电子电气设备设计复习3.ppt

a.可靠性定义b.“三个规定”的含义￿￿￿￿可靠性：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力￿￿￿￿规定条件是指使用时的环境条件和工作条件环境条件越恶劣，工作条件越不正常，可靠性越低￿￿￿￿规定时间内是指产品可以完成规定动能的工作时间内所预定的寿命这里的“”是广义的概念，除时间外，还包括：里程、次数等￿￿￿￿可靠性是随时间的递减函数（不能理解为成反比）￿￿￿￿￿规定功能是指产品规格书中给出了正常工作的性能指标八.可靠度函数 九.累计故障(失效)分布函数 可靠度：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率 可靠度是可靠性的度量指标，是随时间变化的函数，用R(t)来表示可靠度函数的表达式： R（t）= P（T＞t） T 是产品发生故障（失效）时间，当产品失效时，T 也称寿命 t 为规定的时间 R(t)t可靠度函数随时间递减的函数 累计故障（失效）分布函数是故障的度量指标，也是随时间变化的函数，通常用F（t）表示 累计故障（失效）分布函数数学表示为： F（t）= P（T≤t）累计故障（失效）分布函数t随时间递增的函数F(t) 不可靠度 假定产品要么处于正常工作状态，要么处于故障状态，可靠性与故障可以表述为两个对立的事件。

可靠度函数与累计故障分布函数的关系为： R（t）+ F（t）=1 由于F(t)=1-R(t),因此，累积故障分布函数通常也成为不可靠度 可靠度：N0为产品总数，r(t)为工作到t时刻产品发生的故障数 可靠度计算示例： 例：设t=0时，投入工作的10000只灯泡，当t=365天时，发现有300只灯泡坏了，求一年时的工作可靠度 参考答案：R（年）=0.97 F(t)=1-0.97=0.03第一节 可靠性的基本概念及常用度量——可靠度 （二）故障（失效）率 产品工作到某时刻尚未发生故障，在该时刻后一个单位时间发生故障的概率，称为产品故障（失效）率（或瞬时故障率） 产品故障率一般用λ(t)表示 Δr(t)— t 时刻后，Δt 时间内发生故障的产品数 Δt—所取时间间隔 NS(t)—在t 时刻没有发生故障的产品数第一节 可靠性的基本概念及常用度量——故障（失效）率产品典型的故障率曲线λ(t)使用寿命规定的故障率维护后故障率下降偶然故障期t耗损故障期早 期故障期AB1、早期故障降至最低，产品耗损期到来之前，是产品的主要使用期。

2、故障率基本平稳，可近似看作一个常数3、由偶然因素引起的4、可以通过统计方法来预测1、产品使用很长时间以后2、故障迅速上升，直至极度3、主要由老化，废劳、磨损、腐蚀引起4、可通过试验数据分析确定耗损起始点，并通过预防维修延长产品的寿命 产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受故障有关 规定的允许故障率越高，产品使用寿命越长，反之寿命越短1、产品使用初期，故障容易暴露出来2、故障率较高，且呈迅速下降趋势3、由设计和制造缺陷引起如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等 4、可以通过加强质量管理及采取环境应力筛选加以减少 高质量电子产品其故障率曲线在其寿命内基本是一条平稳的直线 质量低劣产品要么存在大量早期故障要么很快进入耗损故障阶段e.掌握可靠性串联模型和并联模型的计算串联模型的数学模型（1）可靠度是产品各单元可靠度的积（2）故障率是产品各单元故障率的和 串联系统的可靠度是指所有单元都正常工作的概率因此，系统总的可靠度等于各单元可靠度的积应注意的是上述数学模型是基于各工作单元彼此相互独立（都是独立故障），若不独立，相关联单元的概率用条件概率表述。

 产品服从指数分布情况下，若设计赋予各单元的故障率为λi求：1）可靠度Rs(t) 2）当工作时间 t= MTBF（平均寿命），Rs(t)值计算： 可靠度： t= MTBF时： 可靠度：  串联模型计算示列： 例1：已知振荡器的电感和电容故障率λL = λC= 10-6/h,振荡器寿命 服从指数分布，求振荡器的故障率λS；MTBF S及可靠度R S（t）参考答案：λS =2×10-6/h；MTBFS =5×10 5 h；RS（t） =e -2×10-6 t 串联模型计算示列： 例2：假设一个产品是10个部件串联组成，寿命服从指数分布，若每个部件工作10000小时的可靠度为0.9，求产品工作到10000小时的可靠度参考答案： R S（10000) =0.910 =0.349额定值额定值1. 额定功率额定功率PN :电机轴上输出的机械功率电机轴上输出的机械功率2. 额定电压额定电压UN ：：额定工作情况下的电枢上加的额定工作情况下的电枢上加的直流电压。

