电气设备可靠性设计

现今电气控制设备的广泛应用要求其可靠性得到相应提高，这样可以减少事故发生、提高产品质量。设备的可靠性是控制设备工作现状、元器件质量、气候条件、机械作用力和电磁干扰等共同作用的结果，因此在进行电气设备可靠性设计时，需要综合考虑各因数，进行最优化设计。
1.系统的整体可靠性原则
从人机系统的整体可靠性出发，合理确定人与机器的功能分配，从而设计出经济可靠的人机系统。
一般情况下，机器的可靠性高于人的可靠性，实现生产的机械化和自动化，就可将人从机器的危险点和危险环境中解脱出来，从根本上提高人机系统的可靠性。
2.高可靠性组成单元要素原则
1）控制设备要优先采用经过时间检验的、技术成熟的、高可靠性的元器件及单元要素来进行设计。
2）在满足技术性要求的情况下，尽量简化方案及电路设计和结构设计，减少整机元器件数量及机械结构零件。
3）电路设计和结构设计应容许元器件和机械零件有最大的公差范围。
4）电路设计和结构设计应把需要调整的元器件（如电位器、需整定电器等）减到最小程度。
5）电路设计应保证电源电压和负荷在通常可能出现极限变化的情况下，电路仍能正常工作。
6）设计设备的电路时，应尽量放宽对输入及输出信号临界值的要求。
3.具有安全系数的设计原则
由于负荷条件和环境因素随时间而变化，所以可靠性也是随时间变化的函数，并且随时间的增加，可靠性在降低。因此，设计的可靠性和有关参数应具有一定的安全系数。
4.高可靠性方式原则
为提高可靠性，宜采用冗余设计、故障安全装置、自动保险装置等高可靠性结构组合方式。
1）系统“自动保险”装置
自动保险，就是即使是不懂业务的人或不熟练的人进行操作，也能保证安全，不受伤害或不出故障。这是机器设备设计和装置设计的根本性指导思想，是本质安全化追求的目标。要通过不断完善结构尽可能地接近这个目标。
2）系统“故障安全”结构
故障安全，就是即使个别零部件发生故障或失效，系统性能不变，仍能可靠工作。系统安全常常是以正常、准确地完成规定功能为前提的。可是，由于组成零件产生故障而引起误动作，常常导致重大事故发生。为达到功能准确性，采用保险结构方法可保证系统的可靠性。
3）从系统控制的功能方面来看，故障安全结构的种类
消极被动式：组成单元发生故障时，机器变为停止状态。
积极主动式：组成单元发生故障时，机器一面报警，一面还能短时运转。
运行操作式：即使组成单元发生故障，机器也能运行到下次定期检查。
通常在控制系统中，大多为消极被动式结构。
5.元器件的选择对电气设备可靠性的影响
元器件的选择是电气控制设备可靠性的基础之一，很多电气产品的失效是由元器件的性能和质量问题造成的。元器件的选用应遵循以下原则。
1）根据产品要实现的功能要求和环境条件，选用相应种类、型号规格和质量等级的元器件。
2）根据元器件使用时的应力情况，确定元器件的极限值，按降额设计技术选用元器件。结构件降额一般指增加负载系数和安全裕量，但也不能增加过大，否则会造成设备体积、质量和成本的增加。
3）根据产品要求的可靠性等级，选用与其适应的并通过国家质量认证合格的元器件。
4）尽量选用标准的、系列化的元器件，重要的关键件应选用军用级及以上元器件。
5）对非标准的元器件要进行严格的验证，使用时要经过批准。
6）根据国家或本单位的元器件优选手册选用。