谈谈无触点稳压器的可靠性

abs111

谈谈无触点稳压器的可靠性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。

3 B, _6 M5 K9 k3 I% n' l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。
上海潘登新电源公司于1999年起，针对市场对新一代大功率稳压电源的需求，投入大量研发经费和技术力量，结合自身十几年电力稳压器生产经验，对传统的大功率补偿式电力稳压器进行升级换代改造，终于研制成功DBW5/SBW5型系列大功率无触点补偿式电力稳压器，率先填补了市场空白，并获得国家知识产权局的专利授权，同时是稳压器行业唯一被上海市认定为高新技术成果转化企业。
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。
5 V1 e6 |1 s: T+ \* t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
; a' A+ Q4 M8 y- f; K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。
$ @! c  }: W; E2 J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：
$ y) @: O: X, S7 Z
1、自耦调压补偿式（上海潘登新电源公司专利技术）

( ^! i  U4 E; {6 {4 z" F2 l; B* x  
! Z! s" B6 Z$ g# `5 w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。
$ _+ F6 q" ]  A& c% u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。
1 k2 s. T( j! m: W9 m/ R- _" ]5 f$ c
2、自耦式
* Q! P4 @& x  |9 T7 z: _: T7 u
  
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。
4 c7 t6 l  L3 X+ w+ K5 M  j* z0 v, \) B) x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。
9 D2 ~  \4 P) T1 T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。
* A& n, U1 i6 Q1 Y& ?* r, t4 F
相对于自耦式，“潘登”无触点稳压器的优点为：
# S8 ?. W8 W) U3 A# ?# `; t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
6 h7 M2 ]% Q0 F  y& ?, O5 ]: J   
) N% }3 w; Q% ]  B* g, X. Y; m9 u$ m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。
; ?$ G3 `% U  Y* Z# e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：
$ u% }9 j) U) J" [; F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。
$ ~  g# A1 z0 V, `! U
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。
- f4 v1 g  h9 O- o( W1、 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。
4 J# P: t# ?" l0 _0 |（2）、电磁兼容设计
: T7 B- N  S. @% X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
. j) X  \: V0 G& }& B# ~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。
# U7 C% \0 V( V7 Y- j+ v' J9 H
2、可靠性增长措施
; j; p& H9 u) J0 s/ X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。
. q, W* X5 A: ]/ _5 F1 h) f/ r
1 w4 Y6 T, M' H* Q+ I7 m3 J% l& e3、 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。

* E+ ]3 ^8 @( ]5 `; Y四、关于单片机控制的无触点稳压器
' t1 U+ q# ]$ C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。
* M; R0 q0 |" y! Q; {2 |0 ]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。   
& u6 u- T- K! U( T6 `
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。
! S: |/ O6 k: l上海潘登新电源公司生产的“潘登”无触点稳压器，现已广泛应用于广电、通信、电力、石油化工、数控机床、印刷设备、各类制造业设备、医疗设备等各行各业。尤其是大容量的无触点稳压器，我们更是遥遥领先于同行。 2002年，我们率先制造出全国第一台1200KVA无触点稳压器，并通过了信息产业部的检验，在通信行业成功应用；近几年，又陆续生产出1400KVA、1600KVA、2000KVA无触点稳压器，在电力行业、印刷行业、烟草行业成功应用。这一系列“全国第一”的记录一直保持到现在，且至今无人能破！可以自豪地说：我们的专利产品一直被人模仿，我们的无触点技术从未被人超越！
目前，“潘登”无触点稳压器已远销土耳其、印度、朝鲜、东南亚各国，在广大国内外用户中建立起了良好的信誉，其很高的工作可靠性也获得了大家的一致好评！