Надежность электромеханических систем

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Филиал ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

в г. Смоленске

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Направление

подготовки специалистов: 140600 - Электротехника, электромеханика и электротехнологии

Специальность: 140601 - Электромеханика

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Надежность электромеханических систем

Индекс дисциплины по Учебному плану	ДУС. И.03
По Госстандарту	отсутствует
Часы (всего) по Учебному плану	116
По Госстандарту	отсутствует

2010 год

Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе

Цель преподавания дисциплины

В дисциплине изучаются общие понятия надежности электромеханических систем, особенности показателей надежности отдельных типов электрических машин, показатели надежности современных систем силовой электроники и управляющих цепей. Целью преподавания дисциплины является получение студентами необходимых знаний по основам надежности, законам распределения отказов в различных технических системах; систематизация полученных знаний по теории вероятностей и методам математической статистики применительно к различным типам электрических машин и электромеханическим системам; приобретение практических навыков расчета надежности сложных электромеханических систем.

Задачи изучения дисциплины

Предметом изучения данной дисциплины являются следующие составляющие теории надежности электрических машин и систем управления:

§ Элементы теории вероятностей для определения показателей надежности электромеханических систем (электрических машин и систем электропривода);

§ Элементы теории математической статистики, критерии согласия и их использование при различных законах распределения отказов в электрических машинах и системах управления.

Программа изучения дисциплины должна обеспечивает приобретение знаний, умений и навыков в соответствии с учебным планом.

В результате изучения дисциплины студент должен:

§ знать основные понятия, критерии и способы обеспечения надежности современных электромеханических систем;

§ получить представление о методах экспериментальной оценки надежности, системе сбора и обработки статической информации об отказах электромеханических систем;

§ научиться использовать справочный материал при решении практических задач оценки надежности;

§ иметь навыки работы при решении задач на статическую обработку испытаний при эксплуатации электрических машин, оценке законов распределения отказов с использованием аналитических методов.

Основные разделы дисциплины по Госстандарту: отсутствуют

Содержание программы "Надежность электромеханических систем"

Учебный план 2002 года

Лекции ( 36 часов)	10 семестр
Практические занятия ( 18 часов)	10 семестр
Расчетные задания ( 20 часов сам. работы)	10 семестр
Зачет	10 семестр
Объем самостоятельной работы по учебному плану ( 62 часов)

I. Содержание лекций

10 семестр

1.	Проблема надежности в электромеханике и ее значение для развития электромашиностроения (2 часа). Современная концепция надежности электрических машин и электротехнических систем.
2.	Надежность электромеханических систем и их экономическая целесообразность (2 часа). Система экономических показателей надежности.
3.	Элементы теории вероятностей: определения, теоремы и их использования для определения показателей надежности электромеханических систем (2 часа).
4.	Законы распределения случайных величин (2 часа). Понятие функций распределения для дискретных и непрерывных величин.
5.	Анализ основных законов распределения случайных величин и их использование для расчетов надежности электромеханических систем и их элементов, а также в технологических процессах (2 часа).
6.	Элементы теории математической статистики (2 часа). Главная совокупность и выборка. Понятие «оптимальной выборки». Точечные и интервальные оценки. Доверительные интервалы и уровень значимости.
7.	Критерии согласия и алгоритмы их использования при различных законах распределения (2 часа).
8.	Система сбора и обработки статической информации (2 часа).
9.	Расчет характеристик надежности неремонтируемых резервированных систем электромеханики (2 часа).
10.	Надежность асинхронных машин (2 часа). Статистика отказов и краткий анализ повреждаемости.
11.	Расчет долговечности изоляции и надежность обмоток (2 часа).
12.	Надежность машин постоянного тока (2 часа). Статистика отказов. Надежность щеточно-коллекторного узла и критерии работоспособности.
13.	Надежность синхронных машин (2 часа). Статистика отказов и количественные показатели надежности.
14.	Надежность элементов пускорегулирующей и электронной аппаратуры (2 часа). Законы распределения, используемые в технологическом процессе сложной технике. Методы оценки надежности современных силовых полупроводниковых ключей (IGBT, MOSFET).
15.	Методы экспериментальной оценки надежности (2 часа). Определенные и контрольные испытания на надежность.
16.	Основные положения методик при проведении контрольных испытаний (2 часа). Планирование испытаний.
17.	Особенности обеспечения надежности для электрических машин малой мощности (4 часа). Инженерная методика проектирования надежных систем управления электромеханическими системами.

