قابلیت اطمینان در الکترونیک قدرت – بخش ۱: تعاریف و مفاهیم

0
41
قابلیت اطمینان در الکترونیک قدرت – بخش ۱: تعاریف و مفاهیم
قابلیت اطمینان در الکترونیک قدرت – بخش ۱: تعاریف و مفاهیم

اولین قدم در ارزیابی و بهبود قابلیت اطمینان یک سیستم، تعیین این موضوع است که چه معیارهایی باید تجزیه و تحلیل شوند. از آنجا که معیارها همیشه اهداف طراحی را منعکس می کنند، بنابراین هر اطلاعاتی که برای تعیین معیارها استفاده می شود، براساس نیاز مشتری و بررسی دقیق کاربردهای در نظر گرفته شده است. معیارهای متداول برای ارزیابی سیستم های الکترونیک قدرتی شامل قابلیت اطمینان، میزان خرابی، میانگین زمان برای خرابی (MTTF=mean time to failure) ، میانگین زمان برای تعمیر (MTTR=mean time to repair) و در دسترس بودن (availability) است.

الف- قابلیت اطمینان

قابلیت اطمینان به عنوان احتمال کار کردن یک سیستم (یک ریزسیستم مثل ادوات الکتریکی یا یک سیستم کامل) در شرایط معین محیطی و عملیاتی برای مدت زمان مورد نظر تعریف می شود. تابع قابلیت اطمینان R(t) نشان دهنده احتمال کارکرد سیستم بدون خرابی در بازه زمانی [۰ ، t] است.
قابلیت اطمینان یک سیستم به زمان مورد نظر بستگی دارد. قابلیت اطمینان به طور معمول با گذشت زمان، کاهش می یابد. برای محصولات تجاری ، این زمان باید مدت زمان گارانتی سیستم را پوشش دهد.

ب- نرخ خرابی

نرخ خرابی به معنای “احتمال خرابی” یک سیستم پس از گذشت زمان t تعریف میشود. شکل ۱ یک منحنی نرخ خرابی معمول را به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد که معمولاً به عنوان منحنی وان (bathtub curve) شناخته می شود. شکل منحنی وان در شکل ۱ نشان می دهد که چرخه عمر یک سیستم را می توان به سه دوره مختلف تقسیم کرد: دوره تولد، عمر مفید و دوره فرسودگی. اگرچه یک سیستم قبل از ورود به بازار تحت آزمایش کاملاً گسترده ای قرار گرفته و بسیاری از خرابی های سیستم های ساخته شده قبل از ورود به بازار است، اما نقص کشف نشده در یک سیستم در طی مراحل طراحی یا تولید منجر به خرابی بالا در دوره تولد سیستم می شود. هنگامی که کالا در دوره تولد سالم می ماند ، سرعت خرابی در سطحی ثابت می شود که برای مدت زمان مشخصی قبل از شروع فرسودگی کالا نسبتاً ثابت میماند. در حالی که سیستم در دوره فرسودگی قرار گیرد، زیرسیستم ها عمر مفید خود را کرده اند. بنابراین ، نرخ خرابی در طول عمر مفید برای انجام تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان مهم است.

نرخ خرابی

نرخ خرابی λ (t) به تابع قابلیت اطمینان R (t) مربوط می شود که با رابطه زیر توصیف میشود.

که Δt یک بازه زمانی با Δt> 0 است. قابلیت اطمینان R (t) از نرخ خرابی λ (t) با در نظر گرفتن R (0) = 1 تعیین می شود ، یعنی سیستم در حالت اولیه کاملاً کاربردی است.

قابلیت اطمینان R (t)

در بسیاری از مدل های قابلیت اطمینان، نرخ خرابی اجزا و زیر سیستم ها مستقل از زمان فرض می شوند، اگرچه این فرض محدودیت هایی دارد. با فرض λ (t) = λ ،  رابطه (۲) به شکل زیر ساده می شود:

سپس نرخ خرابی از میانگین تعداد خرابی ها در واحد زمان تخمین زده می شود که با FIT (failures in time) تعریف میشود.

failures in time
ج- زمان متوسط برای خرابی (MTTF)

MTTF زمان پیش بینی شده قبل از وقوع خرابی است. برخلاف قابلیت اطمینان ، MTTF به یک دوره زمانی خاص بستگی ندارد. این زمان متوسطی است که یک سیستم بدون خرابی کار می کند. MTTF معیار عملکردی است که به طور گسترده ای برای مقایسه انواع طرح های سیستم نقل شده است. این مشخصه، توزیع عمر یک سیستم را منعکس می کند. با این وجود ، این مشخصه؛ اطلاعاتی که MTTF طولانی تر در زمان کاری به معنای قابلیت اطمینان بیشتر سیستم در زمان کاری است، را منتقل نمی کند.

رابطه بین MTTF و تابع قابلیت اطمینان به شکل زیر تعریف میشود:

که در آن R (t) تابع قابلیت اطمینان است. وقتی نرخ خرابی λ (t)  ثابت و برابر λ باشد، بیان MTTF به شکل زیر ساده می شود:

د- زمان متوسط برای تعمیر (MTTR)

(MTTR) میانگین زمان تعمیر است که برای از بین بردن خرابی و بازگرداندن سیستم به یک حالت مشخص طول می کشد. زمان تعمیر به قابلیت نگهداری مانند تشخیص موثر عیب ها، اجزای قابل تعویض موجود در دستگاه و غیره بستگی دارد.

ه- در دسترس بودن و متوسط در دسترس بودن

در دسترس بودن (availability) احتمال عملکرد یک سیستم در یک زمان مشخص است. میانگین availability نشان دهنده میانگین بخشی از زمان کار سیستم در یک بازه زمانی مشخص است. برای یک سیستم قابل تعمیر، اگر هر بار خراب شود و مجدد بعد از تعمیر به شرایط مناسب برگردد ، متوسط availability به شکل زیر تعریف میشود:

بنابراین ، بهبود availability مستلزم افزایش MTTF و کاهش MTTR است. محدودیت اصلی مرتبط با معیار میانگین availability در این واقعیت نهفته است که نمی تواند منعکس کننده تعداد دفعات خرابی یا نگهداری مورد نیاز باشد. از این رو  فقط برای ارزیابی سیستم های قابل تعمیر استفاده می شود که مهمترین مسئله availability آن است تا قابلیت اطمینان.

 

 

کوروش خلج منفرد

 

منبع:

https://ieeexplore.ieee.org/document/6176239

 

 

 

منبع :گروه الکترونیک قدرت دانشگاه تهران

مطلب قبلیبررسی توپولوژی های منبع تغذیه برای گیت درایوهای IGBT در درایوهای صنعتی (بخش۲)
مطلب بعدیتفاوت ترانسفورماتورهای پلانار با ترانسفورماتورهای سوئیچینگ عادی

پاسخ دهید

لطفا نظر خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید