论电气自动化控制设备中的可靠性问题研究

摘要：综上所述，保证电气设备的可靠性是一个复杂的涉及广泛知识领域的系统工程。只有在设计上给予充分的重视，采取各种技术措施，同时，在使用过程中按照流程操作、及时保养，才会有满意的成果。

关键词：控制设备；可靠性；散热防护

前言

伴随着电气自动化的提高，控制设备的可靠性问题就变得非常突出。控制设备的可靠性是可靠性学科的一个重要组成部分。在20世纪70年代，我国就建立了电子产品的可靠性与环境试验研究所，开始了可靠性增长的研究工作。1984年组建了全国统一的电子产品可靠性信息交换网，并颁布了GJB299-87《电子设备可靠性预计手册》，有力地推动了我国电子产品可靠性工作。

电气自动化就是使产品的操作、控制和监视，能够在无人(或少人)直接参与的情况下，按预定的计划或程序自动地进行。随着机械电子技术、微电子技术迅猛发展，电气自动化控制在国民经济的各个行业都得到了广泛的应用，大大方便了人们的生活。电气自动化程度是一个国家电子行业发展水平的重要标志，同时，自动化技术又是经济运行必不可少的技术手段。电气自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、保证电能质量、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。

1加强控制设备可靠性研究的重要意义

1．1可靠性提高产品质量

产品质量就是使产品能够实现其价值、满足明示要求的特征和特质。概括其特性，主要包括：性能、可靠性、经济性和安全性。由此可见，可靠性在产品质量中占有主导地位。只有可靠性高，发生故障的次数才会少，那么维修费用就少，相应的安全性也随之提高。因此，产品的可靠性是产品质量的核心，是生产厂家追求的目标。

1．2可靠性可以增加市场份额

随着国家经济的高速发展，用户不仅要求产品性能好，更重要的是要求产品的可靠性水平高。研究发现，只有那些具有高可靠性指标的产品，才能在日益激烈的竞争中得以取胜。随着电气自动化控制设备自动化程度、复杂度越来越高，可靠性技术已成为企业在竞争中获取市场份额的有力工具。

2控制设备的可靠性现状

2．1工作环境、使用及维护不当是控制设备可靠性指标低的重要原因

电气设备所处的工作环境多种多样。气候条件、机械作用力和电磁干扰是影响控制设备可靠性的主要因素。

(1)气候条件主要包括温度、湿度、气压、盐雾、大气污染等因素，对控制设备的影响主要表现在使电气性能下降、温升过高、运动不灵活、结构损坏，甚至不能正常工作。

(2)机械条件是指电气设备在不同的运载工具中使用时所受到的振动、冲击、离心加速度等机械作用，使得控制设备元器件损坏失效或电参数改变，结构件断裂或变形过大以及金属件的疲劳破坏等。

(3)控制设备工作的周围空间充满了由于各种原因所产生的电磁波，造成外部及内部干扰。由于电磁干扰的存在，使设备输出噪声增大，工作不稳定，甚至不能安全工作。同时，操作人员在没有完全掌握控制设备原理的基础上进行操作，导致对控制设备不能熟练而正确的操作，并且不能对设备进行及时的维护和保养，都会导致控制设备可靠性指标低。

2．2元器件质量低下是控制设备可靠性指标偏低的一大原因

目前元器件生产厂家众多，参差不齐。如果控制设备的使用企业规模较小，质量管理体系不健全，导致零部件进厂检查出现漏洞；同时，元器件厂家间的恶性竞争，导致产品价格低廉，迫使企业不顾及元件质量进行采购，这些都会导致控制设备可靠性指标偏低，并且降低了使用寿命。

3提高控制设备的可靠性对策

要提高电气自动化控制设备的可靠性，必须根据控制设备的特点，采用相应的可靠性设计方法，从元器件的正确选择与使用、散热防护、气候防护等入手，使系统可靠性指标大大提高。

(1)在控制设备设计阶段，研究产品与零部件技术条件，分析产品设计参数，研讨和保证产品性能和使用条件，正确制定设计方案；其次，根据产量设定产品结构形式和产品类型。因为产量的大小决定着生产批量的规模，生产批量不同，其生产方式类型也不同，因而其生产经济性也不同；同时，运用价值工程观念，在保证产品性能的条件下，按最经济的生产方法设计零部件：在满足产品技术要求的条件下，选用最经济合理的原材料和元器件，以求降低产品的生产成本；全面构思，周密设计产品的结构，使产品具有良好的操作维修性能和使用性能，以降低设备的维修费用和使用费用。

