Статистические данные о надежности разных типов электрических машин

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Основы теории надежности……………………………………………....4
1. Термины и определения в области надежности ………………...4
2. Количественные показатели надежности ……………………….6
2. Условия окружающей среды и режимы работы электрической машины. Влияние их на надежность электрических машин………….18

2.1. Условия окружающей среды климатического и промышленного происхождения…………………………………………………………...18

2.2. Режимы работы электрических  машин…………………………….20

2.3. Классификация механизмов, приводимых в действие электрическими  машинами……………………………………………...22

2.4 Эксплуатационные факторы,  влияющие на надежность электрических  машин…………………………………………………....23

3. Статистические данные о надежности разных типов электрических машин………………………………………………..……………...…….25

3.1. Надежность  асинхронных двигателей……………………………..25

3.2. Надежность  машин постоянного тока……………………………..27

3.3. Надежность  синхронных машин…………………………………...32

3.4. Надежность  машин малой мощности………………………………36

  Заключение………………………………………………………………………...39

  Список литературы…………………………………………………………….…40

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Уровень надежности в значительной степени  определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов  и транспорта, экономии материалов и энергии.

Современные технические средства очень разнообразны и состоят из большого количества взаимодействующих механизмов, аппаратов  и приборов. Первые простейшие машины и радиоприемники состояли из десятков или сотен деталей, а, к примеру, система радиоуправления ракетами состоит из десятков и сотен миллионов  различных деталей. В таких сложных  системах в случае отсутствия резервирования отказ всего одного ответственного элемента может привести к отказу или сбою в работе всей системы.

Низкий  уровень надежности оборудования вполне может приводить к серьезным  затратам на ремонт, длительному простою  оборудования, к авариям и т.п.

В настоящее  время наблюдается быстрое и  многократное усложнение машин, объединение  их в крупные комплексы, уменьшение их металлоемкости и повышением их силовой и электрической напряженности. Поэтому наука о надежности быстро развивается.

 

 

 

 

 

1. Основы теории надежности

1.1. Термины и определения в области надежности

Надежность – это свойство объекта  выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных  эксплуатационных показателей в  заданных пределах, соответствующих  заданным режимам, условиям использования, технического обслуживания, ремонта  и транспортирования.

Под объектом понимается техническое  устройство, комплектующие изделия, материалы, топливо и т.д. Естественно, что надежность – свойство, присущее машинам и оборудованию.

Надежность – сложное свойство, включающее, в свою очередь, такие  свойства, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Под безотказностью понимается свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность  в течение определенного времени  или определенной наработки.

Долговечность – свойство объекта  сохранять работоспособность до наступления предельного состояния  при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности  к предупреждению и обнаружению  причин возникновения его отказа, повреждений и устранению их последствий  путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Под сохраняемостью понимается свойство объекта непрерывно сохранять исправное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Для различных объектов и условий  их эксплуатации эти свойства могут  иметь различную значимость. Например, тормозные устройства, сигнализаторы  аварийной ситуации и другие технические  средства должны обладать долговечностью, легковые и грузовые автомобили –  долговечностью и ремонтопригодностью, лаки, краски – сохраняемостью.

Рассмотрим глубже приведенные  определения свойств. Начнем с того, что безотказность и долговечность  отражают две стороны события  – отказ: первая – то, что он не произойдет в течение заданного  времени, вторая – время, в течение  которого он не произойдет. Поскольку  отказ является случайным событием, то оба эти свойства характеризуются  случайными величинами.

Всякое изделие с наработкой в большей или меньшей степени  утрачивает безотказность. Вместе с  тем есть изделия, продолжительность  эксплуатации которых по разным причинам ограничена, в некоторых случаях  изделия используются один раз. В  случаях, когда продолжительность  эксплуатации ограничена, безотказность  его становится важнейшей составляющей надежности.

