Теория надёжности и контроль качества

Санкт-Петербургский  государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

 

Кафедра РЭС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индивидуальное задание по предмету:

,,Теория надёжности и контроль качества РЭС”

на тему: ,,оценка надёжности устройства”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 студент  гр.7193

Голубев В.В.

Проверил:

Митрофанов  А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011

Содержание

1. Основные характеристики надежности РЭС…………………………………………..3
2. Задание …………………………………………………………………………………...3
3. Краткое описание работы схемы………………………………………………………..4
4. Расчёты………………………………………………………………………………...…5
1. Прикидочные расчёты………………………...…………………………………….5
1. Уточнённый расчет...………………………………………………………………..6
5. Вывод……...…………………..………………………………………………………….9
6. Список использованной литературы…………………………...……………………..10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные характеристики  надёжности РЭС и радиокомпонентов.

К основным характеристикам  надёжности элементов, блоков РЭС относятся  вероятность безотказной работы P(t), вероятность отказа Q(t), частота отказов f(t), интенсивность отказов λ(t) и среднее время наработки на отказ Т_ср.

Вероятностью  безотказной работы называется вероятность  того, что в заданном интервале  времени или в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает  и он будет сохранять свои параметры  в пределах заданных допусков. Вероятность  безотказной работы может быть найдена  экспериментально по результатам испытаний  или по данным эксплуатации:

Где N₀ – число поставленных на испытание изделий, N(t) – количество изделий, безотказно работающих в момент времени t.

Отказ изделия  является событием, противоположным  безотказной работе. Состояние отказа и работоспособное состояние  РЭС образуют полную группу событий, и между ними выполняется соотношение Q(t)=1-P(t). Частота отказов определяется как плотность распределения наработки на отказ и является производной от вероятности отказа:

Статистическое  значение частоты отказов может  быть экспериментально определено путём  подсчёта числа изделий Δn_i , отказавших за элементарный интервал времени Δt_i :

        

Интенсивностью  отказов называется условная плотность  вероятности возникновения отказа объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени непрерывной  работы объекта при условии, что  до этого момента отказ не произойдёт:

По результатам  статистических испытаний РЭС интенсивность  отказов может быть вычислена  с использованием следующих соотношений:

        

где N(t) – количество изделий, работоспособных в момент времени t. N(t) меньше общего количества изделий N₀ à ∞ , которые были поставлены на испытания, поскольку часть изделий за время t отказала. и - оценки интенсивности частоты отказов. Точные значения получаются путём взятия соответствующих пределов.

Связь между  интенсивностью отказов и вероятностью безотказной работы определяется выражением:

В качестве показателя надёжности неремонтируемых объектов часто  используется математическое ожидание наработки до отказа:

Статистически по результатам испытаний оценка времени наработки до отказа может  быть определена как среднее арифметическое времени наработки до отказа каждого  из поставленных на испытание изделий:

 

 

 

 

2. Задание

Подсчитать  суммарную интенсивность отказов  элементов, среднее время наработки  на отказ и вероятность безотказной  работы для заданной схемы, изображённой на рисунке

 

 

 

 

 

3. Краткое описание работы схемы:

 

При возникновении в токе нагрузки небаланса, обусловленного утечкой тока фазного  провода на "землю" и превышающего пороговый уровень срабатывания, появляется сигнал на выходе датчика - дифференциального трансформатора тока. Он усиливается, запоминается и  подается на обмотку реле, что приводит к отключению нагрузки. Срабатывает  РЗО, когда ток утечки превышает 7 мА, а отключение нагрузки происходит в течение 60 мс (время срабатывания определяется исполнительным реле и  может быть уменьшено применением  оптоэлектронных реле).

           Датчик небаланса токов - трансформатор Т1 (см. схему). При неравенстве токов, протекающих по первичным (сетевым) обмоткам (I и II), во вторичной обмотке (III) индуцируется ЭДС, которая в конечном итоге вызывает включение реле К1. отключающего нагрузку от сети. Реле К1 в рабочем режиме отключено и включается только при появлении утечки. Это приводит к уменьшению энергозатрат и увеличению срока службы устройства. Для согласования высокоомной вторичной обмотки дифференциального трансформатора с усилителем DA2 применен повторитель напряжения на операционном усилителе DA1, имеющий большое входное сопротивление. Такое включение позволило использовать резонансные свойства колебательного контура, образованного вторичной обмоткой трансформатора тока Т1 и конденсатором С1, для повышения чувствительности устройства (удаление конденсатора уменьшает чувствительность примерно в 1.5 раза). Переменное напряжение небаланса усиливает операционный усилитель DA2, детектируется цепью C4VD2VD3C5 и поступает на эмиттерный повторитель (транзистор VT1), управляющий тринистором VS1. 
Чтобы исключить регулирование в цепях смещения операционных усилителей, их питание выполнено двуполяр-ным напряжением ±9 В. 
Для уменьшения массы усилитель РЗО питают непосредственно от сети 220 В без понижающего трансформатора. 
Снижение потребления тока достигнуто применением микромощных операционных усилителей КР140УД1208. Срабатывание реле К1 индицирует светодиод HL1. Для проверки работоспособности устройства предусмотрена цепь из резистора R11 и кнопки SB1. Возврат в исходное состояние после включения реле производят кнопочным выключателем "сброса" SB2. При начальном включении РЗО в сеть или при подключении нагрузки реле К1 не срабатывает.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёты:

