Визначення безвідмовності РЕУ при наявності резервування заміщенням резерв ненавантажений

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати


КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

на тему: "Визначення безвідмовності РЕУ при наявності резервування заміщенням (резерв ненавантажений)"

ЗМІСТ

Введення

  1. Уточнення та аналіз вихідних даних

  2. Визначення показників безвідмовності

  3. Обгрунтування методу резервування для функціонального вузла РЕУ

Висновок

Література

ВСТУП

Метою даного курсового проектування є отримання (розрахунковим способом і моделюванням відмов на ЕОМ) і порівняння показників безвідмовності РЕУ при наявності резервування заміщенням (резерв ненавантажений) при визначенні цих показників на прикладі УНЧ потужністю 35 Вт на біполярних транзисторах КТ802.

Безвідмовність - це властивість виробу безупинно зберігати працездатний стан протягом певного часу або напрацювання. Безвідмовність роботи РЕА безпосередньо пов'язана з надійністю.

Надійність характеризується і іншими показниками, в їх число входять: довговічність, ремонтопридатність, сохраняемость і т.д. Так само для опису надійності використовують поєднання цих показників.

Резервування - це спосіб забезпечення надійності вироби за рахунок введення в структуру пристрою додаткового числа елементів, ланцюгів. Існує три види резервування:

  • Постійне

  • Ковзаюче

  • Заміщенням

При резервування заміщенням функції основного елемента передаються резервному елементу тільки після відмови основного.

Також розрізняють декілька режимів резервування або, іншими словами, резерв може бути:

  • Навантаженим

  • Ненавантаженим

  • Полегшеним

При ненавантаженому резерві резервні елементи знаходяться в ненавантаженому режимі і ймовірністю відмови резервних елементів нехтують.

У даному курсовому проекті використовується резервування заміщенням у ненавантаженому режимі.

  1. Уточнення та аналіз вихідних даних

Підсилювач НЧ призначений для спільної роботи з радіоприймачем, телевізором, магнітофоном, електропрогравальні пристроєм і низькоомним мікрофоном. Максимальна вихідна потужність підсилювача 35 Вт. Чутливість з усіх входів, крім мікрофонного,, 200 мВ, чутливість з мікрофонного входу 3 мВ. Діапазон робочих частот 20 - 20000 Гц. Нелінійні спотворення не перевищують 1% у всьому діапазоні робочих частот. Динамічний діапазон 50 дБ. Вхідний опір підсилювача 300 кОм, з мікрофонного входу 2 ком. Вихідний опір підсилювача 0,3 Ом. Опір навантаження 4 Ом. Каскади попереднього посилення виконані на транзисторах V Т1 - V Т4. Підсилювач потужності виконаний на транзисторах V Т6 - V Т10 по двохтактній бестрансформаторних схемою з позитивним зворотним зв'язком з харчування. Максимальний струм, споживаний підсилювачем, не перевищує 1,25 А.

До виданої схемою електричною принциповою, наведеної у Додатку 1, зробимо уточнення параметрів елементів. Параметри будемо приводити тільки максимальні. Відобразимо ці дані в таблиці:

Таблиця 1.1-Уточнення параметрів елементів схеми

Тип елемента

Позиційне позначення

Найменування

Параметри і характеристики

Транзистори біполярні

VT1

КТ315Г

U кб = 10В, I е = 1мА, I к = 100мА, U кенас = 0,4 В


VT2

ГТ311А

U кб = 12В, I е = 15мА, I к = 300мА,

U ке нас = 0,3 В


VT3-VT5

КТ315А

U кб = 10В, I е = 1мА, I к = 100мА,

U ке нас = 0,4 В


VT6, VT10

МП20

U кб = 5В, I е = 25мА, I к = 100мА,

U кенас = 0,3 В


VT7

КТ602А

U кб = 10В, I е. = 0,01 мА, I к = 0,075 А U кенас = 3В


VT8

П215

U кб = 5В, I е = 0,2 А, I к = 5А,

U ке нас = 0,9 В.