В тех случаях, когда продолжительность  эксплуатации изделия неограниченна  или очень велика и к тому же последствия отказов не связаны  со значительным ущербом, на первый план в комплексе свойств, составляющих надежность, выходит долговечность.

Оценка долговечности изделия  во многом зависит от того, является ли оно невосстанавливаемым или  восстанавливаемым. На первый взгляд, невосстанавливаемое изделие в  случае отказа становится непригодным дли дальнейшего использования. В действительности это не так. Во-первых, наряду с полным отказом, т.е. полной потерей работоспособности изделия, существуют частичные отказы, возникновение которых приводит к снижению эффективности использования изделия по прямому назначению. Во-вторых, одно и то же изделие в зависимости от условий или этапов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.

Для восстанавливаемых изделий  существенное значение приобретает  ремонтопригодность.

Отличительными особенностями  этих свойств является то, что свойство «технологичность» обычно относится  к основному производству, в котором  все детали и узлы изготавливаются  заново и ранее не эксплуатировались.

Ремонтопригодность можно рассматривать  как технологичность ремонтного производства, в котором часть  деталей, узлов и агрегатов изготавливается  заново, часть ранее эксплуатировавшихся  деталей, узлов и агрегатов подвергается восстановительным технологическим  операциям. Таким образом, пригодность  изделия к восстановлению представляет то, чем в первую очередь характеризуется  ремонтопригодность.

Другой отличительной особенностью ремонтопригодности от технологичности  является различие условий, в которых  осуществляется ремонт и основное производство. Текущий ремонт проводится в условиях, близких условиям эксплуатации и  ограниченных возможностях для устранения причин, снижающих работоспособность  изделия.

 

1.2. Количественные показатели надежности

 

Количественную характеристику свойств продукции, составляющих ее качество, называют показателями качества продукции. Надежность – сложное свойство, составляющее качество. Поэтому количественные характеристики свойств, составляющих надежность, принято называть показателями надежности объекта. Аналогичным образом по количеству свойств, которые характеризуют тот или иной показатель надежности, называют: единичным показателем надежности – количественную характеристику только одного свойства надежности объекта; комплексным показателем надежности – двух или более свойств надежности.

Свойства, составляющие надежность, характеризуются  значительной степенью изменчивости. Невозможно точно указать, например, момент времени в который произойдет поломка той или иной детали машины. Отказы происходят в случайные моменты времени. Поэтому количественна оценка безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости различных изделий связана со случайными величинами, подчиняющимися вероятностным законам. При рассмотрении показателей надежности как единичных, так и комплексных руководствуются законами теории вероятностей и математической статистики, применяемыми в этих науках понятиями.

 

Показатели безотказности

Вероятностью безотказной работы в пределах заданной наработки называется вероятность того, что в пределах заданной наработки не произойдет отказ. Иногда этот показатель кратко называют вероятностью безотказной работы, что, строго говоря, лишено смысла.

К оценке безотказности технических  устройств можно подойти и  по-другому, поставив вопрос: какова в  среднем наработка устройства, предшествующая отказу? Этот показатель безотказности  называется средней наработкой до отказа, причем «средняя наработка» понимается, как математическое ожидание наработки  до отказа.

Рассмотрим следующую ситуацию. Эксплуатируется невосстанавливаемое  техническое устройство, т.е. такое, которое после первого отказа заменяется таким же новым. В этом случае плотность распределения  наработки устройства до первого  отказа l(t) будет определяться как плотность распределения до отказа вообще f(t) (т.е. не обязательно первого), деленная на вероятность безотказной работы устройства при рассматриваемой наработке.