(2)从生产角度来说，设备中的零部件、元器件，其品种和规格应尽可能少，尽量使用由专业厂家生产的通用零部件或产品。立足于使用国产材料和来源多、价格低的材料；设备(含零部件)的加工精度要与技术条件要求相适应，不允许无根据地追求高精度。在满足产品性能指标的前提下，其精度等级应尽可能低，装配也应简易化，尽量不搞选配和修配，力求减少装配工人的体力消耗，便于自动流水生产。

(3)电子元器件的选用准则。根据电路性能的要求和工作环境的条件选用合适的元器件，元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足设备工作和环境的要求，并留有足够的余量；优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途的标准元器件，不选用淘汰和禁用的元器件；应最大限度地压缩元器件的品种规格，减少生产厂家，提高它们的复用率；除特殊情况外，所有电子元器件应按不同的要求经过必要的可靠性筛选后，才能用到产品中；优先选用有良好的技术服务、供货及时、价格合理的生产厂家的元器件。对关键元器件要进行用户对生产方的质量认定；仔细分析比较同类元器件在品种、规格、型号和制造厂商之间的差异，择优选择。要注意统计在使用过程中元器件所表现出来的性能与可靠性方面的数据，作为以后选用的依据。

(4)控制设备的散热防护。温度是影响电子设备可靠性最广泛的一个因素。电子设备工作时，其功率损失一般都以热能形式散发出来，尤其是一些耗散功率较大的元器件，如电子管、变压管、大功率晶体管、大功率电阻等。另外，当环境温度较高时，设备工作时产生的热能难以散发出去，将使设备温度升高。

例如，半导体器件对温度反应很敏感，过高的温度会使器件的工作点发生漂移、增益不稳定、噪声增大和信号失真，严重时会引起热击穿。因此，通常半导体器件的温度不能过高，如锗管不超过70～100℃；硅管不超过150~200℃。表1列出了常用元器件的允许温度。

元件名称 允许温度/℃ 元件名称 允许温度/℃

碳膜电阻 120 陶瓷电容 80~85

金属膜电阻 100 锗晶体管 70~100

印刷电阻 85 硅晶体管 150~200

铝制电解电容 60~85 硒整流管 75~85

电介质电容 60~85 电子管 150~200

云母电容 70~120 变压器 95

薄膜电容 60~130 扼流圈 95

表1 常用元器件允许温度

因此对于半导体分立器件散热需要考虑：对于功率小于100mW的晶体管，一般不用散热器；大功率半导体分立器件应装在散热器上；散热器应使肋片沿其长度方向垂直安装，以便于自然对流。散热器上有多个肋片时，应选用肋片间距大的散热器；半导体分立器件外壳与散热器间的接触热阻应尽可能小，应尽量增大接触面积，接触面保持光洁，必要时在接触面上涂上导热膏或加热绝缘硅橡胶片，借助于合适的紧固措施保证紧密接触；散热器要进行表面处理，使其粗糙度适当并使表面呈黑色，以增强辐射换热；对于热敏感的半导体分立器件，安装时应远离耗散功率大的元器件。

(5)电子设备的气候防护。潮湿、盐雾、霉菌以及气压、污染气体对电子设备影响很大，其中潮湿的影响是最主要的。特别是在低温高湿条件下，空气湿度达到饱和时会使机内元器件、印制电路板上产色和凝露现象，使电性能下降，故障上升。

当电子设备受到潮湿空气的侵蚀，会在元器件或材料表面凝聚一层水膜，并渗透到材料内部，从而造成绝缘材料表面电导率增加，体积电阻率降低，介质损耗增加，零部件电气短路、漏电或击穿等。潮气还能引起覆盖层起泡甚至脱落，使其失去保护作用。通常采用浸渍、灌封、密封等措施。

4结语

本文对电气自动化在论述可靠性研究的重要意义的基础上，对当前存在的可靠性现状进行了深入分析，并且提出相应的建议，希望能够为提高我国电气自动化控制设备的竞争力有所裨益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。