电气设备可靠性设计

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现今电气控制设备的广泛应用要求其可靠性得到相应提高,这样可以减少事故发生、提高产品质量。设备的可靠性是控制设备工作现状、元器件质量、气候条件、机械作用力和电磁干扰等共同作用的结果,因此在进行电气设备可靠性设计时,需要综合考虑各因数,进行最优化设计。
1.系统的整体可靠性原则
从人机系统的整体可靠性出发,合理确定人与机器的功能分配,从而设计出经济可靠的人机系统。
一般情况下,机器的可靠性高于人的可靠性,实现生产的机械化和自动化,就可将人从机器的危险点和危险环境中解脱出来,从根本上提高人机系统的可靠性。
2.高可靠性组成单元要素原则
1)控制设备要优先采用经过时间检验的、技术成熟的、高可靠性的元器件及单元要素来进行设计。
2)在满足技术性要求的情况下,尽量简化方案及电路设计和结构设计,减少整机元器件数量及机械结构零件。
3)电路设计和结构设计应容许元器件和机械零件有最大的公差范围。
4)电路设计和结构设计应把需要调整的元器件(如电位器、需整定电器等)减到最小程度。
5)电路设计应保证电源电压和负荷在通常可能出现极限变化的情况下,电路仍能正常工作。
6)设计设备的电路时,应尽量放宽对输入及输出信号临界值的要求。
3.具有安全系数的设计原则
由于负荷条件和环境因素随时间而变化,所以可靠性也是随时间变化的函数,并且随时间的增加,可靠性在降低。因此,设计的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。
4.高可靠性方式原则
为提高可靠性,宜采用冗余设计、故障安全装置、自动保险装置等高可靠性结构组合方式。
1)系统“自动保险”装置
自动保险,就是即使是不懂业务的人或不熟练的人进行操作,也能保证安全,不受伤害或不出故障。这是机器设备设计和装置设计的根本性指导思想,是本质安全化追求的目标。要通过不断完善结构尽可能地接近这个目标。
2)系统“故障安全”结构
故障安全,就是即使个别零部件发生故障或失效,系统性能不变,仍能可靠工作。系统安全常常是以正常、准确地完成规定功能为前提的。可是,由于组成零件产生故障而引起误动作,常常导致重大事故发生。为达到功能准确性,采用保险结构方法可保证系统的可靠性。
3)从系统控制的功能方面来看,故障安全结构的种类
消极被动式:组成单元发生故障时,机器变为停止状态。
积极主动式:组成单元发生故障时,机器一面报警,一面还能短时运转。
运行操作式:即使组成单元发生故障,机器也能运行到下次定期检查。
通常在控制系统中,大多为消极被动式结构。
5.元器件的选择对电气设备可靠性的影响
元器件的选择是电气控制设备可靠性的基础之一,很多电气产品的失效是由元器件的性能和质量问题造成的。元器件的选用应遵循以下原则。
1)根据产品要实现的功能要求和环境条件,选用相应种类、型号规格和质量等级的元器件。
2)根据元器件使用时的应力情况,确定元器件的极限值,按降额设计技术选用元器件。结构件降额一般指增加负载系数和安全裕量,但也不能增加过大,否则会造成设备体积、质量和成本的增加。
3)根据产品要求的可靠性等级,选用与其适应的并通过国家质量认证合格的元器件。
4)尽量选用标准的、系列化的元器件,重要的关键件应选用军用级及以上元器件。
5)对非标准的元器件要进行严格的验证,使用时要经过批准。
6)根据国家或本单位的元器件优选手册选用。
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