CN104361202A - 一种保证电气元件可靠度的方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保证电气元件可靠度的方案，特点在于就影响电气元件可靠性的两个重要因素：工作时间（t）和工作温度（c）对单个元件的可靠性进行分析，特别是每个元件的工作时间和适宜工作温度都不一样时，使用传统的方法分析系统可靠性是困难的，本发明通过调整元件（事件）更换周期来保证元件的可靠度。本发明可用事故树表示系统结构，通过事故树对系统结构进行化简，得到考虑t和c二元因素影响下的系统故障概率分布，进而确定元件（事件）更换周期。可广泛用于电气元件故障概率分析的特征，保证元件的可靠度。

Description

一种保证电气元件可靠度的方案

技术领域

本发明涉及电气系统可靠性，特别是涉及使用一种保证电气元件可靠度的方案。 

背景技术

电气系统是现在各个领域中最常见的系统，其可靠性直接影响着所在系统的整体性能。从系统角度分析，其可靠性可分为两个部分进行研究。一是组成系统的基本元件，这些元件的性质作用到自身的可靠性，进而影响这个电气系统的可靠性。二是系统本身的结构，就是基本元件的组成方式，组成方式的不同将直接决定元件影响系统可靠性的作用程度。整个系统的可靠性是两者的有机结合。 

对于电器系统中的二极管元件，它的故障概率就与工作时间的长短、工作温度的大小、通过电流及电压等有直接关系。假设系统故障是由于元件损坏引起的，且通过更换元件进行故障排除。那么元件的使用时间将成为影响元件可靠性的关键因素，这个因素影响故障概率的程度服从指数表达式。另一个因素就是工作温度，明显地，对于电气元件温度过高和过低都会导致其可靠性的下降和故障率的上升，基本服从余弦曲线。首先构建电器元件的基于使用时间（t）和工作温度（c）的故障概率空间，通过调整元件的更换周期来保证元件的可靠度。 

发明内容

为更好的对发明进行描述，这里设计简单的电器系统进行论述，该系统由二极管组成，二极管的额定工作状态受很多因素影响，其中主要的是t和c。本文针对由这两个因素影响的电器系统作为研究对象。系统中有五个基本元件 、、、、，并设为受t和c有明显影响的元件，其经典事故树图1所示。该系统的事故树化简得：。 

1.       电气元件的可靠性分析 

系统中的5个基本电气元件、、、、的故障概率，都是受到t和c的影响，即元件的故障概率，其中同下，是t和c作为自变量的函数。当t和c两方面之一故障时元件就发生故障，根据逻辑或的概念如式（1）所示。

 (1) 

确定，必须先确定和。设系统中单个元件发生故障后不可修，系统排除故障是通过更换元件实现的。则可以认为是不可修系统的单元故障概率^[8]，并设故障达到0.9999元件应该更换（这个数据可以通过给定系统故障率反分析得到，通常比这个值小得多），如式2所示。

； (2) 

式中：为单元故障率。

对于，电器元件的正常工作都要有一定的工作温度范围，高于或低于该温度范围元件就发生故障，本文将该规律表示为余弦曲线，如式3所示。 

        (3) 

式中：A为温度变化范围。

实际上不同类型的元件有不同的使用时间寿命和适宜工作温度的范围. 

2.       元件更换周期的确定

事件更换周期：为保证某基本事件在指定影响因素范围内，其基本事件发生概率在其它因素上连续小于某发生概率值，按固定周期更换该基本事件，这个周期即是基本事件更换周期。表示。为要求的发生概率值。详细更换方案见实施例。

附图说明

图1 电气系统的事故树 

图2 的故障概率空间分布

图3 的故障概率等值曲线

图4 的故障概率空间分布

图5的故障概率等值曲线

图6 的故障概率空间分布

图7 的故障概率等值曲线

图8 的故障概率空间分布

图9 的故障概率等值曲线

图10 的故障概率空间分布

图11 的故障概率等值曲线

图12 在给定范围内（<70%）的故障概率分布

图13 在给定范围内（<70%）的故障概率等值线图。

具体实施方式

实施例为图1所示的电气系统。 

系统中的5个基本电气元件、、、、的故障概率，都是受到t和c的影响，即元件的故障概率，其中同下，是t和c作为自变量的函数。当t和c两方面之一故障时元件就发生故障，根据逻辑或的概念如下式： 

   (1)

确定，必须先确定和。设系统中单个元件发生故障后不可修，系统排除故障是通过更换元件实现的。则可以认为是不可修系统的单元故障概率^[8]，并设故障达到0.9999元件应该更换（这个数据可以通过给定系统故障率反分析得到，通常比这个值小得多），如式2所示。对于，电器元件的正常工作都要有一定的工作温度范围，高于或低于该温度范围元件就发生故障，本文将该规律表示为余弦曲线，如式3所示。