VT9

П4БЕ

U кб = 10В, I е = 2А, I к = 5А, U ке нас = 0,5 В


VT11

П 701 А

U кб = 10В, I к = 100мА, U ке нас = 0,2 В


VT1 2

П609А

U кб = 3В, I е = 0,25 А, I к = 0,3 А,

U кенас = 2В


VT13, VT14

КТ802

U кб = 10В, I к = 5А, U ке нас = 2В

Діоди і стабілітрони





VD1

Д810

U ст = 10В, I ст = 5мА, P = 340мВт, діапазон робочих температур

-60 ... +125 ° С


VD 6, VD 7

Д237Б

I обр = 500мкА, U обр = 400В, U пр = 1В, I пр = 0,3 А, діапазон робочих температур

-60 ... +125 ° С


VD 8, VD 9

Д813

U ст = 13В, I ст = 5мА, P = 340мВт, діапазон робочих температур

-60 ... +125 ° С


VD 2 - VD5

(Діодний міст)

Д214

I обр = 300мкА, U обр = 100В, пр = 1,2 В, I пр = 10А, діапазон робочих температур-60 ... +125 ° С, робоча частота 1,1 кГц

Запобіжники

FU1


I ср = 0,5 А


FU2



Резистори типу МЛТ постійного потужністю 0,25 Вт, 0,5 Вт і змінного опору

Конденсатори електролітичні алюмінієві полярні й неполярні

Решту необхідних відомостей по елементній базі наведені на схемі (Додаток А).

  1. Визначення показників безвідмовності

Основні показники надійності

При проектуванні РЕЗ необхідна оцінка орієнтовного надійності. Ця оцінка дозволить зіставити розрахунки з технічним завданням.

Як вже говорилося, надійність - здатність виробу виконувати певні завдання в певних умовах за необхідний час експлуатації; комплексне властивість, що у залежності від призначення виробу і умов його експлуатації може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість окремо або певне поєднання цих властивостей, як вироби, так і його частин.

Відмова - втрата працездатності, яка наступає раптово або поступово.

Працездатність - стан виробу, при якому воно відповідає вимогам, що пред'являються до його основних параметрів.

Безвідмовність - властивість об'єкта безупинно зберігати працездатність протягом певного часу.

Довговічність - властивість виробу тривалий час зберігати працездатність у певних умовах експлуатації до повного виходу його з ладу.

Ремонтопридатність - властивість об'єкту, яке полягає у його придатності до ремонту і технічного обслуговування.

Справність - стан об'єкта, при якому він відповідає всім вимогам технічного завдання.

Збереженість - властивість виробу безупинно зберігати справний і працездатний стан протягом зберігання, а також після транспортування.

Імовірність безвідмовної роботи - можливість, що за заданий період часу не відбудеться жодної відмови.

Для кількісного опису різних сторін надійності використовують кілька груп показників.

Перша група - показники безвідмовності. До основних показників цієї групи відносяться:

  1. ймовірність безвідмовної роботи P (t) протягом заданого часу t;

  2. ймовірність відмови q (t) протягом заданого часу t;

  3. інтенсивність відмов λ;

  4. середнє напрацювання до відмови (середній час безвідмовної роботи, у разі якщо напрацювання виражається часом) Т сер;

  5. гамма-відсоткова напрацювання до відмови.

Під інтенсивністю відмов λ розуміють умовну щільність часу до відмови вироби, яка визначається за умови, що до розглянутого моменту часу відмова не виникла.

Під гамма-відсоткової напрацюванням до відмови розуміють напрацювання, протягом якої відмову у виробі не виникає з імовірністю γ, вираженою у відсотках, тобто це є така мінімальна напрацювання до відмови, яку будуть мати гамма відсотків виробів даного виду. [1, стор 138 -139]

Орієнтовний розрахунок показників надійності

Існуючі методи розрахунку показників надійності РЕУ розрізняються ступенем точності обліку електричного режиму та умов експлуатації. При орієнтовному розрахунку цей облік виконується наближено, з допомогою узагальнених експлуатаційних коефіцієнтів. Значення цих коефіцієнтів залежать від виду РЕУ та умов їх експлуатації. Вихідними даними при орієнтовному розрахунку є: електрична принципова схема РЕУ, заданий час роботи t з, умови експлуатації або вид РЕУ.

Для елементів кожної групи по довідниках визначають среднегрупповие значення інтенсивності відмов. Значення среднегруппових інтенсивностей відмов для моєї схеми наведені в таблиці 2.1

