Расчет параметров схемы

4.3.1 ВЕНТИЛЬНАЯ ГРУППА

Средний ток вентилей I_VCP = I_d /3 = 858/3 = 286 А.

Учтем коэффициент запаса за счёт нестандартной формы тока К₃ = 1,1.

Условие выбора вентилей по току I_{oc ср} ≥ К₃ ∙ I_УСР => 1_{oc ср} ≥ 346 A.

Ближайший тиристор по справочнику - Т133-400; 1_{ос ср} = 400 А;

Максимальное рабочее напряжение на вентиле U_vm=U_2лин=1,057U_do =1,057∙154 = 162,8 В.

Учтём возможное повышение напряжения сети на 10% и введём 20% запас на перенапряжение К_З1 = 1,1; К₃₂ = 1,2. Условие выбора тиристоров по напряжению

U_ПП ≥ К_З1 ∙ К₃₂ ∙ U_vm = 1,1 ∙ 1,2 ∙ 162,8 = 214,9 В.

4.3.2. ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ

U_2ф = U_d0 /1,34 = 154/1,34 = 114,9 В;

К_Т =U_1ф /U_2Ф= 220/114,9 = 1,9;

По каталогу выбираем силовой согласующий трансформатор типа ТСП 6,0/0,7;

S_TH =6кВА; U_2ф =105 B.

4.3.3 АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Для отключения преобразователя от питающей сети и защиты от коротких замыканий используется автоматический выключатель. В качестве автоматического выключателя можно использовать выключатель типа АК-50-6,3 на номинальный ток 1_Н = 6÷10 А.

По таблице находим величину интенсивности отказа автоматического выключателя

λ_АО ≈ 12∙10⁶ 1/ час.

4.3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ НАРАБОТКИ НА ОТКАЗ ТРЁХФАЗНОЙ НУЛЕВОЙ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ

Время наработки на отказ схемы выпрямителя определяется с помощью суммирования интенсивностей отказа отдельных элементов.

где:

λ_VO – интенсивность отказов вентилей;

λ_TPO – интенсивность отказов согласующего трансформатора; λ_АО – интенсивность отказов автоматического выключателя; Тогда:

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Необходимо отметить, что полученное значение Т₁ является оценочным, приближённым. В расчёте не учитывается ни реальный характер распределения, ни условия эксплуатации.

4.1. УЧЁТ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

При учёте условий эксплуатации формулируется понятие отказа для элементов, определяются физические проявления и показатели отказов для групп однотипных элементов, рассчитываются или выбираются из таблиц или графиков соответствующие значения коэффициентов нагрузки.

4.4.1. ТРАНСФОРМАТОР СИЛОВОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ

Учёт степени влияния электрических, тепловых, механических явлений на работоспособность электрических элементов и систем осуществляется с помощью произведения К_н ∙ h, где: К_н - коэффициент нагрузки, h - весовой показатель, учитывающий степень влияния тех или иных факторов.

Свыше 98% отказов трансформаторов малой и средней мощности, по опыту более чем вековой эксплуатации, вызывается пробоем изоляции обмоток, т.е. причинами, зависящими от электрических факторов. Остальные 2% связанны с механическими повреждениями, приводящими чаще всего к исчезновению контактов на клемнике. В трансформаторах большой мощности, при S_T > 400 кВА, появляются дополнительные виды отказов, носящие тепловой характер.

При любых видах отказов они являются полными и приводят к отказу источника питания.

Коэффициент нагрузки по мощности трансформатора определяется следующим образом:

Весовой показатель по электрической нагрузке h_Э = 1,5 (выбирается по таблице).

Отсюда

Отметим, что учёт реальных режимов работы приводит к росту интенсивности отказов в два раза.

Коэффициент тепловой нагрузки определяется из выражения

где:

Θ _р и Θ_доп – рабочая и допустимая температура. Они могут быть взяты одинаковыми и равными 135°С;

Θ _{окр ср} – температура окружающей среды принята в среднем равной 20°С;

Θ _{cp max} – максимальная температура окружающей среды принята равной 40°С;

Следовательно:

Тепловая нагрузка большого влияния на надёжностные показатели не окажет, так как все величины температур находится в рабочих допустимых пределах, поэтому значение весового показателя h _Θ равно единице. Отсюда:

Наконец считаем, что вибрационная нагрузка на трансформатор, по условиям работы, отсутствует. Таким образом, интенсивность отказов трансформатора с учётом реальных условий работы равна:

4.3.1. ВЕНТИЛЬНАЯ ГРУППА

Отказы тиристоров имеют два проявления:

§ Пробой - короткое замыкание структуры (КЗ);

§ Обрыв - потеря проводимости структуры (ОБР);

Интенсивность отказов:

где:

– суммарная составляющая интенсивности отказов;

– составляющая, зависящая от короткого замыкания;

- составляющая, зависящая от обрыва структуры;

Обычно на основании эксплуатационных данных принимается = 90%;

, т.е. соотношение между составляющими принимается как 9:1.

Проведем расчёт интенсивности отказов с учётом коэффициентов нагрузки. При этом учтём две составляющие причины увеличения интенсивности отказов: электрическую и

тепловую. Электрическая составляющая характеризуется двумя величинами: током и

напряжением.

