Расчет показателей надежности электропривода асинхронного двигателя вентиляторной установки

 

Таблица 1.

Результаты расчета показателей надежности системы управления

электроприводом.

 

Рассчитаем наработку на отказ, вероятность безотказной работы за время Тз=5000 ч. и среднее время восстановления системы управления электроприводом:

 

Т10 = 1/[лб’ * (Ni*ki’)] = 1249,1 (ч).    (Ni*ki’) = 10674,1

 

Р(ТЗ) = =0,018

 

фв = {[ Ni*ki’/ Ni*ki’]* фвi} = 5,066 ( ч)

 

Построим график зависимости вероятности безотказной работы системы Р(Т) от времени Т. Для этого составим таблицу 2 .

 

Таблица 2

Т, ч	0	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7000	8000	9000	10000
Рс(Т)	1	0,449	0,202	0,091	0,041	0,018	0,008	0,004	0,002	0,001	0,0003

 

Построим график зависимости P(T) для системы управления электроприводом см. рис.2

 

 

Рис 2. График зависимости P(T) для системы управления электроприводом

 

Найденное значение наработки на отказ меньше требуемого Т1< Тзад. Для обеспечения требуемого уровня надежности используем внутриэлементную избыточность.

Сравнительный анализ надежности элементов электропривода (см. табл. 1) позволяет определить элементы, надежность которых следует повысить в первую очередь. Этими элементами являются:

• электродвигатель М (доля отказов 0.941);
• предохранитель FA (доля отказов 0.026);
• контактор КМ (доля отказов 0.017).
• тепловое реле КК (доля отказов 0.011);

 

На основе анализа коэффициентов надежности перечисленных элементов выбираем элементы с повышенной надежностью, а именно:

 

• асинхронный двигатель АО (k=64) вместо асинхронного двигателя типа А (k=252)
• контактор типа ТКД (k=20) вместо контактора с коэффициентом надежности k=25.

 

Для предохранителей и теплового реле других элементов нет.

С учетом ввода элементов с повышенной надежностью получим результаты расчета показателей надежности, представленные в табл.2.

 

 

Результаты расчета показателей надежности системы управления электроприводом после ввода элементов с повышенной надежностью

табл.2

 

	М	КМук	КМкс	ККук	ККкс	QF	SB1	SB2	FA
Кi	64					4,6	5	5	25
kio		20		10
kik			20		17,8
Kн	0,85	0,6		0,6		0,6	0,8	0,6	0,6
Fф			5		5
A1	12,3
A2
A3	0,45	0,55		0,55		0,55	0,55	0,55	0,55
A4	7,2		7,2		6,7	7,2	0,7	6,7	6,7
ki'	2550,5	11,0	144,0	5,5	119,3	18,2	1,9	18,4	92,1
Ni	1	1	1	1	1	1	1	1	3
Ni ki'	2550,5	11,000	144,000	5,500	119,260	18,216	1,925	18,425	276,375
Ni ki'/∑Niki'	0,8109	0,0035	0,0458	0,0017	0,0379	0,0058	0,0006	0,0059	0,0879
Pi(Tз)	0,384	0,996	0,947	0,998	0,956	0,993	0,999	0,993	0,902
T1i	5228	1212121	92593	2424242	111801	731957	6926407	723654	48244
фвi	5,300	2,125	2,125	2,975	2,975	1,000	1,000	1,000	0,106
Niki'/∑Niki'*фвi	4,298	0,007	0,097	0,005	0,113	0,006	0,0006	0,006	0,009

 

Рассчитаем наработку на отказ, вероятность безотказной работы за время Тз=5000 ч. и среднее время восстановления системы управления электроприводом:

 

Т10 = 1/[лб’ * (Ni*ki’)] = 4239,2 (ч).    (Ni*ki’) = 3145,2

 

Р(ТЗ) = =0,307

 

фв = {[ Ni*ki’/ Ni*ki’]* фвi} = 4,542 ( ч)

 

 

Построим график зависимости P(T) для системы управления электроприводом после    введения элементов с повышенной надежностью см. рис.3

 

Т, ч	0	1000	2000	3000	4000	5000	6000	7000	8000	9000	10000
Рс(Т)	1	0,790	0,624	0,493	0,389	0,307	0,243	0,192	0,152	0,120	0,095

 

Рис 3. График зависимости P(T) после введения элементов с повышенной надежностью

 

Рассчитаем коэффициент готовности системы управления электроприводом Кг:

;          Кг = 0,9989;

Проанализируем полученные результаты. Найденное значение наработки на отказ больше требуемого Т1<Тз. Найденное значение вероятности безотказной работы меньше заданного Р(Тз) < Рз(Тз).

 

Использовать внутриэлементную избыточность в виде электрической разгрузки элементов для повышения вероятности безотказной работы системы в данном случае нецелесообразно. Разность [Рзад(Тз)-Р(Тз)] достаточно велика и не может быть ликвидирована за счет электрической разгрузки некоторых элементов системы.

Предлагается использовать структурную избыточность. Рассмотрим различные виды резервирования.

 

Выбор способа резервирования для системы управления электроприводом.