Таблиця 2.1

Найменування

Позиційне позначення на Е3

Кількість, n j

λ i0 · 10 -6, 1 / год

λ i0 · 10 -6 n j,

1 / год

1

2

3

4

5

Конденсатори

алюмінієві

електролітичні


C 1, C 3, C 4, С5,

C 6, C 8, С9, С10,

С13, C 16, C 17, C 18,

С19, С20, С22, C 23,

C 24, С25, С28, С29, С30, С31 C2, C7, С11, C12

C14, С15, С21, С26, С27

31

0, 5 5

17,05

Резистори постійні недротяні

R 1, R 2, R 4, R 5,

R 6, R 8, R 9, R 11,

R 12 R 13, R 14, R 15,

R 16, R 17, R 18,

R19, ​​R20, R21, R23,

R24, R26, R27, R28,

R29, R30, R31, R32,

R33, R34, R35, R36,

R37, R39, R40, R41,

R42, R43, R44, R45,

R46, R47, R49, R50

44

0,05

2,20

Резистори змінні недротяні

R 3, R 7, R10, R22,

R25, R3 8, R 48

7

0,5

3,50

Діоди

випрямні

малопотужні

I ср.випр <300 мА

VD 6, VD 7,

2

0,2

0,40

Діодний міст

випрямний

I ср.випр <400 мА

VD2-VD5

1

0,4

0,4 0

Стабілітрони

малопотужні

VD1, VD8, VD9

3

0,9

2,70

Запобіжники

FU1, FU2

2

5

10, 0 0

Транзистори

кремнієві малої потужності

VT1, VT3-T5, VT6, VT8-VT10


8

0,4

3,20

Транзистори

кремнієві великий

потужності

VT 13,

VT1 4

2

0,5

1,00

Транзистори

кремнієві середньої потужності

VT7, VT11, VT12

3

0,35

1,0 5

Транзистори

германієві малої потужності

VT2

1

0,45

0,45

Трансформатор

харчування

Т 1

1

0, 90

0,90

Σ


10 травня


44,20

Значення сумарної інтенсивності відмов елементів визначається за наступною формулою:

(1)

де λ i0 - среднегрупповие значення інтенсивності відмов елементів j-ї групи, (додаток П 2.1, [1]);

n j - кількість елементів у j-й групі.

(10 -6 / год)

Сумарна інтенсивність відмов елементів РЕУ з врахуванням електричного режиму та умов експлуатації визначається як:

(2)

де К е - узагальнений експлуатаційний коефіцієнт, обираний за таблицями в залежності від виду РЕУ або умов експлуатації. Для стаціонарних умов приймаємо До е = 2,5 (Таблиця 5.5, [1])

(10 -6 / год)

напрацювання на відмову:

(3)

(Ч)

Імовірність безвідмовної роботи за заданий час t з:

(4)

Середній час безвідмовної роботи пристрою (середнє напрацювання до відмови):

Гамма-процентна наробіток до відмови Т γ визначається як рішення рівняння:

(5)

де γ - довірча ймовірність, приймаємо γ = 85

У випадку експоненціального розподілу часу до відмови:

(6)

(Ч)

Остаточний розрахунок показників надійності

При остаточному розрахунку використовуємо коефіцієнти навантажень K Н, наведені для різних елементів у таблиці 2.2

Таблиця 2.2 Коефіцієнти навантажень

Активні елементи

0,6

Резистори

0,7

Конденсатори

0,8

Інші елементи

0,8

Наведемо в таблиці 2.3 значення среднегруппових інтенсивностей відмов з урахуванням K Е і K Н

Таблиця 2.3. Значення среднегруппових інтенсивностей відмов з урахуванням умов експлуатації та навантаження

