Инфоурок / Математика / Конспекты / Практическое занятие по математике по теме "Практическое применение задач по теории вероятности в электрических схемах"

Практическое занятие по математике по теме "Практическое применение задач по теории вероятности в электрических схемах"

Напоминаем, что в соответствии с профстандартом педагога (утверждён Приказом Минтруда России), если у Вас нет соответствующего преподаваемому предмету образования, то Вам необходимо пройти профессиональную переподготовку по профилю педагогической деятельности. Сделать это Вы можете дистанционно на сайте проекта "Инфоурок" и получить диплом с присвоением квалификации уже через 2 месяца!

Только сейчас действует СКИДКА 50% для всех педагогов на все 111 курсов профессиональной переподготовки! Доступна рассрочка с первым взносом всего 10%, при этом цена курса не увеличивается из-за использования рассрочки!

ВЫБРАТЬ КУРС И ПОДАТЬ ЗАЯВКУ
библиотека
материалов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

государственное профессиональное образовательное автономное учреждение

«Райчихинский индустриальный техникум»




Тема: Практическое применение задач по теории вероятности в электрических схемах






для специальности

Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем






Преподаватель: Ершова Е. В.







г. Райчихинск

2014г



Цели:

Учебные:

  • научить решать задачи на нахождение безотказной работы цепи через определение вероятности ее надежности;

  • расширить и обобщить представление студентов о надежности электрических цепей;

  • освоить новые приемы решения задач.

Воспитательные:

  • развивать коммуникативные навыки (работа в паре).

  • воспитывать точность и аккуратность в расчетах

Развивающие:

  • использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности.

Формируемые компетенции

ПК 1.3. Проводить испытания элементов и устройств релейной защиты, автоматики и средств измерений.

ПК 4.1. Планировать работу производственного подразделения.

Ход урока:

  1. Составление опорного конспекта.

  2. Решение задач на определение вероятности безотказной работы функциональной цепи.

  3. Решение задач на определение вероятности безотказной работы элементов устройства.

  4. Решение задач на определение вероятности безотказной работы сигнализаторов.

  5. Практическая работа в парах.








Краткие теоретические сведения

На прошлых уроках вы изучили уроках теоремы сложения и умножения вероятностей, формулу полной вероятности, научились решать простейшие задачи с применением теорем.

Сегодня на уроке мы рассмотрим практическое применение задач по теории вероятностей в электрических схемах.

Надежность каждого элемента системы электроснабжения можно характеризовать вероятностью рабочего состояния p и вероятностью отказа q. Если не учитывать плановые простои (ремонты), то можно считать, что элементы в любой момент времени находятся в одном из этих состояний. Тогда сумма вероятностей этих состояний равна 1: hello_html_c4aab94.gif.

Для группы из двух элементов возможны следующие сочетания:

  1. оба элемента в рабочем состоянии;

  2. первый элемент в вынужденном простое, второй в рабочем состоянии;

  3. первый элемент в рабочем состоянии, второй в вынужденном простое;

  4. оба элемента в вынужденном простое.

Вероятности этих состояний можно найти, воспользовавшись теоремой умножения вероятностей.

Надежность сложной электрической схемы определяется надежностью каждого элемента схемы и типом их соединения между собой.

(Перед вами на столах лежат бланки для опорных схем, по мере объяснения материала вам необходимо заполнить их: зарисовать схему, записать формулы и их словесное описание (Приложение 1)).

Вид заполненной схемы (Приложение 2).




Так при последовательном соединении двух элементов с надежностью каждого p1 и p2 надежность всей схемы определяется как


hello_html_750860a5.gif

Рис.1

hello_html_24e844c8.gif

Другими словами схема работает, если работают оба элемента. При отказе одного (любого) из них схема работать не будет (ток через цепь не пойдет).

hello_html_m3f37d834.gif

Рис. 2

hello_html_681990bc.gif.


Вероятность отказа для последовательного соединения

hello_html_mf65d8a3.gif(для двух элементов).

hello_html_5b1dad15.gif, здесь hello_html_22cb9e66.gif (для n –элементов).


При параллельном соединении двух элементов с надежностью каждого р1 и р2 надежность всей схемы определяется как
hello_html_m2410e94.gif

Пользуясь формулой для вероятности появления хотя бы одного события, надежность схемы параллельного соединения записывают в виде

hello_html_mf65d8a3.gif.

hello_html_m38f04408.gifрис. 3

Другими словами схема работает, если работают оба элемента, но также она работает, если выйдет из строя и какой либо один из элементов.


