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开关磁阻电机系统
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-10-25

  可靠性预计方法(method)由于开关磁阻马达的失效主要表现为绕组失效、轴承(bearing)失效和驱动(Driver)控制失效3个主要方面,并且可靠性模型(model)为串联模型,则只需考虑(consider)这3个方面的失效模式。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。
  根据电机设计的不同阶段,可以采用不同的可靠性预计方法:
  ①在早期权衡(称量物体轻重的器具)研究(research)和方案设计阶段采用可靠度的相似设备(shèbèi)法和相似复杂性法;
  ②在早期设计阶段采用元器元件计数法和粗略应力分析(Analyse)法;
  ③详细设计阶段采用应力分析法。
  元器件计数法:这一方法应用(application)于开关磁阻电机设计的早期阶段,此时所设计的电机以及元器件数目都已确定,但元器件和部件(assembly unit)的工作(job)仍不确定。在这一阶段的分析中,假定个部件和元器件的失效都服从指数分布。
  应力分析法:计数法并没有考虑工作盈利的影响,同时认为一个单元的失效率(efficiency)服从指数分布,这一结论与实际情况在大多数情况下相符,但不是绝对。因此,该方法估计精确度不高。事实(Fact)上,构成开关磁阻电机的各单元失效率、可靠性与工作应力密切相关。
  可靠性计算恒定故障率下的可靠性验证(Experimental)试验通常采用的试验方案主要有以下2种。(1)定时或者定数截尾试验方案。在试验期间,对电机样本进行连续(Continuity)地或短间隔地监测(Food Monitor),若累积的试验时间达到了预定的试验时间,而故障书未达到预定的故障数,则判为接受;若累积的试验时间未达到预定的试验时间,而故障数超过了预定的故障数,则判为拒收。(2)截尾序贯试验方案。试验期间,对电机样本进行连续地或短间隔地监测,同时将累积试验时间和故障数与预定的判据进行比较,从而确定接收、拒收还是继续试验。
  为某电机企业(Company)19912000年生产的电机在19922001年进行维修(wéi xiu)的纪录,其中这10年中电机的产量为5.5万台。由经绘图估计可得:开关磁阻电机寿命近似服从单参数指数分布,即电机的故障率近似为一个常数。若设为期故障率,则的极大似然估计可由以下方法获得。
  设有n台进行寿命试验,采用定时截尾试验方法,即在时间tc时停止试验,得到寿命试验数据(data)为t1,t2,t3,tn,则可以求出样机观察值出现的概率(probability)近似为:10年故障电机样本运行时间/a12345678910故障数/台72120131K(dt)r1re-tcn-rrt=1r-ti选取似然函数为:L()=e-1ri=1ti+(n-r)tc(5)将等式两边取对数,可以得到:lnL()=rln1=1ri=1ti+(n-r)tc(6)令lnL()=max,即dlnL()d,则可求得平均寿命的点估计值为:^=-1ri=1ti+(n-r)tc。
  故障率的点估计为:^=ri=1ti+(n-r)tc(7)由得到的电机样本,根据定时结尾法将10年的开关磁阻电机的试验数据代入式(7),可以求出截止时间10年的故障率为:^1.1110-5(8)即开关磁阻电机的寿命近似服从于故障率为0.0000111的单参数指数分布。如果取t=2000,则该厂生产的开关磁阻电机寿命为2000h的可靠度可以计算得到:R=et=e-20000.00003834=0.978(9)4提高可靠性的方法串联系统(system)是指系统中任何一个元件的失效均构成系统失效的一种系统。换句话说,必须全部元件完好,系统才算完好。
  开关磁阻电机就属于这样的系统。若各元件的可靠度记为Ri(i=1n),则其系统可靠度可表示为R(t)=ni=1Ri(t)。也就是说,串联系统中,系统的可靠度是元件可靠度的乘积;因为Ri(t)小于1,所以Rs(t)也必然小于1,而且Rs(t)  并联系统是指所有元件失效才构成系统失效的系统。或者说,元件中的任意一个工作,系统仍能正常工作。R(t)=1-ni=1则可得:并联系统的可靠度比其中任何一个子系统的可靠度都高。
  所以对故障率高的元件进行并联,让其工作在冗余状态可以大幅度提高系统的可靠性。如在本系统中,假设6个元件可靠度都为0.9,则系统的可靠度为0.531,如果都采用并联结构(Structure),则易求得系统的可靠度为0.999999.可见,系统可靠性大幅度提高。当然,在实际应用中,只需要对障率高、易于实现的部件进行冗余。
  结语可靠性问题是影响开关磁阻电机驱动系统(actuation system)在工农业生产等各个领域(domain)应用的一个重要因素(factor),开发(develop)出高可靠性的开关磁阻电机及其控制系统是当前摆在该领域学者面前的一个重要课题。本文在分析开关磁阻电机故障模式的情况下,运用可靠性理论,计算出了开关磁阻电机在安全(safe)运行2000h的可靠度。该方法简单、运算量小,适合于实际应用场合;在此基础上总结了提高开关磁阻电机驱动系统可靠性的方法和途径。该项研究为开关磁阻电机驱动系统的进一步应用打下了理论基础。
  
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