Найменування

Позиційне позначення на Е3

Кількість, n j

λ i0 · 10 -6, 1 / год

λ i0 · 10 -6 n j · До Е К Н

1 / год

1

2

3

4

5

Конденсатори

алюмінієві

електролітичні


C 1, C 3, C 4, С5,

C 6, C 8, С9, С10,

С13, C 16, C 17, C 18,

С19, С20, С22, C 23,

C 24, С25, С28, С29, С30, С31 C2, C7, С11, C12

C14, С15, С21, С26, С27

31

0, 5 5

34,1

Резистори постійні недротяні

R 1, R 2, R 4, R 5,

R 6, R 8, R 9, R 11,

R 12 R 13, R 14, R 15,

R 16, R 17, R 18,

R 19, R 20, R 21, R 23,

R 24, R 26, R 27, R 28,

R 29, R 30, R 31, R 32,

R 33, R 34, R 35, R 36,

R 37, R 39, R 40, R 41,

R42, R43, R44, R45,

R46, R47, R49, R50

44

0,05

3, 850

Резистори змінні недротяні

R 3, R 7, R10, R22,

R25, R3 8, R 48

7

0,5

6,125

Діоди

випрямні

малопотужні

I ср.випр <300 мА

VD 6, VD 7,

2

0,2

0,6

Діодний міст

випрямний

I ср.випр <400 мА

VD2-VD5

1

0,4

0,6

Стабілітрони

малопотужні

VD1, VD8, VD9

3

0,9

4,05

Запобіжники

FU1, FU2

2

5

20

Транзистори

кремнієві малої потужності

VT1, VT3-T5, VT6, VT8-VT10


8

0,4

4,8

Транзистори

кремнієві великий

потужності

VT 13,

VT1 4

2

0,5

1,5

Транзистори

кремнієві середньої потужності

VT7, VT11, VT12

3

0,35

1,575

Транзистори

германієві малої потужності

VT2

1

0,45

0,675

Трансформатор

харчування

Т 1

1

0, 90

1,8

Σ


10 травня


82,038

Сумарна інтенсивність відмов по всіх групах елементів з урахуванням умов експлуатації та навантаження дорівнює:

(10 -6 / год)

напрацювання на відмову:

(3)

(Ч)

Імовірність безвідмовної роботи за заданий час t з:

(4)

Середній час безвідмовної роботи пристрою (середнє напрацювання до відмови):

Гамма-процентна наробіток до відмови Т γ визначається як рішення рівняння:

(5)

де γ - довірча ймовірність, приймаємо γ = 85

У випадку експоненціального розподілу часу до відмови:

(6)

(Ч)

Середній час відновлення пристрої:

(7)

де τ i - середній час відновлення i-го елемента (Додаток 4, [1]) Т В = 0,575 год

Знайдемо ймовірність відновлення РЕУ за заданий час ν (τ з). Приймемо заданий час τ з = 1 ч. Звідси

(8)

Імовірність відмови:

Q = 1-Р Σ (t) (9)

Q = 1-0,54 = 0,46

За умовою курсового проекту ймовірність безвідмовної роботи за заданий час t з повинна бути дорівнює P з (t з = 10000 ч) = 0,7. Отримана розрахунковим способом ймовірність безвідмовної роботи за заданий час t з дорівнює 0,56, що набагато нижче, ніж 0,7. Одним із способів підвищення надійності є резервування.

  1. Обгрунтування методу резервування для функціонального вузла РЕУ

Резервування - введення в технічний пристрій додаткового числа компонентів і зв'язків у порівнянні з мінімально необхідним для його нормального функціонування.

Резервування буває загальне, поелементне і змішане. Мета резервування - підвищити надійність пристрою.

При загальному резервуванні резервується весь виріб, тобто у разі виходу з ладу воно замінюється таким же.

При поелементному резервування резервуються окремі частини виробу і у випадки відмов вони замінюються на ідентичні.

При змішаному резервування великі і найбільш відповідальні частини вироби мають загальне резервування, а решта - поелементне

Як вже говорилося раніше, за способом введення резерву розрізняють три види резервування:

  • Постійне

  • Ковзаюче

  • Заміщенням

Постійне включення характеризується тим, що всі резервні елементи включені постійно і знаходяться в робочому стані протягом всього часу роботи основних елементів. Постійне резервування ефективно тільки в тому випадку, якщо виникають в РЕА відмови є статично незалежними, тобто не впливають один на одного.

Ковзаюче включення резервних елементів стосовно лише в тому випадку, коли виріб складається тільки з однотипних елементів. Воно характеризується тим, що будь-який резервний елемент може заміняти будь-який основний, що вийшов з ладу. Перевагою такого резервування по відношенню до всіх перерахованих вище видів є те, що при автоматичному пристрої воно дає найбільшу надійність

При резервування заміщенням функції основного елемента передаються резервному елементу тільки після відмови основного. Для підключення резервного елемента використовується перемикаючий пристрій. Такі пристрої можуть працювати в автоматичному режимі або бути ручними.

Основною характеристикою резервування заміщенням є кратність резерву, що виражається несокращенной дробом і визначається відношенням кількості резервних елементів до кількості основних елементів, що резервуються резервними елементами.

При резервування заміщенням резервні елементи до вступу їх у роботу можуть знаходитися в одному з трьох режимів навантаження:

  • У навантаженому

  • У ненавантаженому

  • У полегшеному

У навантаженому режимі резерв знаходиться в такому ж електричному режимі, що й основний елемент, і його ресурс виробляється одночасно з ресурсом основного елемента, так само, як і при постійному резервування.

У полегшеному режимі ресурс резервних елементів починає витрачатися з моменту включення всього пристрою в роботу, проте інтенсивність витрати ресурсу резервних елементів до моменту включення їх замість відмовили значно нижче, ніж при звичайних робочих умовах.

У ненавантаженому режимі резервні елементи починають витрачати свій ресурс тільки з моменту включення їх у роботу замість відмовили.

