论无触点稳压器的可靠性*

徐武林

上海潘登新电源有限公司 上海 200060

论无触点稳压器的可靠性*

徐武林

上海潘登新电源有限公司 上海 200060

无触点稳压器是大功率稳压器的发展方向。介绍了无触点稳压器产品的现状，并对国内无触点稳压器的性能进行了比较，提出了增强无触点稳压器可靠性的措施。

无触点稳压器； 电力电子技术； 可靠性

目前，无触点稳压器国内生产厂家很多，选择产品主要从可靠性和用户反馈这两方面来进行[1-4]。产品的可靠性是质量属性中极为重要的一部分,产品的可靠性越高，所需维护保养的费用就越低，从而可减少用户的开支，并保证设备正常运行[5]。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。

1 无触点稳压器产品现状

目前，要保证电源装置可精密控制并可靠运行，通常应用电力电子技术，即在装置中使用晶闸管等电力半导体器件。电力半导体器件具有效率高、控制性能好、体积小、质量轻、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产品进行升级换代，是大功率稳压器的主要发展方向。

随着无触点稳压器逐步被市场和用户认可，众多稳压器厂家推出了结构各不相同的无触点稳压器。由于主电路结构的不同，稳压器的性能差异比较大,且集中反映在产品的可靠性上，因此很多厂家的无触点稳压器性能极不稳定，使用可靠性差。

2 无触点稳压器的性能比较

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，这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。

目前市场上无触点稳压器根据不同结构的主电路主要可分为自耦式、纯补偿式、自耦调压补偿式三类。

2.1 自耦式无触点稳压器

自耦式无触点稳压器主电路如图1所示，通过控制双向晶闸管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。

图1 自耦式无触点稳压器主电路原理

由于晶闸管直接串联在主电路中，负载电流全部从晶闸管中流过 ，负载电流的瞬变、波动极易损坏晶闸管。长期通过大电流并产生很大热量，也使晶闸管工作在恶劣的工况下，导致性能不佳、可靠性变差。此外，采用图1结构制造大容量稳压器，晶闸管容量也需选得很大，这给晶闸管余量因数的确定及散热设计均造成很大困难，极易引起可靠性变差。

2.2 纯补偿式无触点稳压器

纯补偿式无触点稳压器主电路如图2所示，通过双向晶闸管的通断控制补偿变压器组合的投入、退出或极性改变，从而达到稳定输出电压的目的。

图2 纯补偿式无触点稳压器主电路原理

晶闸管通过桥臂形式直接连在相线与中性线之间，工作电压高(220V)，换挡时产生的浪涌电流大，极易损坏晶闸管。同时，这种电路在晶闸管误导通时容易造成相线与中性线之间短路，瞬间就可烧毁晶闸管，因此可靠性较差。

2.3 自耦调压补偿式无触点稳压器

自耦调压补偿式无触点稳压器主电路如图3所示，通过控制双向晶闸管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。

图3 自耦调压补偿式无触点稳压器主电路原理

采用自耦变压器抽头分级调压，既降低了双向晶闸管的通断电压(由220V降至200V以下)，又能抑制换挡时产生的浪涌电流(自耦变压器自身就是一个大功率电抗器)，因而大大提高了双向晶闸管的工作可靠性。此外，控制电路中采用了互锁隔离技术，彻底解决了因外界干扰造成双向晶闸管误动作而产生的环流问题，有效避免了晶闸管器件的损坏。控制部分采用模拟集成电路，使稳压器对恶劣电网环境的适应能力强。

自耦调压补偿式无触点稳压器相对于自耦式的优点为[6-7]： 晶闸管不在负载电流的主通路上，而是接在调压回路中，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，所以器件的余量因数可从容选择，工作时发热量也不大，晶闸管可长期可靠工作；与此同时，稳压器的容量也可设计得较大，目前已能生产的最大容量为2000kVA。相对于纯补偿式的优点为： 晶闸管网络位于补偿变压器的输出侧，且又经自耦变压器降压，既降低了晶闸管的通断电压，又能抑制换挡时产生的浪涌电流，大大提高了晶闸管的工作可靠性和抗干扰能力。

