Вопрос для самопроверки
Какие могут быть предложены мероприятия по повышению надежности полупроводникового преобразователя?
При эксплуатации большое влияние на надежность преобразователей оказывают температура окружающей среды и ее изменения, характер изменения тока и напряжения нагрузки, условия охлаждения и другие факторы среды.
Надежность силовых полупроводниковых преобразователей в значительной степени определяется уже на этапе их разработки и конструирования. На этапе разработки следует идти по пути использования хорошо зарекомендовавших себя и испытанных схемных решений, применять надежные комплектующие элементы и обратить внимание конструктора на возможность взаимного влияния отдельных элементов и их электрических соединений.
Что касается примененных элементов, то следует снижать их нагрузку относительно значений допустимой нагрузки, указанных в каталогах изготовителей. Надежность существенно повышается при снижении нагрузки элементов по току и напряжению, что связано, главным образом, с рабочей температурой электротехнических и электронных элементов.
Конструктор преобразователя, получающий в качестве исходной документации принципиальные схемы силовых и управляющих цепей, перечень элементов и указания об источниках тепловых потерь, помех и т. п., оказывает влияние на надежность выбором механических и электрических соединений, защиты и способов охлаждения преобразователя. Разделение труда при конструировании силового полупроводникового преобразователя, как правило, таково, что силовые цепи конструирует одна специализированная группа, а управляющие цепи - другая.
Надежность механической части конструкции преобразователя основана на обеспечении устойчивости к действию вибраций, уровень которых определяется назначением преобразователя. Узлы, которые могут быть повреждены вибрацией, закрепляются с помощью амортизирующих элементов. Крепления деталей должны быть такими, чтобы при нормальной работе они не ослаблялись.
Электрические соединения с точки зрения надежности являются относительно слабым местом преобразователя. В силовых цепях необходимо обращать внимание на правильный выбор сечения и надежного способа соединений. Хорошие резьбовые соединения с пружинными шайбами являются очень надежными. При соединении различных металлов необходимо следить за тем, чтобы не образовывались опасные гальванические пары. В управляющих цепях можно считать, что надежность различных видов соединений уменьшается в следующей последовательности: сварные соединения; навитые соединения; соединения машинной пайкой; соединения механической обжимкой; соединения ручной пайкой.
Места паек в печатных платах, особенно односторонних, должны быть механически разгружены. При механической нагрузке печатный проводник может легко отклеиться от изоляционной пластины. Это очень часто является причиной отказов в печатных соединениях. Более надежными при механической нагрузке являются двухсторонние печатные платы с металлизированными отверстиями.
С точки зрения надежности очень важно, чтобы при снятии изоляции с концов проводов не были ни в малейшей мере повреждены даже царапиной проводниковые жилы. Даже очень незначительные повреждения становятся причиной последующего полного излома проводника, особенно подверженного действию вибраций. Это особенно касается алюминиевых проводов, но определенная опасность грозит и поврежденным медным проводам. Поэтому для снятия изоляции с проводов должны использоваться только проверенные инструменты без острых граней, которые могли бы повредить проводниковую жилу.
Корпус преобразователя предохраняет его от воздействия внешних факторов, препятствует проникновению воды, пыли в определенной мере, зависящей от степени защиты. Отрицательное воздействие на преобразователь оказывает влажность. Поэтому необходимо герметизировать преобразователь или обеспечивать его достаточную вентиляцию. Нет никакого третьего, промежуточного между этими крайними, способа борьбы с влажностью. Частичная защита, которая позволяет влажному воздуху проникать в преобразователь, а затем препятствует его свободному обмену, приводит к концентрации влаги, образованию конденсата при изменении температуры и в результате к появлению коррозии и повреждению изоляции.
Система охлаждения должна таким образом отводить тепловые потери из преобразователя, чтобы без исключения ни в одном месте преобразователя температуры даже на короткое время не превышала допустимых значений. При этом устройство охлаждения само должно быть как можно надежнее. Размеры охладителей и других узлов преобразователя при естественном охлаждении получаются относительно большими, поэтому чаще применяют принудительное воздушное охлаждение. Для обеспечения надежной работы должны использоваться правильно выбранные вентиляторы с высококачественными подшипниками. От изготовителей вентиляторов необходимо требовать сведений о количественных показателях надежности и на их основе выработать концепцию плановых ремонтов, чтобы в максимальной мере избежать непредвиденных аварий системы вентиляции. Каждый преобразователь с принудительным воздушным охлаждением должен быть обязательно снабжен датчиком контроля работы охлаждения. Хорошо зарекомендовали себя биметаллические датчики температуры, которые, однако, подают сигнал лишь при превышении заданной температуры в месте их установки. При быстром возрастании температуры полупроводникового элемента они могут не успеть среагировать. Поэтому лучшим решением является контроль потока воздуха вентилятора с помощью анемометра с контактным или бесконтактным датчиком-выключателем.
При применении жидкостного охлаждения для обеспечения надежности очень важно использовать хорошие вентили и датчики уровня и температуры жидкости.
Если нет технической возможности достичь заданной надежности применением элементов с высокой надежностью, должно использоваться резервирование. Резервирование может быть полным, если для него используются два или более комплектных устройства, или частичным, если для него удваивается или утраивается число только некоторых узлов.
Задание 3. Расчет надежности
систем на резервном соединении элементов
Исходные данные:
Таблица 7. Исходные данные для расчета
n |
m |
|
Схема |
5 |
9 |
0,87 |
Раздельное резервирование с целой кратностью и постоянно включенным резервом.
|
где n – число элементов основной системы;
m – число резервных систем (элементов).
Расчёт:
При определении надежности системы используется формула:
Вопросы для самопроверки
Изменится ли надежность вашей схемы с увеличением n?
Практически не изменится.
Изменится ли надежность вашей схемы с увеличением m?
Практически не изменится.
Задание 4. Выравнивание статического
распределения случайной величины
Исходные данные:
Количество систем управления тиристорно-импульсными преобразователями – 75;
Таблица 7. Данные по отказам систем управления
∆ti, ч. |
n(∆ti) |
0-5 |
14 |
5-10 |
9 |
10-15 |
8 |
15-20 |
9 |
20-25 |
7 |
25-30 |
5 |
30-35 |
3 |
35-40 |
4 |
40-45 |
2 |
45-50 |
2 |
50-55 |
3 |
55-60 |
2 |
60-65 |
2 |
65-70 |
3 |
70-75 |
2 |
75-80 |
1 |