例：直流电压例：110V，，220V，，440V）） 3. 额定电流额定电流IN ：： 额定电压下，轴上输出额定功率额定电压下，轴上输出额定功率时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）时的电流（并励应包括励磁电流和电枢电流）三者关系：三者关系：PN=UNIN  （（  ：效率）：效率）7.4 电磁转矩电磁转矩KT：与线圈的结构有关的常数：与线圈的结构有关的常数 （与线圈大小，磁极的对数等有关）（与线圈大小，磁极的对数等有关）  ：线圈所处位置的磁通：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流：电枢绕组中的电流一、电磁转矩一、电磁转矩单位：单位：   （韦伯），（韦伯），Ia（安培），（安培），T（牛顿（牛顿 米）米）由转矩公式可知：由转矩公式可知：(1)产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者 改变磁通的方向改变磁通的方向二、二、 转矩平衡关系转矩平衡关系电磁转矩电磁转矩T为驱动转矩，在电机运行时，必须和外为驱动转矩，在电机运行时，必须和外加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即加负载和空载损耗的阻转矩相平衡，即TL：： 负载转矩负载转矩T0 ：空载转矩：空载转矩 转矩平衡过程：转矩平衡过程：当负载转矩（当负载转矩（TL）发生变化时，）发生变化时，通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁通过电机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩自动调整，以实现新的平衡。

转矩自动调整，以实现新的平衡由上式可知：由上式可知： （（1 1）在）在 U 一定的情况下，改变一定的情况下，改变   可改变可改变 n；； （（2 2）在电枢回路中串电阻）在电枢回路中串电阻Ra1，可以调速；，可以调速； （（3 3）改变）改变U的大小，可以调速的大小，可以调速一、调速原理一、调速原理M他励他励UfIfIaU其中：其中：  =K  If旋转磁场的转速大小 一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°电流频率为 f Hz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈每分钟旋转：n1称为同步转速三相异步电动机的同步转速极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速五、三相异步电动机的调速1. 改变极对数 有级调速2. 改变转差率 无级调速调速方法：3. 改变电源频率 (变频调速) 无级调速变频电源 可变 此种调速方法发展很快，且调速性能较好其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成） 以下控制电路能否实现即能点动、以下控制电路能否实现即能点动、又能连续运行又能连续运行 思考思考不能点动！不能点动！KMSB1KMSB2FRSB18SBKASB1KASB2FRKMKAM3~ABCKMFU加中间继电器（加中间继电器（KA）。

控制控制关系关系SB：点动：点动SB2：连续运行：连续运行FR19电机的正反转控制电机的正反转控制— 加互锁加互锁互锁作用互锁作用：正转时，：正转时，SBR不起作用；反转不起作用；反转 时，时，SBF不起作用从而避免两触发器不起作用从而避免两触发器 同时工作造成主回路短路同时工作造成主回路短路KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRM3~A BCKMFFUQ SFRKMRSBR互锁互锁20如图，某产品一接口电路进行电压为 500V的涌浪试验，接口工作不正常，测试后不能自行恢复，经检查，磁珠损坏磁珠直流电阻为1.3 ,10MHz时10-20 之间，100MHz时达到600 分析磁珠损坏原因，并改进电路，要求能通过涌浪试验 磁珠能将高频信号转化成热能，从图中可以看出，TVS用来进行涌浪保护，磁珠与旁路电容形成LC滤波器，对高频进行抑制，当进行涌浪试验时，高频信号首先流过磁珠，然后经TVS泄放到地，从而使后一级芯片免受冲击涌浪试验采用电流波形为8-20微秒，电压1.2-50微秒的综合波形图中电路TVS所能承受的最大脉冲功率为500W，箝位电压为10V左右，可以承受数十安培的电流，但是磁珠额定电路为100mA，流过磁珠的电流大大超过这个值，造成损害。

