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1、沈阳工业大学研究生学院电器可靠性技术低压电器可靠性技术1 低压电器可靠性概述1.1可靠性的概念低压电器的可靠性是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，产品的可靠性是产品质量的一个重要组成部分。产品的质量严格说起来应包括其性能及可靠性两个方面，一个产品尽管其性能指标很高，但若其可靠性不高的话，就不能算是一个质量好的产品。一个自动控制系统的可靠性基本上取决于该系统所用元件的可靠性，同时，系统的可靠性一般随系统中所用元件的数量增加而下降。随着系统向大型化方向的发展，一个自动控制系统所用元件的数量越来越多，只要其中一个元件发生故障，一般就可导致整个自动控制系统发生故障，而可能造成重大经
2、济损失，所以自动控制系统中所用的电气元件的可靠性就显得越来越重要。产品的可靠性是指在产品在规定的条件下和规定的时间（或操作次数）内完成规定功能的能力。首先，产品的可靠性与功能有密切关系。所谓规定的功能是指陈品标准或产品技术条件所规定的各项技术性能。上述定义中的“完成规定功能”是指完成全部规定的技术性能。其次，产品的可靠性是与规定的条件分不开的。所谓规定的条件是指产片使用时的负载条件、环境条件以及贮存条件。显然，负载条件不同时产品的可靠性也不同。例如，电气触头接通并断开电流的大小、触头回路电源电压的高低都会影响到电器产品的可靠性，环境条件（如温度、湿度、海拔、盐雾、冲击、振动等）对电器产品可靠性
3、的影响也很大。显然，在恶劣的环境条件下，电器产品的可靠性就低些。贮存条件对电器产品的可靠性也有影响。例如，因贮存条件不良而使电器产品受潮时，其可靠性就会降低。最后，也是最重要的是产品的可靠性与规定的时间密切相关。产品在一天内完成规定的功能当然比在一年内完成同样的规定功能要容易的多。所以规定的时间越长，产品的可靠性就越低，亦即产品的可靠性随着其使用时间的增加而降低。1.2可靠性技术的发展历程在近代科学技术突飞猛进的发展过程中，可靠性技术随着生产和科学技术的发展而产生，同时在不断的应用可靠性技术解决实际问题的过程中，也促进科生产和科学技术的发展。产品可靠性是指在规定的条件下及规定的时间内完成规定功
4、能的能力。而可靠性技术就是指与产品可靠性有关的工程方法。可靠性技术已有几十年的历史。第二次世界大战中，电子设备大量用于军用装置，经常发现各类电子设备不能有效的投入使用。在20世纪50年代初期的一次战争中，这个问题暴露得更为明显，美国的雷达设备经常不能正常工作而处于待维修状态。由于电子设备可靠性不高而使维修费用很高，这就促使美国开始重视可靠性问题，并着手进行调查、研究及试验工作，从而开始进行电子设备领域内的可靠性研究工作。早期的研究重点是在电子管方面，在确定电子管的性能时，不仅重视其电性能，而且也重视其耐振及耐冲击等环境适应性。20世纪5060年代是可靠性技术飞速发展的10年。美国国防部成立了各
5、种可靠性研究组织。到20 世纪60 年代，美国在电子产品的可靠性研究方面已逐渐成熟，这对提高美国电子产品的可靠性起了很大作用。美国从20 世纪70 年代起可靠性工作逐渐扩展到机械、电力、电工及化工等工业部门。美国是世界上从事可靠性研究最早、范围最广、最有成效的国家。原苏联、日本、德、英、法等国在美国之后也积极开展了可靠性工作，并取得了不少进展。1.3 可靠性技术的基本内容靠性技术就是与可靠性有关的工程方法，影响产品可靠性的因素很多，从产品可靠性的因素很多，从确定产品可靠性指标、研究、试制、设计、制造、试验、鉴定直到投入使用为止的各个阶段，都与可靠性密切相关，而且产品失效后对产品进行的失效分析也
6、与产品可靠性密切相关。这是因为通过失效分析可以找出产品的失效模式与失效机理，把这些信息反馈给产品设计、制造人员以及从事可靠性筛选试验的人员，便可找到相应的改进措施来提高产品的可靠性。对于可靠性试验工作量较大或产品生产批量较小。价格较高的电器产品来说，对失效产品进行失效分析就更为重要。2 电器产品可靠性抽样检测2.1 抽样检测的过程及相关定义从交验的每批产品中随机地抽取预定样本容量的产品数目，对照标准逐个检验样品的性能。如果样本 中所含不合格品数不大于抽样方案的最低规定数，则判定该产品合格，即为合格品，予以接收；反之，判定该产品不合格，予以拒收。（1） 单位产品和样本大小n:单位产品就是要实行检
7、查的基本产品，或称为个体。样本是由一个或者多个单位产品构成的，通常将样本大小记作n。（2） 交验批和批量N：交验批是提供检验的一批产品，交验批中所包含的单位产品数量成为批量，通常记作N。（3） 接收数Ac（acceptance number）：在抽样方案中，预先规定的判定批产品合格的那个样本中最大允许不合格数，通常记作Ac或c。（4） 拒收数Re（rejection number）：抽样方案中预先判定批产品不合格的样本中最小不合格数，通常记作Re。（5） 批不合格率P:批不合格率就是批中不合格品数D占整个批量N的百分比，即p=（100D/N）%。（6） 过程平均不合格率：过程平均不合格率是指数
