Методы резервирования

Надежность и резервирование

Изготовление и сборка

Надежность любой системы в значительной мере зависит от технологии и методов сборки, как самих систем, так и используемых в них элементов.

Высококвалифицированная сборка повышает надежность системы, или значительно снижает.

Приведем такой пример. Часто обмотки трансформаторов или других моточных элементов выполняются из провода разного диаметра, которые наматывают друг на друга.

Если обмотка выполнена из тонкого провода и намотана поверх «толстой» обмотки то она «поглощается» «толстой» обмоткой, тепловое расширение которой может «раздавить» «тонкую» обмотку и оборвать ее. Для предотвращения этого явления обмотка, выполненная из провода большего диаметра обматывается слоем тефлоновой ленты или нескольких слоев трансформаторной бумаги, поверх которого уже наматывается «тонкая «обмотка (межслоевая и межобмоточная изоляция).

После использования всех вышеперечисленных методов и приемов – схемотехническое повышение надежности, правильный выбор используемых элементов с соответствующими максимально допустимыми параметрами, квалифицированная сборка и пр. дальнейшее повышение надежности возможно только с помощью поэлементного или посхемного резервирования, гарантирующего достижения требуемого уровня надежности.

1) Резервирование с пониженным потреблением мощности (рис. 5.9).

В этом случае в любой момент времени работает только один из двух (или нескольких) источников электропитания.

Рис. 5.9. Схема резервирования с пониженным потреблением мощности

Для контроля характеристик источников необходимы два или больше детектора отказов (ДО), которые должны быть постоянно запитаны.

Возможен и другой вариант: запитать лишь тот детектор, чей источник электропитания (ИЭП) работает в настоящий момент. В этом случае предполагается, что детекторы отказов и схема переключения обладают высокой надежностью, а резервные блоки в нерабочем состоянии не деградируют.

При таком резервировании в момент переключения источников питания, если не принимать специальных мер, возможен перебой питания нагрузки, обусловленный конечным временем срабатывания реле и продолжающийся не более 3 мс. Если такой перебой питания недопустим для потребителя применение резервирования с пониженным потреблением мощности неприемлемо.

Фиксация отказа или сбоя работы является очень важным моментом функционирования резервированной системы. Детекторы отказов должны непрерывно контролировать параметры и характеристики источников электропитания. Одиночное или случайное отклонение какого-либо параметра источника питания может интегрироваться как сбой или отказ.

Иногда контролируются различные параметры источников питания, например температура, частота, токи или напряжения в различных точках схемы, но, как правило, в качестве контролируемых параметров выбираются U _ВХ и U _ВЫХ, I _ВХ и I _ВЫХ, что позволяет абстрагироваться от внутренней схемы источников питания, принципа их работы. Кроме того, эти параметры легко измеряются.

Напряжение U _ВХ и ток I _ВЫХ не являются параметрами, обязательными для контроля, поскольку они зависят в основном от первичного источника и нагрузки. Таким образом, вполне достаточно знать максимальное значение I _ВХ и максимальный и минимальный уровни напряжения U _ВЫХ. Минимальное значение I _ВХ не играет большой роли, поскольку, если первичный источник не способен питать нагрузку, напряжение U _ВЫХ снижается.

2) Резервирование с разделением нагрузки

В этом случае два или несколько источников электропитания работают на одну нагрузку.

Отказавший источник отключается, и оставшиеся источники продолжают работать, принимая на себя большую нагрузку. При таком резервировании не бывает перебоев питания потребителей при коммутации реле. В этой схеме рабочая точка источников электропитания не является точкой максимальной мощности, поэтому КПД системы невелик.

Рис. 5.10. Схема резервирования с разделением нагрузки

3) Резервирование с разделением нагрузки и пониженным потреблением (рис. 5.11)

Две нагрузки А и В работают от двух источников электропитания, имеется один общий резервный источник и используется три отдельных детектора отказов. Резервный источник способен работать на суммарную нагрузку А+В.

Рис. 5.11. Резервирование с разделением нагрузки и пониженным потреблением

При отказе ИЭП 1 питание нагрузки А обеспечивает резервный источник, а отказавший блок отключается. Схема функционирует с разделенной нагрузкой в режиме пониженной потребляемой мощности, изначально работая с пониженным потреблением и одним резервным блоком для ИП 1 и ИП 2.

При отказе второго источника резервный блок начинает работать на суммарную нагрузку, А+В с низким КПД. ИЭП 2 совместно с резервным источником работают так, как они работали бы в режиме разделения нагрузки, хотя питаемые ими нагрузки независимы.

5.5.2. Частичное резервирование (дублирование). Этот метод резервирования основан на том, что интенсивность отказов пассивных элементов схем и систем много ниже интенсивных отказов активных элементов (5.12, 5.13).

Рис. 5.12.Структурная схема дублирования

Рис. 5.13 Пример схемы частичного резервирования

При выборе метода резервирования необходимо учитывать следующие факторы: надежность, массу, сложность схемы, КПД, стоимость и др. Метод резервирования выбирается также в зависимости от назначения резервируемого оборудования, и обязательно проводится “копромиссный” анализ, определяющий “удельный вес” различных характеристик и параметров устройства или системы в обеспечении выполнения требуемых функций.

Дата добавления: 2014-12-10