改进如图所示例：例：抢答器的答器的设计抢答器有三个答器有三个输入，分入，分别为I0.0、、I0.1和和I0.2，，输出分出分别为Q4.0、、Q4.1和和Q4.2，，复位复位输入是入是I0.4要求：要求：三人中任意三人中任意抢答，答，谁先按按先按按钮，，谁的指示灯的指示灯优先亮，先亮，且只能亮一且只能亮一盏灯，灯，进行下一行下一问题时主持人按复位按主持人按复位按钮，，抢答重新开始答重新开始￿抢答器程序抢答器程序 定时器定时器使使用用定定时时器器指指令令可可创创建建编编程程的的时时间间延延迟迟，，S7-1200 PLC有有4种种定定时器：时器：●TP：： 脉冲定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲脉冲定时器可生成具有预设宽度时间的脉冲 ●TON：接通延迟定时器输出：接通延迟定时器输出Q在预设的延时过后设置为在预设的延时过后设置为 ON ●TOF：：关关断断延延迟迟定定时时器器输输出出 Q 在在预预设设的的延延时时过过后后重重置置为为 OFF ●TONR：：保保持持型型接接通通延延迟迟定定时时器器输输出出在在预预设设的的延延时时过过后后设设置置为为ON在在使使用用 R 输输入入重重置置经经过过的的时时间间之之前前，，会会跨跨越越多多个个定定时时时时段段一直累加经过的时间。

一直累加经过的时间 ● RT：：通通过过清清除除存存储储在在指指定定定定时时器器背背景景数数据据块块中中的的时时间间数数据据来来重置定时器重置定时器 每每个个定定时时器器都都使使用用一一个个存存储储在在数数据据块块中中的的结结构构来来保保存存定定时时器器数数据 在编辑器中放置定时器指令时可分配该数据块在编辑器中放置定时器指令时可分配该数据块 练习练习 按按下下瞬瞬时时启启动动按按钮钮I0.0，，5秒秒后后电电动动机机启启动动，，按下按下瞬时停止按钮瞬时停止按钮I0.1，，10秒后电动机停止秒后电动机停止两两条条运运输输带带顺顺序序相相连连，，为为避避免免运运送送的的物物料料在在1号号运运输输带带上上堆堆积积，，按按下下起起动动按按钮钮I0.3，，1号号带带开开始始运运行行，，8s后后2号号带带自自动动起起动动停停机机的的顺顺序序与与起起动动的的顺顺序序相相反反，，按按了了停停止止按按钮钮I0.2后后，，先先停停2号号带带，，8s后后停停1号带Q1.1和和Q0.6控制两台电动机控制两台电动机M1和和M2 计数器指令计数器指令——计数器的输入输出计数器的输入输出 参数参数参数参数数据类型数据类型说明说明CU、、CD BOOL加计数或减计数，按加或减加计数或减计数，按加或减一计数一计数 R ( CTU、、CTUD ) BOOL将计数值重置为零将计数值重置为零 LOAD (CTD、、CTUD) BOOL预设值的装载控制预设值的装载控制 PV SInt、、Int、、DInt、、USInt、、UInt、、UDInt 预设计数值预设计数值 Q、、QU BOOLCV >= PV 时为真时为真 QD BOOLCV <= 0 时为真时为真 CV SInt、、Int、、DInt、、USInt、、UInt、、UDInt 当前计数值当前计数值 •通过传送带电机KM1带动传送带传送物品，通过产品检测器PH检测产品通过的数量，传送带每传送24个产品机械手KM2动作1次，进行包装，机械手动作后，延时2秒，机械手的电磁铁切断。

通过传送带起动按钮、传送带停机按钮控制传送带的运动产品通过检测器产品通过检测器PH机械械手KM1KM2传送带电机传送带电机计数器数器应用用举例：例：产品数量品数量检测产品通过检测器产品通过检测器PH机械械手KM1KM2传送带电机传送带电机PLC的的I/O分配：分配：I0.0— 传送带停机按钮传送带停机按钮I0.1—传送带起动按钮传送带起动按钮I0.2— 产品通过检测器产品通过检测器PHQ0.0—传送带电机传送带电机KM1Q0.1—机械械手KM2定时器定时器,定时定时2秒秒计数器，设定值计数器，设定值24（每（每24个产品个产品机械手动作机械手动作1次）次）I0.0— 传送带停传送带停机按钮机按钮I0.1—传送带起动传送带起动按钮按钮I0.2— 产品通过产品通过检测器检测器PHQ0.0—传送带电机传送带电机KM1Q0.1—机械械手KM2定时器定时器,定时定时2秒秒计数器，设定值计数器，设定值24机械手动作后，延时机械手动作后，延时2 2秒，秒，机械手的电磁铁切断机械手的电磁铁切断测到一个产品，测到一个产品，I0.2产生一个正产生一个正脉冲，使计一个数脉冲，使计一个数C10每计每计24个数，机械手动作一次个数，机械手动作一次例：在例：在HMI设备上可以设定电动机的转速，设定值设备上可以设定电动机的转速，设定值MW20的范围为的范围为100-1440转转/分钟，若输入的设定值分钟，若输入的设定值在此范围内，则延时在此范围内，则延时5秒钟启动电动机秒钟启动电动机Q0.0，否则，否则Q0.1长亮提示。