8、批产品首次检查时得到的平均不合格率。假设有k批产品，其批量分别为N1,N2，.,Nk,经检验，其不合格品数分别为D1，D2， ，Dk，则过程平均不合格率为：P=（D1+D2+Dk）/(N1+N2+Nk)(k不小于20)。（7） 接收质量限AQL（acceptance quality limit）：当一个连续系列批被提交抽样时，可允许的最差过程平均质量水平。（8） 批最大允许不合格率LTPD（lot tolerence percent defective）：批最大允许不合格率是指用户能够接收的产品批的极限不合格率值，LTPD的合理确定直接影响用户(消费者)的利益。（9） 生产风险者PR：生产者（
9、供方）所承担的合格批被判为不合格批的风险，风险概率通常记作。（10） 消费者风险CR：消费者（用户）所承担的不合格批被判为合格批的风险，风险概率通常记作。2.2 接收概率与抽样特性曲线 设一次技术抽样方案为（N；n，c）或（n，c），即从N个产品中任取n个样品，检查后发现有r个不合格品，按一次抽检的判断准则，当rc时，判这批产品合格，接收这批产品。所以事件“rc”的概率P（rc）称为接收概率，它与这批产品的实际不合格品率有关。 一般来说。若这批产品中的不合格品数量少。即不合格品率P小，则事件“rc”就容易发生，从而接收概率P（rc）就大；反之，P大，则P(rc)就小，所以接收概率P（rc）是P
10、的减函数。记作：L（p）=P（rc，P） 特别当P=0时，无论哪个抽样方案，都会接收这批产品。姑当P=0时L（p）=L（0）=1。在以P为横坐标，L（p）为纵坐标的坐标平面上L（p）所对应的曲线称为抽样特性曲线，简称OC函数，如图1所示，一般，不同的抽样方案有不同的OC曲线。若规定生产方风险为，则要求PP0时，L（P）1-，它是一个较大的百分数，一般应有1-90%，这样的P0称为合格质量水平，又称为可接收质量水平，记为AQL,它是合格产品批中不合格品率的上限。当产品批的不合格品率PP1时，产品批的质量是差的，只应以小概率接收这批产品。若规定使用方风险为时；则要求PP0时，L（P）这样的P1称为
11、极限质量水平，又称为批允许不合格品率，记为LQ，它是不合格产品批中不合格品率的下限。综上所述，要的到一个好的抽样方案（n，c），应首先由生产方和使用方商定四个数，P0，P1，然后满足方程组 L（P0）=1-和L（P0）=的（n，c） 。 3 抽样检测实例本实验是通过Matlab软件编写相应的程序和界面，这里简单的介绍一下 Matlab的使用方法。3.1 Matlab简介MATLAB是MathWorks 公司于1984年推出的数学软件，是一种用于科学工程计算的高效率的高级语言。MATLAB最初作为矩阵实验室(Matrix Laboratory)，主要向用户提供一套完善的矩阵运算命令。随着数值运算
12、的演变，她逐渐发涨成为各种系统仿真、数字信号处理、科学可视化的通用标准。MATLAB 由主包和功能各异的工具箱，其基本数据库结构是矩阵。正如其名“矩阵实验室”，MATLAB起初主要使用来完成矩阵运算的。图形用户界面简称GUI，是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的一个用户界面。作为一个数学运算能力很强的软件，MATLAB的运行结果通常用图形来表示，因此，GUI的使用更易于图形表现的多元化。用户不需要一行行的用程序来设定，只要用鼠标选择即可由于要求不同，设计出来的界面也就千差万别。但是，自从人们开始设计图形界面以来，界面设计的评论标准却没有太大变化。（1) 简单性：设计界面时，应力求简
13、洁、直接、清晰地体现出界面的功能和特征。那些可有可无的功能应尽力删除，以保持界面的整洁。设计的图形界面要直观，为此应多采用图形，而尽量避免数值。（2) 一致性：所谓一致性有两成含义。一是读者自己开发的界面风格要尽量保持一致；二是新设计的界面与其他已有界面风格不要截然不同。这是因为用户在初次使用新界面时，总习惯于品经验进行试探。（3) 习惯性：设计新界面时，应尽量使用人们所数熟悉的标志和符号。用户可能并不了解新界面的具体含义及操作方法，但它完全可以根据熟悉标志作为正确猜测，自学入门。3.2 实例1批量N=200的一批产品，如何制订，的标准型抽样方案？3.2.1 Matlab函数的程序functi
14、on result(m,a,b,p0,p1) for n=1:m for c=1:n y0=binocdf(c,n,p0);y1=binocdf(c,n,p1);if (abs(y0-(1-a)0.01)&(abs(y1-b)0.01) n c y endend endend执行结果如图2：图 23.2.2 GUI界面程序function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined i
15、n a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)m=get(handles.edit1,string);a=get(handles.edit2,string);b=get(handles.edit3,string);p0=get(handles.edit4,string);p1=get(handles.edit5,string);L=;M=;f=1;for n0=1:str2num(m)for c0=0:n0 y0=binocdf(c0,n0,str2num(p0); y1=binocdf(c0,n0,str2num(p1);if(abs(y0-(1-str2num(a)=0.02)&(abs(y1-str2num(b)=0.02)L(f)=n0;M(f)=c0;f=f+1;endendendL()M()set(handl
