Оценка надежности улучшенного двухполярного источника питания

 

1. Основные характеристики надёжности РЭС и радиокомпонентов

  К основным характеристикам надёжности элементов, блоков РЭС относятся вероятность безотказной работы P(t), вероятность отказа Q(t), частота отказов f(t), интенсивность отказов y(t) и среднее время наработки на отказ Т_сг.

Вероятностью  безотказной работы называется вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки отказ объект не возникает и он будет сохранять свои параметры в пределах заданных допусков. Вероятность безотказной работы может быть найдена экспериментально по результатам испытаний или по данным эксплуатации: 

 
 
 
 

Где No - число поставленных на испытание изделий. N(t) - количество изделий, безотказно работающих в момент времени t.

      Отказ изделия является событием, противоположным  безотказной работе. Состояние отказа и работоспособное состояние РЭС образуют полную, группу событий, и между ними выполняется соотношение Q(t)=l-P(t). Частота отказов определяется как плотность распределения наработки на отказ и является производной от вероятности отказа: 

 
 
 
 

     Статистическое  значение частоты отказов может  быть экспериментально определено путём подсчёта числа изделий  отказавших за элементарный интервал времени :

     

 
 
 
 

Интенсивностью отказов называется условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени непрерывной работы объекта при условии, что до этого момента отказ не произойдет: 

 
 
 

По результатам  статистических испытаний РЭС интенсивность  отказов может быть

вычислена с использованием следующих соотношений: 

 
 
 
 

где N(t) — количество изделий, работоспособных в момент времени t. N(t) меньше общего количества изделий , которые были поставлены на испытания, поскольку часть

изделий за время  t отказала. y(t) и f(t) - оценки интенсивности частоты отказов. Точные значения получаются путём взятия соответствующих пределов.

Связь между  интенсивностью отказов и вероятностью безотказной работы определяется

выражением:  

 
 
 
 
 

В качестве показателя надёжности неремонтопригодных объектов часто используется математическое ожидание наработки на отказ:

 
 
 

Статистически по результатам испытаний оценка времени наработки на отказ может быть определена как среднее арифметическое времени наработки на отказ каждого из поставленных на испытание изделий: 

 
 
 
 

2.Задание 

Определить суммарную  интенсивность отказов элементов, а так же среднее время наработки  на отказ и вероятность безотказной  работы для заданной схемы (улучшенного  двухполярного источника питания, схема принципиальная) рис 1. 
 

Рис 1.

О схеме

Данная схема, а так же устройство, предназначена  для преобразования входного переменного  напряжения сети с помощью трансформатора в напряжение +15В..-15В.

Как можно увидеть что схема симметричная, это дает нам понятие о том что эти две половины образуют положительную и отрицательную полярность напряжения.

Так же в схеме  можно рассмотреть выпрямитель, выполненный на диодах VD1, VD2, VD3, VD4 и сглаживающими конденсаторами большой емкости С4 и С5. Напряжение задается стабилитронами VD13 и VD12. Формирование напряжения происходит на транзисторных каскадах VT1, VT3, VT5 и VT2, VT4, VT6. 

В итоге схема  содержит:

Девять конденсаторов из которых три керамические и шесть электролитические.

Одиннадцать резисторов, девять постоянных металлопленочных и  два постоянных проволочных. Одиннадцать  диодов кремниевых.

Два стабилитрона.

Светодиод.

Сетевой низкочастотный трансформатор Ключ (Выключатель).

Три плавких  предохранителя.

Шесть транзисторов - четыре кремниевых маломощных, два  мощных низкочастотных.

Теперь используем вышеуказанные данные при расчетах.

3.Расчетная часть 

а) Прикидочные расчеты 

 
 

1/ч - интенсивности отказа при нормальных условиях его работы. Взяли из таблицы 1.2.

a_c - Коэффициент, отражающий влияние окружающей среды и механических воздействий на надежность радиокомпонентов. Взяли при 20 градусах по Цельсию, влажности 60%, атм. давлении  750 мм рт. ст.. (лабораторное помещение). Из таблицы 1.1.

Общее число  элементов  45 .

Паяных соединений 92 шт.

Находим суммарную  интенсивность отказов.

Формула         

19.8*10^-6 (1/ч) – с учетом паяных соединений и блока питания.

Ищем среднее  время наработки на отказ 

Формула      

T = 1/(19.8*10^-6) = 50505.05 ч

При непрерывной  эксплуатации в течение двух месяцев  вероятность безотказной работы будет:

P = 1-2*30*24*19.8*10^-6 = 1-0.0285 = 0.9714

При работе прибора  в течение 8 часов (т.е. работа с перерывами) вероятность безотказной работы будет.

P = 1- 2*25*8*19.8*10^-6 = 1- 0.00792 = 0.99208

Где 25- количество рабочих дней.

8 – количество  рабочих часов. 

График  зависимости P(t) 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

б) Уточненный расчет 

Расчет коэффициентов  нагрузки и поиск по графикам, представленным в методических указаниях, поправочных  коэффициентов для каждого типа элементов.

Будем рассматривать  транзистор КТ814А (VT6) 

Uкбо - Максимально допустимое напряжение коллектор-база =40 В

Uкэо - Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер = 40 В

Iкmах - Максимально допустимый постоянный ток коллектора = 1500 мА

Ркmах - Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора c применением радиатора = 10 Вт 

Примем: 

U₀ = 15 в          I₀ = 0.7 А        U_кэ = 9 В 

Ищем рассеиваемую мощность 

P = (U_вх – U₀)*I₀ = (24 - 15)*0.7 = 6.3 Вт 

Рассчитаем коэффициент  нагрузки по мощности: 

K_p = P₀/P = 6.3/10 = 0.63 

Рассчитаем коэффициент  нагрузки по току: 

K_i = I₀/I_к = 0.7/1.5 = 0.47 

Рассчитаем коэффициент  нагрузки по напряжению: 

K_u = U₀/U = 9/40 = 0.225 
 
 

Следовало бы выбрать  максимальный коэффициент нагрузки рассчитанный для нашего транзистора. Но у в методических указаниях есть условие - коэффициент для расчета схемы не должен превышать значения 0.6. Берем 0.6. 

Составим таблицу  на основании графиков из методических указаний (рис 1.2 1.3 1.4 1.6 1.8)

И предположим  что элементы схемы нагреваются  на 40° С