 

4.1 Прикидочные расчёты

 

Таблица1

Наименование ЭРЭ	Обозначение ЭРЭ на схеме	λ0i*10-6, 1/ч	Количество Ni , шт	αс
Конденсатор керамический	С1, С2,С7	0.15	3	1
Конденсатор слюдяные	С3, С4, С5, С6	0.07	4
Резистор постоянный металлоплёночный	R1…R14	0.2	14
Диоды германиевые	VD2,VD3, D7	0,8	3
Cтабилитрон	VD1, VD5, VD6	1.3	3
Трансформатор силовой	Т1	0,02	1
Транзистор кремниевый	VT1	0.1	1
Реле электромагнитное герметизированная контактная пара	К1	0,005	1
Микросхема интегральная  цировая	DA1, DA2	0,5	2
Выключатели	SB1, SB2	0,01	2
Светодиод	HL1	1	1

 

α_с – взято при температуре 20⁰ С и нормальном атмосферном давлении.

 

Суммарная интенсивность отказов:

 

 

=11,98*10^-6(1/ч)

 

Среднее время наработки на отказ:

         Т_sr=83472,5 ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вероятность безотказной работы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Уточнённый расчёт

 

Расчет коэффициентов нагрузки и определение по графикам (из методических указаний) поправочных коэффициентов для каждого типа элементов:

 

Рассмотрим транзистор VT1    КТ315Б:

 

U₀= 10В

I₀=1А

Пусть Uвх на 3 В больше, чем U_0, т.е. Uвх=13 В

Максимально допустимый постоянный ток коллектора: I_kmax=10 А

Максимальное напряжение между эмиттером и коллектором: U_кэmax=20В

Максимальное напряжение между эмиттером и базой: U_эбmax=6В

Максимально допустимая рассеиваемая мощность P_max=15 Вт

 

Рабочая рассеиваемая мощность:  P_раб=(Uвх-U₀)*I₀=(13-10)*1=3 Вт

 

K_p=P_раб/P_max=3/15=0.2

K_U= Uвх/ U_кэmax=13/20=0.65

K_I=I₀/I_kmax=1/10=0,1

Выбираем максимальный коэффициент  нагрузки, в нашем случае он равен 0.2.

 

Коэффициенты  Кн и a_i(Кн,t) определяются по графикам из методических указаний для каждого типа элементов (рисунки 1.2, 1.3, 1.4, 1.6, 1.8). Так как надо учесть режим работы радиокомпонентов, выбираем при t=30°.

 

 

 

Таблица 2

Наименование ЭРЭ	Коэффициент нагрузки Кн	Количество Ni , шт	αi(Kн, t)
Конденсатор керамический	0.2	3	0.06
Конденсатор слюдяные	0.2	4	0.9
Резистор постоянный металлоплёночный	0.4	14	0.4
Реле электромагнитное герметизированная  контактная пара	0.4	1	0.4
Диод германиевые	0.5	3	0.5
Стабилитрон	0.5	3	0.7
Трансформатор силовой	0.8	1	0.5
Транзистор кремниевый	0.5	1	0.5
Выключатель	-	2	1
Светодиод	-	1	1
Микросхема интегральная цифровая	-	1	1
Паянные соединения	-	64	1
Плата блока питания	-	1	1

 

Расчет элементов произведён без  учёта перегрева отдельных элементов  в схеме

 

Расчет интенсивности отказов  для каждого типа элементов по формуле:

 

 

Таблица3

Наименование ЭРЭ	λ0i*10-6, 1/ч	Количество Ni , шт	αi(Kн, t)	λi*10-6, 1/ч	λi*Ni*10-6, 1/ч
Конденсатор керамический	0.15	3	0.06	0,009	0,027
Конденсатор слюдяные	0,07	4	0.9	0,063	0,252
Резистор постоянный металлоплёночный	0.2	14	0.4	0,08	1,12
Реле электромагнитное герметизированная  контактная пара	0,005	1	0,4	0,002	0,002
Диод германиевые	0.8	3	0.5	0,4	1,2
Стабилитрон	1.3	3	0.7	0,91	2,73
Трансформатор силовой	0.02	1	0.5	0,01	0,01
Транзистор кремниевый	0.1	1	0.5	0,05	0,05
светодиод	1	1	1	1	1
Выключатель	0.01	2	1	0,01	0,02
Микросхема интегральная цифровая	0,5	1	1	0,5	0,5
Паянные соединения	0.01	64	1	0,01	0,64
Плата блока питания	0.1	1	1	0,1	0,1