Очевидно, что схема с п параллельно соединенными элементами будет иметь надежность hello_html_5b1dad15.gif, здесь hello_html_22cb9e66.gif.


Вероятность отказа для параллельного соединения

hello_html_6f9ea653.gif(для двух элементов).

hello_html_47936add.gif, здесь hello_html_22cb9e66.gif (для n –элементов).

Решение задач совместно преподавателем

Решение задач на определение вероятности безотказной работы функциональной цепи

Задача 1: Цепь состоит из независимых блоков, соединенных в систему с одним входом и одним выходом.

hello_html_m39ff7577.jpg

рис. 4

Выход из строя за время Т различных элементов цепи — независимые события, имеющие следующие вероятности:hello_html_2f04bc82.gif Отказ любого из элементов приводит к прерыванию сигнала в той ветви цепи, где находится данный элемент. Найти надежность системы.

Решение: Событие А – система надежна.

Событие Ai i-й блок работает безотказно.

Элементы 1 и 2 соединены параллельно, и элементы 3 и 4 соединены параллельно, а между собой они соединены последовательно, тогда используя формулы, получим hello_html_bc7da49.gif.

Задача 2:C:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\1.png

рис.5

Элементы А1 и А2 электрической цепи соединены параллельно, а А3 присоединен к ним последовательно. Вероятность выхода из строя за данный период времени элементов А1, А2 и А3 равна соответственно hello_html_m1213a6ab.gif, hello_html_562fa2ba.gif, hello_html_m76a3a77e.gif.

hello_html_mca56a4d.gif, hello_html_m564e03e8.gif, hello_html_m45a0b70c.gif.

Предполагается, что элементы выходят или не выходят из строя независимо друг от друга. Найти вероятность того, что за рассматриваемый период по цепи будет проходить ток.

Решение: Параллельное соединение элементов А1 и А2 , работает, если работает хотя бы один из них. Событие А произойдет, если одновременно с этим работает элемент А3.

Используя формулы, получим hello_html_734d369e.gif.


Задача 3. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p1=0,8, p2= p3=0,7, p4= p5= p6=0,9, p7= p8= p9=0,8

hello_html_31b6c914.gif

Решение. hello_html_84c303e.gif - надежность работы прибора, т. е. вероятность того, что ток пройдет через весь прибор.

Событие hello_html_me743a9b.gif - сигнал пройдет через участок 1 -2 , если будет работать хотя бы один из элементов этого участка, т.е. надежность этого участка

hello_html_m4d7e77c1.gif

Событие hello_html_m752d3760.gif - сигнал пройдет через участок 4 -5- 6 , если будет работать хотя бы один из элементов этого участка, т.е. надежность этого участка

hello_html_m6ae06e0d.gif

Событие hello_html_70ae1394.gif - сигнал пройдет через участок 7 - 8 , если будет работать хотя бы один из элементов этого участка, т.е. надежность этого участка

hello_html_3efbd5ed.gif

Событие А состоит в совмещении событий hello_html_me743a9b.gif, hello_html_m1cf43dcb.gif,hello_html_m4d9dd8c.gif и безотказной работы 3-го и 9-го элементов, т.е. надежность всей системы:

hello_html_m6330dca4.gif.

Вывод по задаче: Обратите внимание, если элементы цепи соединены параллельно, то их надежность выше.


Решение задач на определение вероятности безотказной работы элементов устройства

Задача 4:

Прибор состоит из 3-х узлов, которые за время работы могут выходить из строя независимо друг от друга. Надежность (вероятность безотказной работы) i-го узла равна pi, вероятность отказа qi = 1 – pi (i = 1, 2, 3).

p1=0,95; p2=0,98; p3=0,9

Найти вероятности следующих событий: А - все узлы работают безотказно; В - первый узел отказал, остальные нет; С - один из узлов отказал, остальные нет; D - отказали два узла из 3-х; E - отказал хотя бы один узел.

Решение. Пусть Аi -работа i-го узла (i= 1,2,3), hello_html_m6d471fef.gif- отказ i-го узла.

