三种无触点稳压器的优缺点及“浩稳”无触点稳压器的可靠性

2020-05-07 09:13:40 wenyaqi 8

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压器进行升级换代,已是大功率电力压器的主要发展方向。


经中科院技术文献情报中心确认,“浩”无触点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,工作定可靠,使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、容量最大的无触点压器。


随着无触点压器逐步被市场和用户认可,众多压器厂家随后也陆续推出结构各不相同的无触点压器。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压器性能极不定,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压器都不可靠,都不能用,最后都不敢买。


二、“浩”无触点压器与其它无触点压器的比较


为澄清广大用户的一些误解,我们将市场上的无触点压器给大家作一些分析。


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


目前市场上的无触点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


三种无触点稳压器的优缺点及“潘登”无触点稳压器的可靠性


此种结构通过控制双向可控硅的通断,来切换自耦压器的抽头,从而改补偿压器补偿电压的大小和极性,达到定输出电压的目的。


主要优点


(1)、由于采用自耦压器抽头分级调压,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,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


三种无触点稳压器的优缺点及“潘登”无触点稳压器的可靠性


此种结构的无触点压器,是通过控制双向可控硅的通断,来直接改自耦压器的比,从而达到定输出电压的目的。


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、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,可靠性差。


另外,采用这种结构来做大容量的压器,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,极易引起可靠性差。


相对于自耦式,无触点压器的优点为:


由于自耦补偿式无触点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


三种无触点稳压器的优缺点及“潘登”无触点稳压器的可靠性


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

纯补偿型无触点相比前两种无触点优点,个人认为主要体现在1,节能,因为减少了压器的投入数量,直接降低了压器的损耗,2,可控硅的间歇性休息,因为可控硅并非全部投入使用,而是根据需要投入使用,这样就给了部分可控硅休息散热的时间。安全可靠方面大家不用担心,因为现在可控硅都是1600V耐压的,再配合我公司设计的浪涌吸收电流,可控硅安全可靠,甚至可以做到可控硅10年质保。



三、“浩”无触点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,我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


电气严格按照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、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、副压器,我们也采用了损耗小、温升低、效率高的环形压器结构。


通过几年的努力,“浩”无触点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压器


目前市场上的无触点压器,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压器中的应用。


五、综述


过去市场上的电力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,无触点压器一定会有一个更好的市场前景。


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