Gdy projektanci systemów sterujących maszynami muszą ocenić, jakie zasilacze będą najlepiej pasowały do specyficznej konstrukcji maszyny lub warunków jej pracy, to jako podstawę przyjmują porównanie wartości średnich czasów międzyawaryjnych (ang. MTBF – Mean Time Between Failures) każdego komponentu systemu. Istnieje powszechne przekonanie, że MTBF to liczba godzin normalnej pracy urządzenia do momentu jego uszkodzenia.
W rzeczywistości MTBF to całkowity okres funkcjonowania komponentów systemu podzielony przez ilość awarii – jest to miara niezawodności urządzenia. Sprawdzenie niezawodności zasilacza jest rzeczą ważną, ponieważ jego MTBF może mieć znaczący wpływ na osiągi i sprawnosć całego systemu. Jednak inżynierowie i projektanci często robi ą błąd, przyjmując, że MTBF można automatycznie uznać za czas równy okresowi przewidywanej trwałości urządzenia.
Przewidywana trwałość zasilacza jest często źle rozumiana, bowiem rzeczywista trwałość może zależeć od wielu czynników występujących podczas eksploatacji, takich jak średnie obciążenie, drgania oraz temperatura otoczenia. Średni okres międzyawaryjny zasilacza jest często ściśle związany z jakością i trwałością kondensatorów elektrolitycznych – elementów, które gromadzą energię i filtrują tętnienia napięcia i prądu.
Co w rzeczywistości oznacza przewidywana trwałość
Inżynierowie i projektanci systemów sterujących, oceniając różne zasilacze i chcąc uzyskać lepszą wiedzę o prawdziwym okresie ich trwałości, powinni sprawdzić, jakie metody stosował producent przy ocenie jego średniego międzyawaryjnego czasu pracy (MTBF). Na przykład ważna jest informacja, czy zasilacz był oceniany przy pełnym obciążeniu, czy nie.
Obecnie większość producentów przy wyznaczaniu średniego czasu międzyawaryjnego opiera się na dwóch wzorcach: normie firmy Siemens SN 29500 i metodzie przewidywania MIL-HDBK- 217F . Ponieważ takie czynniki, jak temperatura i obciążenie, mogą mieć ogromny wpływ na trwałość kondensatora, to norma SN 29500 może być szczególnie pomocna przy ocenie wartości MTBF. W normie tej są brane pod uwagę następujące czynniki:
- liczba elementów w konstrukcji danego urządzenia,
- pełne obciążenie, jakie każdy element będzie przenosił,
- rzeczywista temperatura pracy
Wartości MTBF podawane są na ogół przy założeniu idealnych warunków wytwarzania wyrobu oraz prawidłowego jego zastosowania, a są to istotne czynniki, które mogą znacznie zmienić wartość MTBF. Lepszym sposobem określenia średniego, międzyawaryjnego czasu pracy zasilaczy jest dokładne zbadanie zastosowanych w nich kondensatorów elektrolitycznych. Kondensatory mają zużywające się części, co oznacza, że mają one ograniczoną trwałość, a to z kolei wpływa na okres trwałości zasilacza.
Jak długo kondensator elektrolityczny będzie działać, zależy głównie od trzech czynników:
- wartości znamionowych – podających dopuszczalne wartości napięcia,
- temperatury pracy – im wyższe temperatury pracy, tym mniejsza trwałość,
- wymiarów kondensatora – ogólnie można przyjąć, że im większa średnica kondensatora, tym większa trwałość.
Temperatura i okres trwałości
Aby zapewnić najbardziej odpowiadający potrzebom średni międzyawaryjny czas pracy zasilacza, projektanci powinni poszukiwać takiego wyrobu, który był sprawdzany w warunkach podobnych do tych, w jakich ma on być używany.
Na przykład obecnie niektórzy producenci sprawdzają zasilacze w warunkach, w jakich klient ma je zastosować i dzięki temu potrafią z dość dużą dokładnością przewidzieć ich trwałość w takich właśnie warunkach eksploatacji.
Na trwałość zasilacza elektrycznego dość znaczący wpływ może mieć ciepło wytwarzane przez jego komponenty podczas pracy. Badania wskazują, że trwałość kondensatora spada o około 50 procent przy wzroście temperatury o każde 10OC. Niektórzy producenci stosują obecnie nowoczesne metody badań, w których za pomocą termopar mierzone są temperatury każdego kondensatora umieszczonego wewnątrz zasilacza. Pomiary takie pomagają producentowi ocenić, jak długo będą mogły te kondensatory działać w różnych temperaturach. Ogólnie wiadomo, że im wyższa temperatura pracy, tym mniejsza jest jego przewidywana trwałość, która zależy od rodzaju i wymiarów kondensatora.
Projektanci systemów sterujących, mając szerszy zakres informacji o trwałości urządzeń wykorzystywanych w swoich projektach, mogą lepiej prognozować niezawodność i efektywność funkcjonowania całych systemów. Takie działania dają bardziej dokładne spojrzenie na MTBF i jego prawdziwy związek zarówno z okresem trwałości urządzenia, jak i okresem sprawności całego systemu.
Artykuł pod redakcją
Józefa Czarnula i Janusza Pieńkowskiego
O autorze:
Victoria Alia jest szefem działu produkcji zasilaczy elektrycznych w firmie Rockwell Automation, IEC Logic Components (USA). Posiada tytuł magistra inżyniera w zakresie projektowania zakładów przemysłowych i organizacji produkcji oraz tytuł MBA. W firmie Rockwell Automation pracuje od ponad 10 lat.