； (2) 

        (3)

式中：为单元故障率，A为温度变化范围。

实际上不同类型的元件有不同的使用时间寿命和适宜工作温度的范围，本文假设了他们的使用范围，研究的工作时间范围天，工作温度区间°C。并根据式（2）和式（3）计算得到和在各个范围内的表达函数关系。和在各自研究范围内不是连续的，而是分段函数。各函数的分段表示如表1所示。 

由表2和公式（1）可构造出系统元件的故障概率空间分布及其等值曲线，如图2—图11所示。 

 表1 和在研究区域内的表达式 

图2—图11中，故障概率空间分布及其等值曲线都是不一样的，这是由于其t和c的影响造成的。故障概率空间分布图中有两个或三个区域的故障概率明显降低，是由于更换新元件造成的。上述分析的关键意义在于如果想保证某一元件的故障概率不大于某个阀值，那么可以在确定工作温度的条件下，连续以某一周期更换该元件，达到连续时间内保证该元件的故障概率小于，这既是元件（事件）更换周期。就元件为例描述元件更换周期的确定过程。元件更换周期的确定首先要根据给定温度区域分成三种情况讨论：1.给定温度区域内不存在满足要求的元件故障概率（=70%），如图2中如果使用温度要求在35°到45°时，那么就不存在<70%的区域，这时；2.使用的温度区域对称于温度域的中值，对图2、图3，如表1，中值为20°，使用区域为16°到24°，那么天。3.使用温度区不对称，如图2、图3，使用温度为13°到24°，两个边界温度对应的时间为5天和6天，那么天。对于第三种情况即每隔5天就要更换一次元件，在整个研究时间域内的<70%，按第三种情况更换元件，该元件故障发生概率分布和等值曲线如图12、图13所示。

图13中，两条黑色折线中间的部分就是<70%的工作区域。对于，在给定任意使用温度区间和元件故障概率时，其事件更换周期都不一样。这里不再一一列举。

Claims (6)

1.一种保证电气元件可靠度的方案，其特征在于，就影响电气元件可靠性的两个重要因素：工作时间（t）和工作温度（c）对单个元件的可靠性进行分析，特别是每个元件的工作时间和适宜工作温度都不一样时，使用传统的方法分析系统可靠性是困难的，本发明通过调整元件（事件）更换周期来保证元件的可靠度；其包括如下步骤：电气元件的可靠性确定、调整元件（事件）更换周期的确定，本发明可用事故树表示系统结构，通过事故树对系统结构进行化简，得到考虑t和c因素影响下的系统故障概率分布，进而确定元件（事件）更换周期。

2.根据权利要求1所述的保证电气元件可靠度的方案，其特征在于，就影响电气元件可靠性的两个重要因素：工作时间（t）和工作温度（c）对单个元件的可靠性进行分析；在此基础上用事故树表示系统结构，通过事故树对系统结构进行化简，得到考虑t和c因素影响下的系统故障概率分布。

3.根据权利要求1所述的电气元件的可靠性确定，其特征在于，元件的故障概率                                                是t和c作为自变量的函数，当t和c两方面之一故障时元件就发生故障，根据逻辑或的概念为：

确定，必须先确定和，设系统中单个元件发生故障后不可修，系统排除故障是通过更换元件实现的。

4.根据权利要求3所述的系统中单个元件发生故障后不可修，其特征在于，可以认为是不可修系统的单元故障概率，并设故障达到0.9999元件应该更换（这个数据可以通过给定系统故障率反分析得到，通常比这个值小得多），如下式所示：

；

式中：为单元故障率。

5.根据权利要求3所述的系统中单个元件发生故障后不可修，其特征在于，对于，电器元件的正常工作都要有一定的工作温度范围，高于或低于该温度范围元件就发生故障，本文将该规律表示为余弦曲线，如下式所示：

式中：A为温度变化范围。

6.根据权利要求1所述的调整元件（事件）更换周期的确定，其特征在于，其具体调整法及周期的确定，就元件为例描述元件更换周期的确定过程：元件更换周期的确定首先要根据给定温度区域分成三种情况讨论：1.给定温度区域内不存在满足要求的元件故障概率（=70%），X1如果使用温度要求在35°到45°时，那么就不存在<70%的区域，这时；2.使用的温度区域对称于温度域的中值，X1中值为20°，使用区域为16°到24°，那么天；3.使用温度区不对称，使用温度为13°到24°，两个边界温度对应的时间为5天和6天，那么天，对于第三种情况即每隔5天就要更换一次元件，在整个研究时间域内的<70%，按第三种情况更换元件。