 

Наиболее эффективным средством повышения надежности электропривода является резервирование, которое предполагает включение в схему дополнительных резервных элементов, блоков и устройств, что позволяет создавать даже из не очень надежных компонентах надежные схемы управления электроприводом. Важно отметить, что включение в схему электропривода дополнительных элементов, блоков и устройств увеличивает его массу, габариты и стоимость, поэтому применение этого способа должно быть экономически обосновано.

Различают два основных вида резервирования - общее и раздельное. Общее резервирование состоит в резервировании системы в целом, при раздельном резервировании система резервируется по отдельным участкам, блокам или элементам. По способу включения избыточных элементов, как общее, так и раздельное резервирование разделяют на постоянное и замещением. При постоянном резервировании избыточные элементы присоединены к основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковых с ними условиях. При резервировании замещением резервные элементы включаются в работу только после отказа основных. До этого они находятся в нагруженном, облегченном или ненагруженном состояниях.

 

Общее постоянное резервирование.

 

Принимаем  m = 1.

 

 

 

 

 ч.

 

Условия по обеспечению требуемых показателей надежности не выполнены.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздельное постоянное резервирование.

 

Принимаем m=1.

 

 

 

Условия по обеспечению требуемых показателей надежности не выполнены.

 

 

Общее резервирование замещением.

 

Принимаем m=1.

Рассчитаем параметр потока отказов L0:

 

 

 

 ч.

 

Условия по обеспечению требуемых показателей надежности не выполнены.

 

Поэлементное резервирование замещением.

 

Принимаем m=1.

 

PM(5000) = e-0.000191×5000 ×[(0.000191×5000)0+(0.000191×5000)1]=0.752

PКМук(5000) = e-0.00000083×5000 ×[(0.00000083×5000)0+(0.00000083×5000)1]=0.999992

PКМкс(5000) = e-0.000011×5000 ×[(0.000011×5000)0+(0.000011×5000)1]=0.99859

PККук(5000) = = e-0.00000041×5000  ×[(0.00000041×5000)0+(0.00000041×5000)1]=0.999998

PККкс(5000) = e-0.0000089×5000 ×[(0.0000089×5000)0+(0.0000089×5000)1]=0.99903

PQF(5000) = e-0.0000014×5000 ×[(0.0000014×5000)0+(0.0000014×5000)1]=0.9999997

PSB1(5000) = e-0.00000014×5000 ×[(0.00000014×5000)0+(0.00000014×5000)1]=0.9999997

PSB2(5000) = e-0.00000138×5000 ×[(0.00000138×5000)0+(0.00000138×5000)1]=0.99998

PFA(5000) = e-0.0000207×5500 ×[(0.0000207×5500)0+(0.0000207×5500)1]=0.995

   

 

Условия по обеспечению требуемых показателей надежности не выполнены.

 

Сравним результаты резервирования системы управления электроприводом с использованием различных видов резервирования.

Наиболее эффективным методом резервирования является поэлементное резервирование замещением (вероятность безотказной работы равна 0,746), но при этом используются переключающие устройства.

Следующим по обеспечению надежности является общее резервирование замещением  (вероятность безотказной работы равна0,67), но при этом также используются переключающие устройства.

Следующим по обеспечению надежности является раздельное постоянное  резервирование (вероятность безотказной работы равна0,612), которое не требует применения переключающих устройств.

Следовательно, для системы управления электроприводом не рекомендуется использовать резервирование так как при температуре 60 градусов двигатель в длительном режиме работать не будет.

 

 

 

Рис.4 Функция надежности P(T) для системы управления электроприводом:

 

- до повышения  надежности;

 

 - после  повышения надежности с использованием  внутриэлементной    

              избыточности;

 

 - после  повышения надежности с учетом  резервирования.

 

Заключение

 

 

В результате произведенного расчета были получены основные показатели надежности системы управления электроприводом:

Вероятность безотказной работы системы управления электроприводом      Р(Тз)= 0,307.

Наработка на отказ Т1=4239,2 ч календарного времени

Среднее время восстановления системы управления электроприводом tв=4,542 ч.

Коэффициент готовности системы управления электроприводом КГ=0,9989.

 

Для обеспечения полученных показателей надежности были использованы следующие методы повышения надежности системы:

- внутриэлементная избыточность: проведенный анализ надежности элементов электропривода определил элементы, надежность которых необходимо повысить (был выбран асинхронный электродвигатель типа АО, имеющий более высокий показатель надежности, по сравнению с электродвигателем типа А);

- структурная  избыточность.

Вывод: в результате сравнения показателей, полученных при разных видах резервирования, вероятность безотказной работы системы не удовлетворяет заданного значения, т.к. при температуре окружающей среды равной 60 градусов двигатель в длительном режиме работать не будет.

 

Список использованной литературы

 

 

1. Рипс Я.А., Савельев Б.А. Анализ и расчет надежности систем управления электроприводами. - М.: Энергия, 1974 - 248 с.

2. Справочник  по автоматизированному электроприводу / Под ред В А Елисеева и А.В. Шинянского. - М. Энергоатомиздат, 1983 - 616 с

3. Москаленко В В Электрический привод - М.: Высш. шк., 1991 - 430 с