Основні переваги резервування заміщенням:

  • Більший виграш у надійності в порівнянні з постійним резервуванням у випадках ненавантаженого і полегшеного резерву;

  • Відсутність необхідності додаткового регулювання у разі заміщення основного елемента резервним, оскільки основний і резервний елементи однакові.

Основні недоліки резервування заміщенням:

  • Складність технічної реалізації і пов'язане з цим збільшення маси, габаритів, і вартості всього зарезервованого РЕУ;

  • Перерва в роботі у випадку заміщення елемента, що відмовив;

  • Необхідність мати перемикаючий пристрій високої надійності.

  • Характер відмови елементів при резервуванні заміщенням не грає ролі, так як відмовив елемент відключається від електричної схеми і замість нього підключається справний.

З урахуванням вище викладеного, для підвищення надійності і поліпшення показників безвідмовності досліджуваного УНЧ на транзисторах КТ802 розумно і виправдано застосування загального резервування заміщенням з цілою кратністю в ненавантаженому режимі.

Методи аналізу безвідмовності залежать від того, в якому режимі навантажування знаходиться резерв.

Розглянемо аналіз безвідмовності РЕУ при наявності резервування заміщенням з ненавантаженим режимом роботи резервних елементів. Розіб'ємо схему на 5 вузлів по 21 елемент в кожному.

Вирази для визначення ймовірності безвідмовної роботи за час t у випадку одного основного елемента і m -1 резервних мають вигляд:

(11)

(12)

Для простоти розрахунків приймемо t = t з = 10000ч. Оскільки вузол містить 21 елементів, то можливо скористатися резервуванням з кратністю 2, тобто резервних елементів має бути принаймні m = 42 і відповідно

m -1 = 41. Зведемо в таблиці 3.1 та 3.2 результати обчислень по блоках до резервування і після відповідно.

Таблиця 3.1 Вірогідність безвідмовної роботи блоків до резервування

Номер блоку

Інтенсивність відмов блоку

Напрацювання на відмову

Імовірність безвідмовної роботи

1

9,25

1,081 · 10 5

0,6

2

12,7

7,874 · 10 квітня

0,51

3

4,55

2,198 · 10 5

0,67

4

11,7

8,547 · 10 квітня

0,5

5

6

1,667 · 10 5

0,62

Табліца3.2 Вірогідність безвідмовної роботи блоків після резервування

Номер блоку

Імовірність безвідмовної роботи

1

0,8

2

0,75

3

0,92

4

0,7

5

0,85

Середнє значення ймовірності безвідмовної роботи всього пристрою дорівнюватиме:

Т. о. після резервування пристрій пропрацює 10000 годин з імовірністю безвідмовної роботи, що дорівнює 0,804, що більше, ніж 0,7 і задовольняє поставленим вимогам. При цьому на кожен основний елемент має припадати 2 резервних.

ВИСНОВОК

Вході виконання курсового проекту був проведений розрахунок показників надійності УНЧ на транзисторах КТ802. Для підвищення надійності пристрою з метою поліпшити показники безвідмовності було застосовано загальне резервування заміщенням з кратністю резервування, що дорівнює двом. Після резервування ймовірність безвідмовної роботи функціонального вузла РЕА склала P `(t) = 0,804, що повністю задовольняє завданням на курсовий проект, згідно з яким ймовірність безвідмовної роботи пристрою за заданий час t з = 10000 ч. повинна бути не менше, ніж 70%.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

  1. Боровиков С.М. Теоретичні основи конструювання, технології та надійності. - Мн.: Дизайн ПРО, 1998. - 335 с.

  2. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности: Учеб.-метод. пособие к курсовому проектированию для студ. спец. «Моделирование и компьютерное проектирование РЭС» и «Проектирование и производство РЭС». – Мн.: БГУИР, 2004, – 55 с.

  3. А.П.Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. – С-П.: Учеб. Пособие, 1998, – 279 с.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
75.7кб. | скачати

Схожі роботи:
Визначення наявності загрози людям і чужому майну у разі пожежі
Ставлення до грошей при наявності проблем з працевлаштуванням
Збільшення електричної міцності ускоряющего проміжку електронного джерела при наявності пучка
Розрахунок обмотки статора трифазного асинхронного двигуна при наявності магнітопровода з застосуванням
Розробка універсального програмного модуля УПМ для РЕУ
Кадровий резерв підприємства
Резерв на чорний день
Аналіз надійності та резервування технічної системи
Характеристика РЕСІ як об`єкта теорії надійності Основні показники безвідмовності для невідновлювальних
© Усі права захищені
написати до нас