电子电气设备设计复习(3)

a 可靠性定义 b 三个规定 的含义 可靠性 产品在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的能力 规定条件是指使用时的环境条件和工作条件 环境条件越恶劣 工作条件越不正常 可靠性越低 规定时间内是指产品可以完成规定动能的工作时间内所预定的寿命 这里的 时间 是广义的概念 除时间外 还包括 里程 次数等 可靠性是随时间的递减函数 不能理解为成反比 规定功能是指产品规格书中给出了正常工作的性能指标 八 可靠度函数九 累计故障 失效 分布函数 可靠度 产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率 可靠度是可靠性的度量指标 是随时间变化的函数 用R t 来表示 可靠度函数的表达式 R t P T t T是产品发生故障 失效 时间 当产品失效时 T也称寿命 t为规定的时间 R t t 可靠度函数 随时间递减的函数 累计故障 失效 分布函数是故障的度量指标 也是随时间变化的函数 通常用F t 表示 累计故障 失效 分布函数数学表示为 F t P T t 累计故障 失效 分布函数 t 随时间递增的函数 F t 不可靠度 假定产品要么处于正常工作状态 要么处于故障状态 可靠性与故障可以表述为两个对立的事件 可靠度函数与累计故障分布函数的关系为 R t F t 1由于F t 1 R t 因此 累积故障分布函数通常也成为不可靠度 可靠度 N0为产品总数 r t 为工作到t时刻产品发生的故障数 可靠度计算示例 例 设t 0时 投入工作的10000只灯泡 当t 365天时 发现有300只灯泡坏了 求一年时的工作可靠度 参考答案 R 年 0 97F t 1 0 97 0 03 第一节可靠性的基本概念及常用度量 可靠度 二 故障 失效 率产品工作到某时刻尚未发生故障 在该时刻后一个单位时间发生故障的概率 称为产品故障 失效 率 或瞬时故障率 产品故障率一般用 t 表示 r t t时刻后 t时间内发生故障的产品数 t 所取时间间隔NS t 在t时刻没有发生故障的产品数 第一节可靠性的基本概念及常用度量 故障 失效 率 产品典型的故障率曲线 t 使用寿命 规定的故障率 维护后故障率下降 偶然故障期 t 耗损故障期 早期故障期 A B 1 早期故障降至最低 产品耗损期到来之前 是产品的主要使用期 2 故障率基本平稳 可近似看作一个常数 3 由偶然因素引起的 4 可以通过统计方法来预测 1 产品使用很长时间以后 2 故障迅速上升 直至极度 3 主要由老化 废劳 磨损 腐蚀引起 4 可通过试验数据分析确定耗损起始点 并通过预防维修延长产品的寿命 产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受故障有关 规定的允许故障率越高 产品使用寿命越长 反之寿命越短 1 产品使用初期 故障容易暴露出来 2 故障率较高 且呈迅速下降趋势 3 由设计和制造缺陷引起 如设计不当 材料缺陷 加工缺陷 安装调整不当等 4 可以通过加强质量管理及采取环境应力筛选加以减少 高质量电子产品其故障率曲线在其寿命内基本是一条平稳的直线 质量低劣产品要么存在大量早期故障要么很快进入耗损故障阶段 e 掌握可靠性串联模型和并联模型的计算 串联模型的数学模型 1 可靠度是产品各单元可靠度的积 2 故障率是产品各单元故障率的和 串联系统的可靠度是指所有单元都正常工作的概率 因此 系统总的可靠度等于各单元可靠度的积 应注意的是上述数学模型是基于各工作单元彼此相互独立 都是独立故障 若不独立 相关联单元的概率用条件概率表述 产品服从指数分布情况下 若设计赋予各单元的故障率为 i求 1 可靠度Rs t 2 当工作时间t MTBF 平均寿命 Rs t 值计算 可靠度 t MTBF时 可靠度 串联模型计算示列 例1 已知振荡器的电感和电容故障率 L C 10 6 h 振荡器寿命服从指数分布 求振荡器的故障率 S MTBFS及可靠度RS t 参考答案 S 2 10 6 h MTBFS 5 105h RS t e 2 10 6t 串联模型计算示列 例2 假设一个产品是10个部件串联组成 寿命服从指数分布 若每个部件工作10000小时的可靠度为0 9 求产品工作到10000小时的可靠度 参考答案 RS 10000 0 910 0 349 额定值 1 额定功率PN 电机轴上输出的机械功率 