4. Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ

Резервирование – введение в структуру устройства дополнительных элементов или цепей. По техническому заданию на курсовой проект необходимо произвести оценку показателей безотказности РЭУ при наличии резервирования замещением (резерв нагруженный).

При резервировании замещением основной элемент в случае его отказа отключается от электрической схемы, и вместо него подключается один из резервных элементов. Для подключения резервного элемента используется переключающее устройство, которое может работать в автоматическом режиме либо быть ручным. При резервировании замещением резервные элементы до вступления их в работу могут находиться в одном из трёх режимов нагружения: в нагруженном режиме, в облегчённом режиме или в ненагруженном режиме.

В нагруженном режиме («горячем» резервировании) резерв находится в таком же электрическом режиме, как и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, точно так же, как и при постоянном резервировании.

Основными достоинствами резервирования замещением являются: 1) больший выигрыш в надёжности по сравнению с постоянным резервированием (в случаях ненагуженного и облегченного резерва); 2) отсутствие необходимости дополнительной регулировки в случае замещения основного элемента резервным, так как основной и резервный элементы одинаковы.

Недостатками являются: 1) сложность технической реализации и связанное с этим увеличение массы, габаритов и стоимости всего резервируемого РЭУ; 2) перерыв в работе в случае замещения отказавшего элемента (в случае нагруженного резерва этот недостаток сводится к минимуму).

Из расчетов в разделе 3 курсового проекта видно, что лабораторный блок питания при заданном времени работы обладает довольно низкой вероятностью безотказной работы (0,43), поэтому применяем резервирование замещением (по заданию резерв нагруженный). Для этого разобьем схему блока питания на функциональные узлы, вычислим вероятность безотказной работы каждого из них, определим вероятность отказов каких узлов максимальная и проведём резервирование.

Проведя анализ схемы электрической принципиальной, разбиваем её на четыре функциональных блока: преобразователь (трансформатор напряжения), выпрямитель, стабилизатор и блок контроля выходных параметров.

Рис. 4.1. Схема разбиения устройства на блоки.

Для расчета безотказной работы устройства воспользуемся формулой [1, стр. 158]:

(4.1)

где P_i(t) – вероятность безотказной работы отдельного блока, для заданного времени t;

N – количество функциональных блоков;

P_устр.(t) – вероятность безотказной работы всего устройства.

Для расчета вероятности отказа каждого блока воспользуемся формулой [1, стр. 204]:

(4.2)

где q_i(t) – вероятность отказа отдельного блока.

В случае произвольного числа резервных элементов r вероятность отказа резервируемого узла определяется по формуле [1, стр. 204]:

(4.3)

где r – число резервных блоков.

Производим расчеты значений

для каждого функционального блока с помощью ПЭВМ в среде MC EXCEL. Результаты расчётов записываем в виде таблиц: табл. 4.1 – для преобразователя напряжения, табл. 4.2 – для выпрямителя, табл. 4.3 – для стабилизатора, табл. 4.4 – для блока контроля выходных параметров. Данные для расчёта вероятности безотказной работы возьмём из таблиц 1 и 2 во втором пункте проекта.

Таблица 4.1 Расчёт вероятности безотказной работы преобразователя

Группа элементов	Коли-чество элементов в группе	Справоч-ное значение	Коэф-фициент электри-ческой нагрузки К_н	Макс. рабочая температу-ра, ⁰С	Попра-вочный коэффици-ент α	Значение	Значение
FU1	1	5	0,18	50	0,7	4,8086	4,8086
SA1	1	0,3	0,8	60	3,5	1,4426	1,4426
SA2, SA3	2	0,4	0,2	60	0,8	0,4396	0,8792
TV1	1	2,5	0,88	50	3	10,3041	10,3041
VU1	1	0,75	0,1	60	1	1,0304	1,0304
XS1	1	1,4	0,2	40	0,6	1,1541	1,1541
XT1	1	0,5	0,8	40	1,3	0,893	0,893
Пайки	58	0,04	0,1	35	1	0,055	3,19
∑	23,702

Таблица 4.2 Расчёт вероятности безотказной работы выпрямителя

Группа элементов	Коли-чество элементов в группе	Справоч-ное значение	Коэф-фициент электри-ческой нагрузки К_н	Макс. рабочая температу-ра, ⁰С	Попра-вочный коэффици-ент α	Значение	Значение
С1…C6	6	0,055	0,79	40	2,5	0,1889	1,1334
R1, R2,	2	0,08	0,25	60	0,75	0,082	0,164
VD1…VD8	8	0,5	0,6	60	1,2	0,8243	6,5944
Пайки	32	0,04	0,1	35	1	0,055	1,76
∑	9,6518

Таблица 4.3 Расчёт вероятности безотказной работы стабилизатора

Группа элементов	Количество элементов в группе	Справочное значение	Коэффициент электрической нагрузки К_н	Макс. рабочая температура, ⁰С	Поправочный коэффициент α	Значение	Значение
C17, C18	8	0,055	0,79	40	2,5	0,1889	1,5112
C7, C8	2	0,055	0,63	40	1,8	0,136	0,272
C15, C16	2	0,055	0,79	40	2,5	0,1889	0,3778
C9…C14, C19…C20	8	0,05	0,79	60	0,9	0,0618	0,618
DA1, DA2	2	0,04	0,6	60	4	0,22	0,44
R36…R38, R41	4	0,08	0,25	60	0,75	0,082	0,492
R3, R6	2	0,08	0,2	60	0,7	0,077	0,154
R4, R5, R7, R14…R25, R28, R33, R54…R63	27	0,05	0,67	60	1,6	0,1099	2,9673
R8…R13, R26, R27, R29…R32, R34, R35, R39, R40, R42…R53,	28	0,05	0,21	60	0,7	0,0481	1,443
R64, R65	2	0,5	0,11	60	0,1	0,0687	0,1374
VD9, VD10, VD12, VD13	4	0,2	0,33	60	0,8	0,2198	0,8792
VD11, VD14…VD17	5	0,9	0,65	50	1,1	1,3601	6,8005
VT1, VT2, VT5, VT6, VT9, VT10, VT13, VT14, VT16, VT19	10	0,45	0,2	80	0,3	0,1855	1,855
VT3, VT4	2	0,5	0,4	80	0,7	0,4809	0,9618
VT7, VT8, VT17, VT18	4	0,4	0,2	60	0,3	0,1649	0,6596
VT11, VT12, VT15, VT20	4	0,5	0,2	100	0,36	0,2473	0,9892
VU1	1	0,75	0,1	60	1	1,0304	1,0304
Плата	1	0,2	0,1	60	0,8	0,2198	0,2198
Пайки	252	0,04	0,1	35	1	0,055	19,855
∑	33,1206

Таблица 4.4 Расчёт вероятности безотказной работы блока контроля

Лабораторный блок питания (стр. 5 из 6)

4. Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