II. Темы практических занятий

10 семестр

На практических занятиях решаются задачи, связанные с расчетом базовых показателей надежности различных типов электрических машин и отдельных узлов систем управления электроприводами в соответствии с основными положениями теории вероятностей и теории математической статистики.

Тематика практических занятий следующая:

ПЗ.1.	Решение задач на определение событий с использованием основ теории вероятности (теоремы сложения и умножения). Определение полной вероятности событий (формулы Бейеса, Бернулли).
ПЗ.2.	Решение задач по определению качественных характеристик надежности изделий с использованием понятия «случайного события»-отказа по признакам совместности-несовместимости.
ПЗ.3.	Задачи на определение количественных характеристик надежности.
ПЗ.4.	Расчет характеристик надежности электромеханических изделий по известным законам распределения отказов.
ПЗ.5.	Задачи по определению критериев надежности электрических машин для различных периодов их работы.
ПЗ.6.	Задачи на статическую обработку испытаний и эксплуатации электрических машин, оценка законов распределения с использованием критериев согласия (аналитический метод)
ПЗ.7.	Расчет и оценка надежности изоляции обмоток.
ПЗ.8.	Расчет надежности щеточно-коллекторного узла.
ПЗ.9.	Контрольная работа.

III. Темы расчетных заданий, рефератов

10 семестр

При выполнении расчетного задания студенты осваивают методики расчета надежности электромеханических систем.

Расчетное задание содержит индивидуальные варианты и предусматривает выполнение пяти задач.

Типовая структура расчетного задания выглядит следующим образом:

1. На подконтрольной эксплуатации находилось X машин. Число отказавших фиксировалось через каждые t ч. Определить вероятность безотказной работы, частоту и интенсивность отказов в функции времени, построить графики этих функций, выделить периоды работы. Полученные зависимости аппроксимировать. Найти среднюю наработку до первого отказа.

2. Работа устройства подчинена нормальному закону с параметрами Тр и σ. Определить вероятность безотказной работы для t1, частоту отказов для t2, интенсивность отказов для t3, среднюю наработку до первого отказа Тср.

3. На рисунке дана схема расчета надежности. Найти вероятность безотказной работы системы при известных вероятностях безотказной работы элементов. Приведены данные по вероятностям безотказной работы элементов и кратностям замещения.

4. Обычная вероятность брака подшипника в состоянии поставки составляет X. Для проверки пригодности подшипника перед установкой на электродвигатель проведено N испытаний, причем брак обнаружен в m случаях. Найти доверительный интервал, покрывающий неизвестную вероятность появления брака с достоверностью β.

5. При перегрузке синхронный генератор отключается от нагрузки. Надежность выключателя при отключении Р1. Как обеспечить надежность разрыва цепи Р2 при перегрузке?

Изобразить электрическую и структурную схему. Найти N – число выключателей.

СПРАВОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА по расчетному заданию:

1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. /Под общ. ред. и , т. 1. М.: Энергоатомиздат, 1988.-456 с.

2. , Теоретические и экспериментальные методы оценки надежности электрических машин. Учеб. пособие по курсу "Основы теории надежности и контроля электрических машин". – М.: МЭИ, 1993.

3. Электротехнический справочник: в 4-х Т., Т.4. Использование электрической энергии / Под общ. ред. и др. – 8-е изд., стереотип. – М.: Изд. МЭИ, 2004.

4. Сборник задач по надежности электрических машин: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика»/ . – М.: Изд. дом МЭИ, 2008. – 406 с.

IV. Использование информационных технологий при изучении дисциплины

10 семестр

IV.1. Лекции

Объем обучения с применением информационных технологий - не планируется

IV.2. Практические занятия

Объем обучения с применением информационных технологий - не планируется

IV.3. Расчетные задания, рефера

Объем обучения с применением информационных технологий 6 часов.

При выполнении расчетного задания используется прикладной пакет MathCad.

Автор(ы), название источника	Кол-во в библ.
1. Mathcad 8/2000: Специальный справочник. – М.: Нолидж, 2000.	6

V. Контроль и оценка качества изучения дисциплины

10 семестр

V.1. Лекции и практические занятия

§ Число контрольных работ по лекционному курсу - 3.

§ Число заданий для самостоятельной проработки отдельных разделов лекционного курса – 3.

Знания студентов по контрольным работам и самостоятельным заданиям оцениваются по пятибалльной системе.