2 额定电压UN 额定工作情况下的电枢上加的直流电压 例 110V 220V 440V 3 额定电流IN 额定电压下 轴上输出额定功率时的电流 并励应包括励磁电流和电枢电流 三者关系 PN UNIN 效率 7 4电磁转矩 一 电磁转矩 单位 韦伯 Ia 安培 T 牛顿 米 由转矩公式可知 1 产生转矩的条件 必须有励磁磁通和电枢电流 2 改变电机旋转的方向 改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向 二 转矩平衡关系 电磁转矩T为驱动转矩 在电机运行时 必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡 即 转矩平衡过程 当负载转矩 TL 发生变化时 通过电机转速 电动势 电枢电流的变化 电磁转矩自动调整 以实现新的平衡 由上式可知 1 在U一定的情况下 改变 可改变n 2 在电枢回路中串电阻Ra1 可以调速 3 改变U的大小 可以调速 一 调速原理 其中 K If 旋转磁场的转速大小 一个电流周期 旋转磁场在空间转过360 电流频率为fHz 则磁场1 f秒旋转1圈 每秒旋转f圈 每分钟旋转 n1称为同步转速 三相异步电动机的同步转速 极对数 每个电流周期磁场转过的空间角度 同步转速 五 三相异步电动机的调速 3 改变电源频率 变频调速 无级调速 此种调速方法发展很快 且调速性能较好 其主要环节是研制变频电源 常由整流器 逆变器等组成 18 以下控制电路能否实现即能点动 又能连续运行 思考 不能点动 19 SB KA SB1 KA SB2 FR KM KA 加中间继电器 KA FR 20 电机的正反转控制 加互锁 互锁作用 正转时 SBR不起作用 反转时 SBF不起作用 从而避免两触发器同时工作造成主回路短路 KMF SB1 KMF SBF FR KMR KMR M3 A B C KMF FU QS FR 如图 某产品一接口电路进行电压为500V的涌浪试验 接口工作不正常 测试后不能自行恢复 经检查 磁珠损坏 磁珠直流电阻为1 3 10MHz时10 20之间 100MHz时达到600 分析磁珠损坏原因 并改进电路 要求能通过涌浪试验 磁珠能将高频信号转化成热能 从图中可以看出 TVS用来进行涌浪保护 磁珠与旁路电容形成LC滤波器 对高频进行抑制 当进行涌浪试验时 高频信号首先流过磁珠 然后经TVS泄放到地 从而使后一级芯片免受冲击 涌浪试验采用电流波形为8 20微秒 电压1 2 50微秒的综合波形 图中电路TVS所能承受的最大脉冲功率为500W 箝位电压为10V左右 可以承受数十安培的电流 但是磁珠额定电路为100mA 流过磁珠的电流大大超过这个值 造成损害 改进如图所示 例 抢答器的设计抢答器有三个输入 分别为I0 0 I0 1和I0 2 输出分别为Q4 0 Q4 1和Q4 2 复位输入是I0 4 要求 三人中任意抢答 谁先按按钮 谁的指示灯优先亮 且只能亮一盏灯 进行下一问题时主持人按复位按钮 抢答重新开始 抢答器程序 定时器 使用定时器指令可创建编程的时间延迟 S7 1200PLC有4种定时器 TP 脉冲定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲 TON 接通延迟定时器输出Q在预设的延时过后设置为ON TOF 关断延迟定时器输出Q在预设的延时过后重置为OFF TONR 保持型接通延迟定时器输出在预设的延时过后设置为ON 在使用R输入重置经过的时间之前 会跨越多个定时时段一直累加经过的时间 RT 通过清除存储在指定定时器背景数据块中的时间数据来重置定时器 每个定时器都使用一个存储在数据块中的结构来保存定时器数据 在编辑器中放置定时器指令时可分配该数据块 练习 按下瞬时启动按钮I0 0 5秒后电动机启动 按下瞬时停止按钮I0 1 10秒后电动机停止 两条运输带顺序相连 为避免运送的物料在1号运输带上堆积 按下起动按钮I0 3 1号带开始运行 8s后2号带自动起动 停机的顺序与起动的顺序相反 按了停止按钮I0 2后 先停2号带 8s后停1号带 Q1 1和Q0 6控制两台电动机M1和M2 计数器指令 计数器的输入输出参数 通过传送带电机KM1带动传送带传送物品 通过产品检测器PH检测产品通过的数量 传送带每传送24个产品机械手KM2动作1次 进行包装 机械手动作后 延时2秒 机械手的电磁铁切断 通过传送带起动按钮 传送带停机按