无触点稳压器产品的可靠性
eeskill 2022-09-23

产品的可靠性指标是其质量属性中极为重要的部分。产品的可靠性越高,所需维修保养的费用就越低,从而可尽量减少用户的开支,并保证用户设备的正常运行。同时,只有具有高可靠性的产品,才能在市场上具有真正的竞争力。

一、无触点稳压器产品可靠性的现状

在现代电源领域,要保证电源装置能做到精密地控制和可靠地运行,必须采用电力电子技术,在装置中使用电力半导体器件(可控硅)。电力半导体器件具有效率高、控制性能好、体积小、重量轻、使用可靠等许多优点。因此,采用电力电子技术对电力稳压器进行升级换代,已是大功率电力稳压器的主要发展方向。

经中科院技术文献情报中心确认,“潘登”无触点稳压器多项技术属国内外首创,其整体技术达到了国际同类产品的先进水平。该产品整机无机械操作、无碳刷接触、无噪声调压、无瞬间断电、三相全部分调,响应速度极快,带雷电浪涌防护及具备所有的保护功能,工作稳定可靠,使稳压器实现了长期免维护。容量已做到2000KVA,补偿范围可达±50%,且效率高、运行可靠,系新一代绿色环保节能产品,经信息产业部产品质量监督检验中心对该产品进行检验,认定是目前国内最先进、容量最大的无触点稳压器。

随着无触点稳压器逐步被市场和用户认可,众多稳压器厂家随后也陆续推出结构各不相同的无触点稳压器。由于主电路结构的不同,它们的性能差异往往比较大;加之某些厂家在技术上投入不够,研究不深;对无触点稳压器的关键器件——可控硅模块的性能、应用也缺乏足够的试验和了解;甚至极个别厂家还存在偷工减料,在元器件的选择上以旧充新,以次充好的行为。凡此种种原因,最后集中反映在产品的可靠性上,造成很多厂家的无触点稳压器性能极不稳定,使用可靠性很差,时间一长,致使许多用户形成一种误解,认为目前市场上的无触点稳压器都不可靠,都不能用,最后都不敢买。

二、“潘登”无触点稳压器与其它无触点稳压器的比较

为澄清广大用户的一些误解,我们将市场上的无触点稳压器给大家作一些分析。

不同主电路结构的无触点稳压器,主要区别在于补偿电压的调节方式上,它直接关系到稳压器的工作可靠性、动态响应、稳压精度、稳压范围、最大容量、波形失真等性能指标。

目前市场上的无触点稳压器的主电路大致可分为以下三种类型:

1、自耦调压补偿式(上海潘登新电源公司专利技术)

此种结构通过控制双向可控硅的通断,来切换自耦变压器的抽头,从而改变补偿变压器补偿电压的大小和极性,达到稳定输出电压的目的。

主要优点

(1)、由于采用自耦变压器抽头分级调压,既降低了双向可控硅的通断电压(由220V降至200V以下),又能抑制换档时产生的浪涌电流(自耦变压器自身就是一个大功率的电抗器),因而大大地提高了双向可控硅的工作可靠性。

(2)、由于控制电路中采用了“互锁隔离”技术(上海潘登新电源公司专利技术),彻底解决了外界干扰造成双向可控硅误动作而产生的环流问题,有效的避免了可控硅器件的损坏。

(3)、由于控制部分主要采用模拟集成电路,因而对恶劣电网环境的适应能力很强。

2、自耦式

此种结构的无触点稳压器,是通过控制双向可控硅的通断,来直接改变自耦变压器的变比,从而达到稳定输出电压的目的。

主要缺点

由于可控硅直接串接在主电路中,负载电流全部从可控硅中流过,负载电流中的瞬变、波动极易损坏可控硅;而长期通过大电流产生很大热量,也使可控硅工作在恶劣的工况下,性能劣化,可靠性变差。

另外,采用这种结构来做大容量的稳压器,可控硅容量也需选得很大,这给可控硅余量系数的确定、可控硅散热设计均造成很大的困难,极易引起可靠性变差。

相对于自耦式,“潘登”无触点稳压器的优点为:

由于“潘登”无触点稳压器的可控硅不在负载电流的主通路,只是接在调压回路中,通过的电流不大,只有负载电流的几分之一,甚至十几分之一,二十几分之一,所以器件的余量系数可从容选择,工作时发热也不厉害,可控硅能长期可靠工作;同时稳压器的容量也可以做得很大(目前已能生产的最大容量为2000KVA)。