1) Событие А произойдет, если одновременно произойдут события hello_html_510c76d0.gif . Следовательно, оно является их произведением:

hello_html_m6aa7411d.gif

Применяя к этому равенству событий теорему умножения вероятностей для независимых событий, получим

hello_html_13737af1.gif.

2) Событие В произойдет, если одновременно произойдут событияhello_html_m170405e8.gif. Следовательно hello_html_m2348ca8.gif

Вероятность этого события будет равна

hello_html_7cd0dff2.gif.

3) Событие С может осуществиться, если откажет первый узел, а остальные два работают или, если откажет второй узел, а работают первый и третий или, если откажет третий узел, а работают первый и второй. Следовательно, С - сложное событие, представляющее собой сумму произведений простых событий: hello_html_1d8a5fc7.gif

Применяя к этому равенству сначала теорему сложения вероятностей для несовместных событий, а затем к каждому слагаемому теорему умножения вероятностей для независимых событий, получим

hello_html_6739c0e1.gif

4) D - событие, которое может осуществиться тремя различными способами:
hello_html_5ab6df03.gif.

Поэтому
hello_html_2fe5692f.gif

5) Для вычисления вероятности события E применим теорему о вероятности появления хотя бы одного события. Тогда получим

hello_html_7151a53e.gif.



Решение задач на определение вероятности безотказной работы сигнализаторов

Задача 5: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сигнализатор сработает, равна 0,95 для первого сигнализатора и 0,9 для второго. Найти вероятность того, что при аварии сработает только один сигнализатор.

Решение: A – при аварии сработает только один сигнализатор.

hello_html_6ad465b8.gif.

hello_html_6be2a47d.gif.

hello_html_m62007191.gif.

hello_html_m4571ac42.gif.

hello_html_m6465a9ef.gif



















Работа в парах

Карточка 1

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

C:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\1.png

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,6; 0,7; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3. Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сигнализатор сработает, равна 0,95 для первого сигнализатора и 0,9 для второго. Найти вероятность того, что при аварии сработает хотя бы один сигнализатор.

___________________________________________________________________

Карточка 2

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,9.

hello_html_mf6ed087.gif


Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,9; 0,7; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3. Вероятность того что при аварии сигнализатор сработает, равна 0,8 для первого сигнализатора и 0,9 для второго. Найти вероятность того, что при аварии сработает хотя бы один сигнализатор.

Карточка 3

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

hello_html_m578653bf.gif

Задача 2: В электрическую цепь последовательно включены 5 элементов, работающих независимо друг от друга. Вероятность отказов первого, второго, третьего, четвертого, пятого элементов соответственно равны 0,1; 0,2; 0,3; 0,2; 0,1. Найти вероятность того, что тока в цепи не будет.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,7, что сработает второй - равна 0,8. Найти вероятность того, что сработает только один сигнализатор.

___________________________________________________________________

Карточка 4

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

hello_html_m2f680fea.gif






Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,8; 0,75; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,7, что сработает второй - равна 0,8. Найти вероятность того, что не сработает ни один сигнализатор.

Карточка 5

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,9.

hello_html_6c12405b.gif


Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,9; 0,8; 0,85. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,85, что сработает второй - равна 0,8. Найти вероятность того, что сработает первый, но не сработает второй.

_________________________________________________________________

Карточка 6

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,9.

hello_html_21e65f1f.gif


Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,95; 0,8; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,85, что сработает второй - равна 0,9. Найти вероятность того, что сработает хотя бы одни сигнализатор.

Карточка 7

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

hello_html_m308b5598.gif

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,85; 0,75; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,95, что сработает второй - равна 0,9. Найти вероятность того, что сработают оба сигнализатора.

______________________________________________________________________

Карточка 8

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p=0,8.

hello_html_4815c2ca.gif


Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,92; 0,6; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для информирования про аварию установлены три независимых между собой сигнализатора. Вероятность того, что во время аварии сработает первый сигнализатор р1=0,95, второй – р2=0,9, третий – р3=0,86. Найдите вероятность того, что во время аварии сработают все три сигнализатора.


Карточка 9

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p1=0,8, p2= p3=0,7, p4= p5= p6=0,9, p7= p8=0,7

hello_html_m7ec989c2.gif

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,95; 0,75; 0,8. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для сигнализации об аварии установлены два независимо работающих сигнализатора. Вероятность того, что при аварии сработает первый сигнализатор равна 0,85, что сработает второй - равна 0,95. Найти вероятность того, что сработают оба сигнализатора.