Коэффициент нагрузки по току вентиля К_H1:

Имеем: h_Э1 = 1,1.

Коэффициент нагрузки по обратному напряжению на вентиле К_Н2:

Имеем: h_Э2 = 1,1

Коэффициент нагрузки по температуре :

Имеем: h_ЭΘ = 1,2.

Следовательно:

ch h_Э1 ∙ K_H1 = ch 1,1 ∙ 0,56 = 1,433

ch h_Э2 ∙ K_H2 = ch 1,1 ∙ 0,95 = 1,598

ch h_ЭΘ ∙ K_HΘ = ch 1,2 ∙ 1,21 = 2,253

Из выражения λ_VO = λ_КЗО + λ_VKЗ / 9 = 1,1 λ_КЗ, имеем:

Отказ типа КЗ любого из трёх тиристоров вентильной группы ведёт к короткому замыканию на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае автоматический выключатель должен отключить схему от сети, т е. происходит полный отказ. С позиций отказов все тиристоры образуют последовательно соединённую структуру. Интенсивность отказов выпрямителя, вызванная КЗ, определяется простым суммированием или трёхкратным увеличением (по числу тиристоров) величины λ_КЗ.

Учёт отказов типа ОБР структуры. При отказе одного из трёх вентилей трёхфазной нулевой схемы выпрямления напряжение уменьшается на 1/3, т е. становится равным

(снижение напряжения на 33%). По определению отказа снижение

напряжения на величину 20% и больше означает отказ источника питания в целом. Следовательно, обрыв структуры одного тиристора вентильной группы является отказом выпрямителя. Отказ наступает, если у одного вентиля происходит отказ типа обрыва структуры.

Время наработки на отказ Т₁ состоит из одного отрезка времени t ₁ – от начала эксплуатации до выхода из строя одного из трех вентилей

Из таблицы выберем .

Имеем: Но отказы в виде обрыва имеют место в 10% случаев, следовательно:

Отсюда ; Т_1ОБР =t₁= 1,96 ∙ 10⁵ час.

Для вентильной группы в целом:

Полная интенсивность отказов выпрямителя λ_V складывается из λ_{V ОБР} и λ_{V КЗ}.

λ_V = λ_{V ОБР} + λ_{V КЗ} = (5,1+29)∙10^-6 = 34,1∙10^-6

4.4.3. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Основным функциональным назначением автоматического выключателя является операторное подключение нагрузки к сети, а также аварийное отключение её при тепловой перегрузке и мгновенных перегрузках (функции обеспечения тепловой и максимальной защиты). Отказы связанны с обгоранием главных контактов и неисправностями механической части автоматических выключателей.

Характерной особенностью элементов САУ подобных автоматическим выключателям является наличие трёх режимов работы.

1. Установившийся режим - режим включённого состояния; за время этого режима допускается определённое число оперативных включений и выключений;

2. Режим отключения аварийных перегрузок. Количество аварийных перегрузок, как правило, нормируется. Но частота аварийных перегрузок разработчику не известна.

3. Режим отключенного состояния - режим хранения;

Каждый из режимов характеризуется своей интенсивность отказов. При хранении учитываются условия хранения. Интенсивность отказов при хранении λ_XP колеблется в пределах (0,01÷0,1) λ_P. При этом нижний предел - 0,01 принимается при хранении на складе, верхний предел 0,1 - в цехе.

Для автоматических выключателей типа АК, АП, АО, АЗ700 в технических условиях данных по надёжности нет, но оговаривается число оперативных включений. При односменном режиме работы число оперативных включений за смену не превышает десяти. Это позволяет ориентировочно рассчитать ресурс изделия Т_γ при односменной эксплуатации.

где:

N – допустимое гарантированное включение за смену (для автоматических выключателей N = 2700;

n – число оперативных включений за смену (я < 10);

t – число часов в сутках;

Гарантированный ресурс изделия γ = 0,1. Отсюда P (T_γ) =1-γ. Интенсивность отказов можно рассчитать из выражения: P(t) = ехр(-λ_срt); Р (Т_γ) = е (- λ_срТ_γ) = 1 - γ.

Отсюда:

Интенсивность отказов на один цикл включения

Вероятность безотказной работы изделия с учетом трех режимов работы:

P(t) = exp[-(λ_Pt_P + λ_XPt_XP + λ_cpT_Цh)],

где:

T_Ц – среднее число цикла;

h – число циклов;

λ_ср – интенсивность отказов при аварийном срабатывании.

Интенсивность отказов автоматического выключения в течении времени работы без отключения выбирается из диапазона λ_РО = (2 ÷ 5) ∙ 10 ^-6

Если принять λ_РО = 3∙10^-6 и λ_{X P}, то имеем: λ_XP = 0,05 λ_{P O} = 0,05 ∙ 3 ∙ 10^-6 = 1,5∙ 10^-7 1/час

Следовательно, интенсивность отказов автоматического выключателя:

где:

t = t_P + t_XP – среднее время эксплуатации (временем переключения пренебрегаем);

При работе в одну смену Следовательно:

или

4.4.4. СУММАРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЁЖНОСТИ

Теперь можно рассчитать суммарные показатели надёжности изделия в целом.

При ослаблении величин можно определить оптимальный запас ЗИПа, а также наиболее уязвимую часть издел