Разработка схемы устройства для контроля цепи в действующей схеме энергоснабжения
2.4 Предварительный расчет надежности устройства. Полный расчет элемента схемы.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.
Надежность - один из важнейших показателей качества изделия.
Расчет надежности сводится в основном к определению вероятности безотказной работы, средней наработки до отказа и интенсивностью отказов.
Отказ - это событие, после появления, которого изделие теряет работоспособность, т.е. какой-либо один или несколько основных параметров не соответствует требованиям, установленных в КД.
Интенсивность отказов показывает, какое число изделий (элементов) по отнесению к числу работающих, выходит из строя за единицу времени (обычно за 1 час). Интенсивность отказов - это отношение числа отказавших элементов за промежуток времени t к среднему числу исправно работающих элементов на продолжительность рассматриваемого отрезка времени.
Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в определенных условиях эксплуатации в пределах заданной продолжительности времени отказа не произойдет.
Средняя наработка до отказа - это время работы изделия до первого отказа.
При расчете надежности системы определяются следующие показатели:
· интенсивность отказов изделий л(t) или системы,
· вероятность P(t) безотказной работы системы за время проверок подготовки и заключительного этапа использования аппаратуры.
· среднее время Тср наработки на отказ системы.
Исходными данными при расчете надежности являются:
· принципиальные блок-схемы и входящих в нее устройств с параметрами функционирования:
· принципиальные схемы всех функциональных узлов с указанием типов изделий, входящих в узлы;
· режимы работы резервных устройств (нагруженный, ненагруженный, облегченный),
· электрические режимы работы изделий коэффициенты их нагрузки;
· величины интенсивности отказов изделий;
· непрерывное время работы;
· температура окружающей среды;
· условия эксплуатации.
Этапы выполнения расчета надежности:
1. Проведение структурного анализа, влияние каждого элемента на работоспособность системы и характер их взаимосвязи, состав и число элементов, которые должны быть учтены при расчете.
2. Составление структурной схемы расчета надежности. Сложная система расчленяется на отдельные части - элементы.
З. Проведение расчета надежности.
4. Оформление расчета-надежности.
Расчет производится по известным интенсивностям отказов элементов, входящих в блок. На различных стадиях проектирования выполняются два вида расчета надежности:
· предварительный,
· окончательный.
Предварительный расчет выполняется на ранних стадиях проектирования с целью определения принципиальной возможности обеспечения заданной надежности, и для сравнительного анализа различных вариантов решения с точки зрения надежности.
Окончательный расчет производится, когда изделие уже полностью спроектировано с целью определения его надежности в реальных условиях эксплуатации
Для расчета надежности принципиальной схемы проектируемого изделия воспользуемся предварительным расчетом.
Предварительную надежность изделия определяем по формуле:
P(t) = е-t*Л
P(t) =e-6,966*10-6*103= 0,993034
Средняя наработка до отказа - время работы изделия до первого отказа - определяем по формуле:
Tср = 1/ л*10-6
Tср = 1/6,966*10-6 = 143554,407 (час.)
Находим вероятное число отказавших приборов (Х) за промежуток времени равный 1000 часам:
P(t) = (No - N)/t , где
No - число исправных изделий к концу нормального периода работы или к какому-то времени t.
N - число изделий поставленных на испытание.
0,993034 = (1000-X)/1000
X = 1000 - 993 = 7
Вывод: вероятность безотказной работы проектируемого изделия Р(t) = 0,993034 за промежуток времени равный 1000 часов работы. Это означает, что из 1000 изделий безотказно будут работать 993, а 7 могут отказать.
Время безотказной работы Тср = 143554,407 часов.
Таблица 2. 9 - Предварительный расчет надежности.
Наименование ЭРЭ |
N |
лi*10-6 1/ч |
Ni * лi * 10-6 1/ч |
Лi * 10-6 1/ч |
T ч. |
P(t) |
Тcр. ч. |
|
1.Конденсатор К50-68 |
3 |
0,05 |
0,15 |
6,966 |
1000 |
0,993034 |
143554,407 |
|
2.Транзистор КТ815А |
1 |
0,50 |
0,5 |
|||||
3.Симмистор ТС161-160 |
1 |
0,08 |
0,08 |
|||||
4.Переключатель ПТ73-2-3 |
1 |
0,3 |
0,3 |
|||||
5.Светодиод АЛ310Б |
1 |
0,70 |
0,7 |
|||||
6.Микросхема К155ЛА3 |
1 |
0,21 |
0,21 |
|||||
7.Микросхема К155ИЕ1 |
2 |
0,21 |
0,42 |
|||||
8.Диод КД106А |
4 |
0,15 |
0,6 |
|||||
9.Диод КД108 |
5 |
0,15 |
0,75 |
|||||
10.Трансформатор ТП154-3-1 |
1 |
0,90 |
0,9 |
|||||
11.Трансформатор ТП1-2 |
2 |
0,90 |
1,8 |
|||||
12.Резистор МЛТ |
9 |
0,05 |
0,45 |
|||||
13. Пайки |
106 |
0,001 |
0,106 |
|||||
Всего ЭРЭ |
31 |
Рассчитаем эксплуатационную интенсивность отказов микросхемы К155ЛА3 входящей в схему:
Математическая модель для расчета интенсивности отказов микросхемы:
лэ = л0(осг) * Kэ * Ксл * Кпопр * Кр , где
лэ - интенсивность отказа
л0(осг) - интенсивность отказов при групповом ожидаемом среднем значении.
Кэ - коэффициент эксплуатации для наземной стационарной аппаратуры;
К сл - коэффициент сложности (зависит от количества элементов)
Ксл=1*10-6;
л0(осг)= 0,24*10-6(1/ч.);
Кпопр= 0,4*10-6;
Кр=1;
Kэ=1,7*10-6;
л э =0,24*10-6 * 1,7*10-6 * 1*10-6 * 0,4*10-6 * 1 = 0,1632*10-6 (1/ч.)
P(t) = е-Лt = 0,99984
Тср = 1000000/ 0,1632*10-6 = 6127450980,39 (час.)
Электрический расчет выходного каскада (ключа) на транзисторе VT1.
Исходные данные для расчета:
· На транзисторе КТ815А.
Iк мах.=1,5 А;
Iб=0,75 А;
Uк э=40 В;
h2 1=40-70;
Uк э нас.=0,8.
Рисунок 2.26 - Схема выходного каскада (ключа) на транзисторе VT1
· На микросхеме К155ЛА3
Uвых??2,4 B;
Uвых0=0,4 В;
Iпр=16 мА.
Iб на границе насыщения