_____________________________________________________________

Карточка 10

Задача 1. Найти вероятность безотказной работы функциональной цепи, состоящей из независимо работающих элементов, если вероятность работы каждого элемента цепи равна p1=0,9, p2=p3=0,6, p4=0,8, p5=p6=0,7,

hello_html_m4af97a47.gif

Задача 2. Устройство состоит из 3 элементов, работающих независимо. Вероятность безотказной работы 1. 2 и 3-го элемента соответственно равны: 0,8; 0,9; 0,95. Найти вероятность того, что безотказно будут работать: а) только один элемент; б) два элемента; в) все три элемента.

Задача 3: Для информирования про аварию установлены три независимых между собой сигнализатора. Вероятность того, что во время аварии сработает первый сигнализатор р1=0,95, второй – р2=0,9, третий – р3=0,86. Найдите вероятность того, что во время аварии сработает только один сигнализатор.


Дополнительные карточки:

  1. Питание потребителя осуществляется по одной цепи, состоящей из КЛ, трансформатора и выключателя. Вероятность безотказной работы за время t для этих элементов: hello_html_77c23bf2.gif. Отказ любого элемента приводит к перерыву питания, причем отказы взаимно независимы. Найти вероятность безотказной работы передачи.

hello_html_m4f65da3b.gif


  1. Определить вероятность перерыва электроснабжения в схеме.C:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\3.png


Известны вероятности отказов элементов схемы:

hello_html_m4334cb25.gif


  1. Пусть вероятность КЗ одной фазы ЛЭПhello_html_m4dc265eb.gif; вероятность КЗ второй фазы при условии, что одна фаза повреждена, hello_html_43ee8333.gif; вероятность КЗ третьей фазы при повреждениях первых двух hello_html_41947bda.gif. Требуется определить вероятность полного выхода ЛЭП из строя.

Домашнее задание: Выучить формулы.

Выводы урока: Сегодня на уроке вы научились решать задачи на нахождение безотказной работы цепи через определение вероятности ее надежности, расширили и обобщили представление о надежности электрических цепей. Оценки за работу в парах на следующий урок.




Приложение 1

Соединение

Последовательное

Параллельное

Схема

2 элемента







n- элементов




2 элемента




n- элементов



Вероятность работы (формула)













Словесное описание






Вероятность отказа (формула)











Словесное описание








Приложение 2

Соединение

Последовательное

Параллельное

Схема

2 элемента



hello_html_m715bb985.gif


n- элементов



hello_html_m2062dbe9.gif

2 элемента


hello_html_a18a2de.gif


n- элементов


hello_html_m4cdb828d.gif

Вероятность работы (формула)


hello_html_24e844c8.gif



hello_html_681990bc.gif


hello_html_m2410e94.gif


или


hello_html_mf65d8a3.gif, где hello_html_22cb9e66.gif




hello_html_5b1dad15.gif,


где hello_html_22cb9e66.gif

Словесное описание

Схема работает, если работают оба элемента. При отказе одного (любого) из них схема работать не будет (ток через цепь не пойдет).


Схема работает, если работают оба элемента, но также она работает, если выйдет из строя и какой либо один из элементов.

Вероятность отказа (формула)

hello_html_mf65d8a3.gif.



hello_html_5b1dad15.gif,


где hello_html_22cb9e66.gif



hello_html_6f9ea653.gif,


где hello_html_22cb9e66.gif




hello_html_47936add.gif,


где hello_html_22cb9e66.gif

Словесное описание

Схема откажет, если откажет хотя бы один элемент.

Схема откажет, если откажут оба элемента.


Краткое описание документа:

практическое занятие расчитано на 2 академических часа (90 минут).      В хода проведения данного занятия студенты  по мере изучения материала и на основе умеющихся знаний  запоняют опорный конспект (приложение 1).

     Вид заполненого конпекта (приложение2).

     Затем решают задачи:

1.  на определение вероятности безотказной работы функциональной цепи.

2. на определение вероятности безотказной работы элементов устройства.

3. на определение вероятности безотказной работы сигнализатора.

    Далее самостоятельная работа в парах.

 

 

Общая информация

Номер материала: 114958

Похожие материалы