3、纯补偿式

此种结构是通过双向可控硅的通断, 控制补偿变压器组合的投入、退出或改变极性,从而达到稳定输出电压的目的。

主要缺点

可控硅通过桥臂形式,直接接在相线与零线之间(220V),因而工作电压高,换档时产生的浪涌电流大,极易损坏可控硅;同时,这种电路在可控硅误导通时,很容易造成相线与零线之间短路,瞬间就会烧毁可控硅,故其可靠性很差。

相对于纯补偿式,“潘登”无触点稳压器的优点为:

由于“潘登”无触点稳压器的可控硅网络位于补偿变压器的输出侧,且又经过自耦变压器的降压,则既降低了可控硅的通断电压(由220V降至200V或更低),又能抑制换档时产生的浪涌电流(自耦变压器自身就是一个大功率的电抗器),因而大大地提高了可控硅的工作可靠性和抗干扰能力。

三、“潘登”无触点稳压器在增强可靠性方面采取的措施

为保证产品具有高可靠性,上海潘登新电源公司采用了一整套科学的方法,下面仅就我们在“可靠性设计”、“可靠性增长”、“可靠性管理”等几个主要方面采取的措施进行介绍。

1、 可靠性设计措施(1)、降额设计

为降低失效率,提高产品可靠性,我们在主要元器件参数的选择方面,有针对性的适当采用了“降额设计”的方法。如,对可控硅模块容量,我们已按3~5倍通态平均电流ITAV来选择,这相当于在通常使用的设计余量系数的基础上,又增加了一倍。从而使影响无触点稳压器可靠性的关键环节得到加强,大大提高了产品的可靠性。

(2)、电磁兼容设计

为防止因稳压器工作现场电磁环境影响而引起的错误或失效,我们采取了不少消除和减少干扰的措施。如,我们采用目前世界上最先进的美国JOSLYN公司的MOV矩阵技术,有效地抑制了可控硅工作期间产生的浪涌尖峰(我公司是美国JOSLYN公司浪涌防护产品在中国的总代理)。另外,我们还加强了电源滤波设计,提高了系统的抗干扰能力。

(3)、散热设计

在散热设计方面,我们经过数年的摸索改进,设计出一套合理的散热措施和适用的散热数据,有效的降低了可控硅器件及机箱内的温升,大大减少了因过热引起的可控硅器件性能劣化和失效。

2、 可靠性增长措施

对于无触点稳压器,我们十分重视不断改正产品设计和制造中的缺陷,不断提高产品可靠性。从1999年第一台产品出厂至今,我们不断跟踪用户的使用情况,结合售后服务的反馈信息,不断分析研究故障来源以及潜在的故障隐患,及时加以改进,并确保在修正设计时不会引进新的故障源。

在产品设计和修正设计阶段,我们做过大量的试验,并一直坚持采用试验的方法来检查故障源,争取在产品设计阶段就将故障隐患予以解决。

3、 可靠性管理措施

上海潘登新电源公司严格按照ISO9000国际质量认证体系进行产品质量管理,对产品生产过程、使用过程中发生的故障和缺陷,建立了一整套完整的采集、整理、反馈、分析、处理系统,从制度上对提高产品的可靠性提供了十分有力的保障。

此外,我们在可控硅、变压器等主要器件、部件的选用上,也都进行了严格的质量控制。如,对可控硅模块,我们加强了对通态峰值电压VTM的筛选,尽量将器件温升控制在较低的范围内;对可控硅门极工艺也提出了更高的要求。对主、副变压器,我们也采用了损耗小、温升低、效率高的环形变压器结构。

通过几年的努力,“潘登”无触点稳压器的可靠性不断得到提高,至今,产品的平均无故障运行时间已可达10万小时。

四、关于单片机控制的无触点稳压器

目前市场上的无触点稳压器,很多都采用单片机来构建控制系统。单片机技术固然优点不少,相对比较先进,但它也有弱点,即抗干扰处理比较复杂、困难。而对于大功率电力稳压器,其工作环境尤其是电磁环境往往比较恶劣,所以电路结构和控制系统,应力求简洁可靠,尤其抗干扰能力要强,才能保证一个较高的工作可靠性。如果为追求时尚,不分场合的盲目应用单片机技术,将是得不偿失的。

因此,我们认为,如果对稳压器的主要性能指标没有多大的改进,还是要慎重对待单片机技术在无触点稳压器中的应用。

五、综述

过去市场上的电力稳压器大多是机械碳刷型的,而使用碳刷和机械传动,必定会产生工作寿命短、响应速度慢、碳刷接触面小而影响输出电流、碳刷磨损快需要经常维护、更换等许多缺点和问题,因此,无触点稳压器,已是大多数用户的必然选择。随着生产厂家技术、工艺水平的不断改进,无触点稳压器的工作可靠性不断提高,同时也随着用户对该产品认识的不断深入,无触点稳压器一定会有一个更好的市场前景。

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