃) ,  Если они не достигаются, то

принимаются следующие меры повышения надежности (в порядке предпочтительности):

1  - снижение электрических нагрузок на элементы схемы; (разгрузка);

2  - использование элементов с более высокими показателями надежности (замена); 3 - облегчение температурных условий работы, элементов: 4 - резервирование элементов; 5 - резервирование узлов.

В графу 3 элементы вписываются из принципиальной электрической схемы, а в графы 2 и 4 - из таблицы спецификации к схеме.

В таблице не рекомендуется вписывать сигнальную арматуру, добавочные резисторы сигнальной арматуры, розетки, лампы освещения, звонки, кнопки контроля исправности сигнальных ламп и др. элементы, отказы которых не влияют на работоспособность схемы, а лишь затрудняют ее эксплуатацию.

В графу 5 вписать номинальные коэффициенты ненадежности. Если коэффициенты ненадежности взяты среднестатистические, в графы 9,11,12 следует сразу же проставить .

По результатам проведенного анализа электрических и температурных режимов работы элементов определяют фактические рабочие параметры, коэффициенты электрических нагрузок и температуру в местах установки элементов. Эти данные вписываются в графы 6...8.

В графы 9... 11 вписываются поправочные коэффициенты–учитывающие режимы работы и условия эксплуатации.

Коэффициент  характеризует зависимость от нагрузки, -  от температуры окружающей среды и нагрузки; а₂ - от условий окружающей среды. Для пускателей реле находят отдельно коэффициенты  для катушек и контактов.

В графу проставляется коэффициент (графа 13):

 (57)

Для реле пускателей и контактов, характеризующихся отдельно коэффициентами надежности катушек и контактных групп, коэффициент ненадежности для заданных условий эксплуатации определяется следующей формулой:

 (58)

где, Kj и кю - соответственно коэффициенты ненадежности обмотки и одной группы контактов находятся из табл.5.1. а₃ - поправочный коэффициент, учитывающий уровень электрической нагрузки контактов;  -поправочный коэффициент, учитывающий долю времени нахождения обмотки под напряжением в течение одного цикла работы. –фактическое и номинальное число включений аппарата в час;  = 10, именно для 10 включений в час даны коэффициенты

Для пускателей и контакторов следует выделять силовые контакты, рассчитанные на номинальный ток, и блок-контакты (обычно рассчитанные на ток 4 А). Для каждого контакта или группы контактов определяется своя нагрузка. Отношение для всех контактов одинаковое.

В графу 14 вписывают коэффициенты использования элементов по времени, определяемые формулой:

 (59)

где и t_y - соответственно время (активной) работы элемента и узла (установки). Время устанавливают при анализе схемы. Например, диоды в цепи динамического торможения двигателя работают 10 с. в течение 1 цикла, длящегося 1 минуту. В этом случае коэффициент их использования

В графу 15 записывается результирующий коэффициент ненадежности элемента

Для элементов ненадежность  в графу 15 проставляется коэффициент kj из графы 13.

В графу 16 вписывается количество однотипных элементов работающих в одних и тех же электрических режимах при одинаковых внешних условиях и коэффициенте использования; если хотя бы одно из этих условий не выполняется, элементы должны быть отнесены к разным группам.

В графу 17 записывают результаты произведения N, Kj.

В графу 19 записывают время восстановления элементов

Суммируются данные по графе 17, в результате получают сумму

Вычисляют отношение данных каждой строки графы (столбца) 17 к сумме и записывают результат в графу 18.

Данные графы 13 умножают на данные графы 19 построчно, и результаты заносят в графу 20.

Вычисляют сумму данных по графе 20. Эта сумма есть среднее восстановление системы .

В графе "Примечание" указывают (уточняют) параметры элементов, место установки, если элемент устанавливают не в ящике управления, степень защиты, класс изоляции обмоток, сколько контактов используется и т.п.

Вычисляем параметры надёжности:

Параметр потока отказов

 - интенсивность отказа базового элемента системы (=0,03)  (56)

Показатель безотказности системы - вероятность К(Т₃)наработки между отказами больше Т₃

где Т₃ - время эксплуатации в году, ч.

Наработка на отказ, ч:

Среднее время восстановления системы:

.

Вероятность восстановления системы в заданное время.

где,  - минимальное время заданное техническими условиями для восстановления системы, чтобы не нарушить технологический процесс.

Коэффициент готовности:

Таким образом, получили:

;

;

;

;