Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

К.т.н. Саушев А.В., Иозефович О.В., Толокнова О.М., д.т.н. Шошмин В.А.

Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова, Россия

Выбор варианта структуры электропривода

на основе анализа надежности

Выбор варианта структуры электропривода относится к многокритериальным задачам принятия решения, методология которых находится еще в стадии разработки. Одними из важнейших показателей качества электропривода являются показатели надежности и, прежде всего, вероятность безотказной работы. Следуя аксиоматической методике решения задач структурного синтеза и функционально-структурному подходу [1], выбор варианта решения будем производить на основе сопоставления стоимости и надежности.

Основным способом повышения показателей надежности электроприводов является резервирование. При этом можно составить большое число вариантов с различным резервированием тех или иных элементов, каждый из которых будет иметь свою вероятность безотказной работы и стоимость.

На примере простейшей структуры электропривода сравним два возможных варианта по выбранным показателям качества. В структуре на рис. 1а введены следующие обозначения: 1, 2 – трансформаторы (работают одновременно); 3 – автоматический выключатель;4 –вентильный преобразователь, состоящий из 6 тиристоров; 5, 6 – асинхронные электродвигатели, работающие совместно. В структуре на рис. 1b: 1, 2, 3– трансформаторы (два из них работают одновременно, один – резервный); 4, 6 – автоматические выключатели; 5, 7 –вентильные преобразователи; 8 – переключатель; 9, 10 – совместно работающие асинхронные электродвигатели. Рассчитаем вероятности безотказной работы схем для различных моментов времени, предполагая, что функция надежности изменяется по экспоненциальному закону распределения. Расчет надежности первой структуры (рис. 1а) достаточно прост и не рассматривается. Для расчета надежности второй структуры (рис. 1b) воспользуемся методом статистических испытаний. Суть расчета сводится к следующему. Задаемся интенсивностями отказов элементов ч. При этом _; ; ; ; Каждое значение интенсивности отказа домножаем на коэффициент использования k = 0.65 и на коэффициент 8760, определяющий число часов в году.

Рис. 1а Рис. 1b

Зададим число опытов для всех схем: . Время наработки до отказа выберем в пределах: (лет), .

На основании метода статистических испытаний получим:

(rnd(1)); (rnd(1)); (rnd(1));

(rnd(1)); (rnd(1)); (rnd(1));

(rnd(1)); (rnd(1)); (rnd(1));

(rnd(1)); ; ;

; ; ; ; ; ; ;

Составим функцию работоспособности, используя метод путей:

;

; ;

На основании расчетов построим графики зависимости вероятности безотказной работы P(t) в функции времени.

Рис. 3. График вероятности безотказной работы

На рис. 2 пунктирной линией обозначен график для первой структуры, а сплошной линий – для второй.

Анализ полученных результатов позволяет сравнить по показателю надежности и стоимости исходные варианты и выбрать наилучший из них.

Литература

1. Саушев А.В. Параметрический синтез электротехнических устройств и систем / А.В. Саушев. – СПб: ГУМРФ имени адм. С.О. Макарова, 2013. – 315с.