电器可靠性

[拼音]：dianqi kekaoxing

[外文]：reliability of electrical apparatus

电器产品在规定的条件下和规定的时间内（对频繁操作的电器产品则是规定的操作次数）完成规定功能的能力。电器可靠性是评价电器产品质量的一个重要指标。电器产品是组成各种自动控制系统的重要元件之一，电器产品的可靠性不高，将导致整个系统经常发生故障。对于大型系统来说，其造成的经济损失远远高于电器产品本身的价格。

可靠性特征参数

为了定量评价电器产品可靠性的高低，规定了产品的可靠性特征参数。电器产品可分为可修复产品和不可修复产品两大类。可修复产品指产品发生故障后，可以修复并能继续使用；不可修复产品指产品发生故障后，不能修复或不值得修复。电器中的断路器、容量较大的接触器等通常为可修复产品；小容量接触器、控制继电器、小型继电器等通常为不可修复产品。产品的可靠性特征参数随产品是否可修复而有所不同。不可修复产品的可靠性特征参数有：

（1）可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。

（2）累积失效概率：产品在规定条件下和规定的时间内丧失规定功能的概率。

（3）失效率:已工作到t时刻的产品在该时刻后的单位时间内失效（指丧失规定的功能）的概率，它近似等于t时间后单位时间内的产品失效数与t时刻尚在工作的产品数之比。

（4）平均寿命：产品发生失效前的平均工作时间，通常记作MTTF。

（5）可靠寿命：产品可靠度减小到给定值R 时所需的工作时间。

（6）中位寿命：产品可靠度减到 0.5时所需的工作时间。可修复产品的可靠性特征参数有：

（1）可靠度:产品在规定的条件下和规定的时间内不发生故障的概率。

（2）平均寿命（即平均无故障工作时间）:相邻两次故障间工作时间的平均值，通常记作MTBF。

（3）故障率:已工作到t时刻的产品在该时刻后的单位时间内发生故障的概率。

（4）平均修复时间：每次故障后所需维修时间的平均值，通常记作MTTR。

（5）维修度：产品在规定的条件下和规定的时间内完成维修的概率。

（6）修复率：修理时间已达到 τ的产品在该时间后的单位时间内完成修复的概率。

（7）时间有效度：产品的可工作时间与其不能工作时间之和的比值。

可靠性指标和可靠性等级

电器产品常以某一个可靠性特征参数应达到的数值作为其可靠性指标。例如，小型电磁继电器常以失效率的大小作为它的可靠性指标，并划分其可靠性等级(失效率等级)。中国标准GJB65-85“有可靠性指标的电磁继电器总规范”中将继电器的失效率等级分为Y、W、L、Q等4级(见表)。

为确定产品的失效率等级而进行的寿命试验称为失效率试验。继电器的失效率试验可分为：

（1）继电器失效率等级定级试验：首次确定产品的失效率等级而进行的试验，或在某一失效率等级的维持试验失败后，对产品重新确定其失效率等级而进行的试验。试验时首先要选定产品的失效率等级及允许失效数C，并根据选定的失效率等级及允许失效数，由继电器失效率等级定级试验抽样表查出所需的试品累积动作次数，从而确定试验样品数。然后在规定的负载条件下，对样品进行寿命试验，直到试品总试验次数等于由抽样表中所查出的试品累积动作次数为止。若试验中出现的失效试品数 r小于所选定的允许失效数C（即r≤C），则失效率定级试验通过；若r＞C，则试验不通过。

（2）继电器失效率等级维持试验:证明产品的失效率等级仍不低于定级试验或升级试验所确定的失效率等级而进行的试验。当产品转入批量生产后，为鉴定其能否保持所定的失效率等级，需要定期进行失效率等级维持试验。例如，中国标准GJB65-85规定，失效率等级为Y级或W级的继电器，每6个月进行一次失效率等级维持试验；L级的继电器每12个月进行一次；Q级继电器每24个月进行一次，试验时根据已定的产品失效率等级和选定的允许失效数C，由继电器失效率等级维持试验抽样表查出所需的试验累积动作次数，从而确定试验样品数。然后，在规定的负载条件下对样品进行寿命试验，直到试品总试验次数等于由抽样表查出的试品累积动作次数为止。若r≤C，则维持试验通过；若r＞C，则试验不通过。

（3）继电器失效率等级升级试验：为证明产品的失效率等级比原定的失效率等级更高而进行的试验。其试品累积动作次数可以从定级试验和维持试验的试品以及为升级试验而投入的试品的寿命试验数据进行累积。升级试验的方法步骤与定级试验相似。