V.2. Методика определения итоговой зачетной оценки знаний студента в семестре

как среднеарифметическая оценка п. V.1.

VI. Итоговый контроль теоретических и практических знаний студента в сессию

10 семестр

зачет по учебному плану (вопросы приведены в приложении 1.).

В приложение к диплому выносится оценка за 10 семестр по дисциплине.

VII. Литература

VII. 1. Учебники

Автор(ы), название учебника	Кол-во в библ.
1. Надежность электрических машин: Учеб. пособие для вузов по специальности «Электромеханика». – М.: Изд. дом МЭИ, 2006. – 429 с.	16
, Испытание и надежность электрических машин: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1988. – 232 с.	41
, Надежность электрических машин. – Л.: Энергия, 1976.	15
и др. Проектирование электрических машин / Под ред. . - 2-е изд., переработ. и дополн. – М.: Высш. школа, 2001. – 430 с.	65

VII.2. Учебные пособия

1. , . Теоретические и экспериментальные методы оценки надежности электрических машин. Учеб. пособие. – М.: МЭИ, 1993.	85
2. Сборник задач по надежности электрических машин: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика»/ . – М.: Изд. дом МЭИ, 2008. – 406 с.: ил.	10
3. Вопросы надежности технических систем / и др. – Смоленск.: 1998.	4
4. и др. Автоматизация контроля параметров и диагностика асинхронных двигателей. – М.: Энергоатомиздат, 1991.	3
5. Неисправности электрических машин. – Л.: Энергоатомиздат, 19с.	24

VII.3. Технические и профессиональные справочники

1. Электротехнический справочник: в 4-х Т., Т.4. Использование электрической энергии / Под общ. ред. и др. – 8-е изд., стереотип. – М.: Изд. МЭИ, 2004.

3

VII. 5. СD – носители информации по дисциплине: отсутствуют

Программу составил:		к. т.н., доцент
	УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой
«Электромеханические системы»		к. т.н., проф.
Учебная программа дисциплины рассмотрена и утверждена на заседании кафедры ЭМС________________протокол № _______

Приложение 1.

ВОПРОСЫ

на зачет по дисциплине «Надежность электромеханических систем»

1.	В чем состоит проблема надежности для электромеханических систем, и каким образом она решается в настоящее время?
2.	Современные концепции состояния работ в области надежности.
3.	Надежность системы и ее целесообразность показателей надежности.
4.	Элементы теории вероятностей: определения, теоремы и их применения для обозначения параметров надежности электромеханической системы.
5.	Характеристики признаков, по которым различаются случайные события и использования их для описания физических явлений (отказов) в электрических системах.
6.	Теоремы сложения и умножения сложных событий и их применимость в теории надежности.
7.	Применения формулы полной вероятности, формулы гипотез, формулы Бернулли для показателей надежности.
8.	Случайные величины и законы распределения.
9.	Понятия частоты отказов, плотности отказов интенсивности отказов. Применение этих показателей для установления вероятности отказа или вероятности безотказной работы.
10.	Анализ экспоненциального и нормального законов распределения. Их применимость в технике.
11.	Распределения Релея и Вейбулла, их применение для расчета показателей надежности.
12.	Биноминальное и «g»-распределения. Их особенности и применение.
13.	Понятия генеральной совокупности и выборки. «Оптимальная выборка». Точечные и интервальные оценки.
14.	Установление доверительных интервалов и уровень значимости.
15.	Критерии согласия. Их назначение и алгоритм применения.
16.	Система сбора и обработка информации.
17.	Надежность асинхронных машин. Статистика отказов.
18.	Анализ факторов, влияющих на надежность и срок службы изоляции.
19.	Надежность машин постоянного тока. Статистика отказов. Пути повышения надежности.
20.	Критерии оценки безотказной работы щеточно-коллекторного узла.
21.	Надежность синхронных машин. Статистика отказов и особенности показателей надежности.
22.	Надежности элементов пускорегулирующей и электронной аппаратуры. Законы распределения, используемые в технологических процессах сложной техники.
23.	Методы испытаний современных полупроводниковых ключей MOSFET, IGBT для частотных преобразователей.
24.	Расчет характеристик надежности для сложных резервируемых неремонтируемых систем.
25.	Методы экспериментальной оценки надежности.
26.	Определительные и контрольные испытания на надежность. Планирование и программа испытаний.
27.	Метод последовательного анализа, применяемый для проведения контрольных испытаний.