2.Расчет надежности невосстанавливаемых систем при основном соединении элементов.
Задача №2.2
Проектируемая система включает в себя четыре группы элементов: полупроводниковые элементы с средней интенсивностью отказов – λср.п; конденсаторы – λср.с; резисторы – λср.R; трансформаторы, дроссели и реле – λср.тр.
Количество элементов в проектируемой системе равно Nп=220+j. Для проектируемой системы найти систему-аналог. Время наработки до отказа, определенное в результате эксплуатации системы-аналога, равно Тоа=1540+ j, где j – номер варианта.
Требуется определить ожидаемую наработку на отказ проектируемой системы Топ ; интенсивность отказа системы Λс ; вероятность безотказной работы системы за 1000 часов работы, предполагая, что отказы элементов распределены по экспоненциальному закону.
Решение.
Исходные данные (для системы-аналога):
№ Варианта |
Число полупр. |
λср.п 10-5 |
Число конденс. |
λср.с 10-5 |
Число резист. |
λср.R 10-5 |
Число трансф. |
λср.тр 10-5 |
2 |
38 |
0,7 |
24 |
1,2 |
80 |
0,15 |
4 |
2,3 |
Так как λср в аппаратуре-аналоге и в проектируемой аппаратуре равны, то:
; Na=146
λср=4.44*10-6 1/ч
Отсюда следует:
Топ=1,01*103 ч
Если система содержит К групп элементов, а элементы в группах равнонадежны, то интенсивность отказа системы будет:
Где: Ni – число элементов i типа;
К – число групп элементов;
Λс = 7,66 *10-4
Вероятность безотказной работы системы на заданное время равно:
Найдем вероятность безотказной работы для t=1000 часов.
Pc(1000)=0,465
Задача №2.2.1
Произвести (выполнить) полный расчет надежности триггера, представленного на рис 6.1, при следующих параметрах элементов:
R1, R9 – МЛТ – 0,25 – 10 кОм;
R2, R8 – МЛТ – 0,5 – 5,1 кОм;
R3, R7 – МЛТ – 0,5 – 3,0 кОм;
R4, R5 – МЛТ – 0,25 – 1,5 кОм;
R6 – МЛТ – 1 – 120 кОм;
VT1, VT2 – МП 42А;
С1, С5 – МБМ – 1000 пФ;
С2, С4 – КМ – 300 пФ;
С3 – К50 – 6 – 0,1 мкФ;
VD1, VD2 – Д9А
Температура внутри блока, где установлен триггер – 30оС
Условия эксплуатации: корабельные.
Р
ис
6.1
Значения токов и напряжений для каждого элемента триггера, при напряжении питания – 14 В.
UR1=0,22 В UR2=9,31 B UR3=1,95 B
UR4=12,8 B UR5=2,7 B UR6=1,14 B
UR7=0,43 B UR8=0,73 B UR9=0 B
UC1=1,39 B UС2=9,31 B UC3=1,15 B
UC4=0,73 B UС5=11,3 B UКЭ1=23 mB
UКЭ2=10 B UVD1=0.55 B UVD2=19,8 B
IR1=20.6 mkA IR2=1.5 mA IR3=591 mkA
IR4=7.3 mA IR5=0.5 mA IR6=8.1 mkA
IR7=123 mkA IR8=123.6 mkA IR9=9.3 pA
Iб.VT1=963.9 mkA Iк.VT1=8,168 mA Iэ.VT1=8,708 mA
Iб.VT2=9.311 pA Iк.VT2=18 pA Iэ.VT2=10,11 pA
Iпотр=8.882 mA Uпит=14 В
Окончательный расчет надежности производится на завершающей стадии проектирования, когда определены типы, номиналы и режимы работы всех элементов .
Известно, что интенсивность отказов
элементов зависит от режимов их работы,
температуры окружающей среды, вибрации
и т.д. Зависимость интенсивности отказов
элементов от величины электрической
нагрузки определяется с помощью
коэффициента нагрузки.
Для резисторов:
Wф и Wн – фактическая и номинальная мощности, рассеиваемые резистором
КR1н=0,019*10-3 КR5н=0,0097
КR2н=0,034 КR6н=0,011*10-3
КR3н=0,0025 КR7н=0,123*10-3
КR4н=0,437 КR8н=0,209*10-3
Для диодов:
КVD1н=0,73*10-3
КVD2н=0
Для конденсаторов:
КС1н=2,78*10-3
КС2н=0,058
КС3н=0,335*10-3
КС4н=4,56*10-3
КС5н=22,6*10-3
Для транзисторов:
КVT1н=10-3
КVT2н=0
Интенсивность отказов резисторов:
λR1=0,01*10-6 1/ч λR5=0,105*10-6 1/ч
λR2=0,084*10-6 1/ч λR6=0,21*10-6 1/ч
λR3=0,07*10-6 1/ч λR7=0,0043*10-6 1/ч
λR4=0,23*10-6 1/ч λR8=0,0081*10-6 1/ч
Интенсивность отказов диодов:
λVD1=0.48*10-6 1/ч λVD2=0
Интенсивность отказов конденсаторов:
λC1=0,14*10-6 1/ч λC4=0,0015*10-6 1/ч
λC2=0,11*10-6 1/ч λC5=0,23*10-6 1/ч
λC3=0,039*10-6 1/ч
Интенсивность отказов транзисторов:
λVT1=1,26*10-6 1/ч λVT2=0
Суммарная интенсивность отказов триггера равна:
2,89*10-6 1/ч
Основная доля интенсивности приходится на диоды и транзисторы и поэтому, в случае необходимости, для повышения надежности, германиевые диоды и транзисторы могут быть заменены на кремниевые.
Вероятность безотказной работы за 1000 часов:
0.9971
Вывод. Из уточненного расчета следует, что использование облегченных режимов работы элементов и щадящих условий эксплуатации позволяет значительно повысить надежность проектируемой аппаратуры.