Например, перегорание нити накаливания  электрических ламп происходит в  результате многих случайных причин и, в частности, при мгновенных повышениях напряжения в сети, различного рода механических воздействиях и т.п. Указанные  явления происходят в случайные  моменты времени с определенной вероятностью (в случае конечного  интервала времени) или плотностью вероятности (в случае бесконечно малого интервала времени). Это суть вероятность  или плотность вероятности того, что отказ произойдет в заданном интервале независимо от того, были ли до этого отказы или нет. Такие  вероятность или плотность вероятности  равны произведению условной вероятности  отказа при условии, что при заданной наработке лампочка работала безотказно (иначе бы она перегорела), и вероятности безотказной работы лампочки при заданной наработке:

 

l(t) P(t) = f(t)

или

l(t) = f(t)/P(t).

 

Аналогичным образом автомобильная шина на каждом километре пробега х, х + Dх с вероятностью f(х) может получить неустранимые повреждения. Условная вероятность того, что в интервале пробега х, х + Dх шина получит неустранимые повреждения при условии безотказной работы при пробеге х километров равна

 

.

 

Функция l(t) [l(х) – в зависимости от размерности наработки] характеризует интенсивность отказов невосстанавливаемого технического устройства в интервале наработки t, t + Dt. Поэтому условную вероятность (в случае дискретной наработки) или условную плотность вероятности (в случае непрерывной наработки) отказа невосстанавливаемого технического устройства, определенную для рассматриваемой наработки при условии безотказной работы до момента отказа, называют интенсивностью отказа.

Рассмотрим важный и распространенный случай геометрического распределения (в случае дискретной наработки) и  экспоненциального распределения (в  случае непрерывной наработки).

Известно, что наработка до отказа Х имеет геометрическое распределение, если

 

P(X =k) = qkp, k = 0, 1, 2, … ,

 

где р – вероятность отказа в одном испытании; q = (1 – р) – вероятность того, что отказ в данном испытании не произошел. Испытанием, например, может быть один размен монеты в автомате, срабатывание реле и т.п. Вероятность того, что отказ произойдет в одном из испытаний (j = 1, 2, … , k) равна

 

.

 

Следовательно, вероятность безотказной  работы устройства в k испытаниях равна

 

Р = 1 – 1 + qk + 1.

 

и интенсивность отказов

 

 

при геометрическом распределении  наработки до отказа не зависит от числа испытаний, предшествующих отказу. Вместе с тем, известно, что математическое ожидание и дисперсия этого числа  в случае геометрического распределения  соответственно равны

 

Е(Х) = q/p и D(X) = q/p2

 

и, стало быть, в рассматриваемом  случае интенсивность отказов является обратной величиной по отношению  к математическому ожиданию числа  испытаний, предшествующих отказу в  интервале 0, ¥.

Интенсивность отказов можно рассматривать  как меру старения, износа устройства. Отсюда факт нулевой интенсивности  отказов имеет простой физический смысл: устройство практически не стареет. В этом случае математическое ожидание числа испытаний, предшествующих отказу, должно быть бесконечно, а вероятность  отказа в одном испытании равна  нулю. Поскольку это не так, то нетрудно заметить, что нестареющее устройство может работать в случайным образом  меняющихся условиях, например, при  мгновенных вскоках напряжения электрического тока, наличии на дорогах острых предметов, способных нанести неисправимые повреждения автомобильным шинам, наличии очень твердых включений  в металле, приводящих к поломке  режущего инструмента и т.п.

Аналогом геометрического распределения для непрерывных случайных величин является экспоненциальное распределение. Выше мы рассматривали наработку до отказа Х = 0, 1, 2, … как число испытаний. Вместо единичного интервала можно рассматривать интервал DХ и тогда величина Х будет принимать значения 0, DХ, 2DХ и т.д. Вероятность того, что в интервале (Х, Х + DХ) произойдет отказ обозначим lDХ и будем рассматривать случаи, при которых вероятность более одного отказа в интервале DХ практически равна нулю. В этом случае можно записать

 

или

 

.

 

Полагая DХ ® 0 и заменяя дискретную переменную Х на непрерывную t, получим

 

,

 

откуда следует, что вероятность  безотказной работы устройства за время t равна