继电器失效率试验的失效判据为：在试验过程中应对试品的所有触点进行监测，如果任一试品的任一个触点在闭合时的接触压降高于规定数值或在打开时的触点间开路电压低于规定数值，则判定该试品失效，试品失效后的动作次数不得计入用于失效率等级计算的试品累积动作次数中；在失效率试验结束后，应对各试品的触点接触电阻、介质耐压、绝缘电阻、吸合时间、释放时间、吸合电压、释放电压以及触点回跳时间等项目进行测试，如果有任一项目的测试结果不符合产品标准规定，则判定该试品失败，但该试品的试验次数有效，可以计入用于失效率等级计算的试品总试验次数中。

继电器失效率试验的方法基本上适用于频繁操作的各种电器产品。对于控制继电器和接触器来说，其寿命包括电寿命和机械寿命，所以除了以失效率或平均寿命的大小作为其电寿命的可靠性指标外，还要规定其机械寿命的可靠性指标。

电器可靠性工作内容

电器产品的可靠性工作可用框图表示。由图可知，电器可靠性工作内容包括可靠性制造、可靠性设计、可靠性筛选、可靠性试验和失效分析。

可靠性制造

在产品制造中考虑产品的可靠性。主要包括产品制造过程中的质量管理、原材料和外购件的质量控制、电器生产的环境控制等。

可靠性设计

事先考虑可靠性的一种设计方法。是保证产品可靠性的一个重要环节。对于继电器、小容量接触器等不可修复的电器产品，其可靠性设计方式主要有以下两种：

（1）事先未规定产品的可靠性指标，先采用常规设计方法设计几种能满足性能和费用要求的方案，然后根据产品零部件的可靠性数据预测各种设计方案的可靠性，择优定案。

（2）事先规定了产品的可靠性指标，首先进行可靠性分配，再进行可靠性技术设计，并同时考虑性能及费用要求，然后进行产品的可靠性预测。如果预测出的产品可靠性未达到事先规定的指标，则要进行可靠性分析，找出产品可靠性的薄弱环节并加以改进，使之达到预先规定的可靠性指标。

不可修复电器产品的可靠性设计内容主要有：

（1）产品的可靠性技术设计，包括结构简单化、尽量采用标准化零部件、电子元器件的降额使用、选用高可靠零部件、采用冗余设计（也称储备设计，指把若干功能相同的单元作为备份，以提高整个产品可靠性的一种设计方法）、进行人－机工程设计（尽量减小人的因素造成产品故障的一种设计方法）、进行耐环境设计以及机械构件的可靠性设计。

（2）可靠性预测。在产品的设计阶段，根据产品所选用零部件的可靠性数据来计算产品的可靠性参数。

（3）可靠性分配。根据事先规定的产品可靠性指标，制订出产品各组成单元（元件或零部件）的可靠性指标。

（4）可靠性分析。目前广泛使用的分析方法有故障树分析法、故障模式和后果分析法、故障模式后果和危险度分析法。故障树分析法，简称FTA法。它把产品最不希望发生的故障状态称为顶端事件，将其作为故障分析的目标，然后找出导致顶端事件出现的次级事件以及导致次级事件出现的各种更小的事件，并以顶端事件为树根、各个次级事件为树干、各个更小的事件为树枝，按顶端事件与各次级事件及各更小的事件的逻辑关系画成一个树状的图形。这种图形称为故障树，用它可进行可靠性的定性分析，找出产品可靠性的薄弱环节，也可用它对产品可靠性作定量计算。故障模式和后果分析法，简称FMEA法。它通过列举每个组成单元可能的故障模式来查清其对产品的影响，是一种归纳方法。FMEA法与危险度分析相结合称为故障模式后果和危险度分析法，简称FMECA法。FMECA法也是一种归纳方法。

可靠性筛选

选择具有一定特性的产品或剔除早期失效产品而进行的试验。是提高整批产品可靠性的一项有效措施。

可靠性试验

为了评价分析产品可靠性而进行的试验。包括环境试验、寿命试验以及参数和性能试验等(见高压电器试验、低压电器试验)。

失效分析

对失效产品进行的物理、化学分析。通过失效分析可以找出产品的失效模式（失效的宏观表现形式）与失效机理（失效的内在原因）。

参考书目

1. 陆俭国主编：《低压电器可靠性技术》，机械工业出版社，北京，1986。

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