2.4 由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。单片机控制优点较多，技术相对先进，但也有弱点，即抗干扰处理比较困难。大功率稳压器的工作环境，尤其是电磁环境往往恶劣，所以电路结构和控制系统应力求简洁可靠，尤其是抗干扰能力要强，才能保证较高的工作可靠性。可见，如果为追求先进，不分场合地盲目应用单片机技术，将是得不偿失的。笔者认为，如果稳压器的主要性能指标没有较大提升，需要慎重选择单片机技术应用于无触点稳压器中。

3 自耦调压补偿式无触点稳压器在增强可靠性方面采取的措施

为保证自耦调压补偿式无触点稳压器具有高可靠性，研发公司采用了一整套科学方法，包括可靠性设计、可靠性增长和可靠性管理等方面。

3.1 可靠性设计

(1) 降额设计。为降低失效率，提高产品可靠性，在主要元器件参数选择时有针对性地采用了降额设计方法。如针对晶闸管模块容量按3～5倍通态平均电流来选择，这相当于在通常使用的设计余量因数基础上又增加了一倍，从而使影响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产生错误或产品失效，采取了一些减小和消除干扰的措施。如采用目前世界上最先进的美国强世林公司MOV矩阵技术，有效抑制了晶闸管工作期间产生的浪涌尖峰。此外，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，经过数年摸索改进，设计出一套合理的散热措施和适用的散热数据，有效地减小了晶闸管器件及机箱内的温升，进而避免因过热而引起的晶闸管器件性能劣化和失效。

3.2 可靠性增长

公司十分重视稳压器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，不断跟踪用户的使用情况，结合售后服务的反馈信息，分析故障原因及潜在的故障隐患，及时加以改进，并确保在修正设计时不会产生新的故障源。

在产品设计和修正设计阶段，进行了大量试验，并坚持采用试验的方法检查故障源，争取在产品设计阶段就将故障隐患予以消除。

3.3 可靠性管理

公司严格按照ISO9000国际质量认证体系进行产品质量管理，对产品生产和使用过程中出现的故障和缺陷建立一整套采集、整理、反馈、分析、处理措施，从制度上为提高产品的可靠性提供了有力保障。

在晶闸管、变压器等主要器件和部件的选用上，也都进行严格的质量控制。如针对晶闸管模块，加强了对通态峰值电压的筛选，将器件温升控制在较合理的范围内；针对晶闸管门极工艺也提出了更严格的要求；针对主、副变压器，采用了损耗低、温升小、效率高的环型变压器结构。

通过多年努力，自耦调压补偿式无触点稳压器的可靠性不断得到提升，至今，产品的平均无故障运行时间已达100000h。

4 结束语

目前，无触点稳压器已成为业内研究的热点[8-10]。传统的电力稳压器大多是机械碳刷型的，使用碳刷和机械传动，必定会产生工作寿命短、响应速度慢、碳刷接触面小影响输出电流、碳刷磨损快需要经常维护等问题，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、工艺的不断改进，无触点稳压器的工作可靠性不断提高，以及用户对产品认识的不断深入，无触点稳压器一定会有更好的市场前景。

[1] 潘微燕，翟光中.无触点照明稳压器在核电厂照明中的应用[J].上海电气技术，2015，8(4)： 38-40.

[2] 苗全堂，陈煊之，陈明，等.无触点补偿式大功率交流稳压器设计[J].电工电气，2015(2)： 9-12,56.

[3] 吕莹，杨波.基于PLC控制的交流大功率无触点稳压器[J].电气应用,2014,33(17)： 30-33.

[4] 贺建新.SGW5C型无触点感应式稳压器[J].电世界，2013(7)： 16-17.

[5] 陈健.SBW5B-400kVA稳压器无输出故障原因分析和处理[J].西部广播电视，2015(15)： 235-236.

[6] 王贤长.无触点补偿式交流稳压器： 012538760[P].2002-07-24.

[7] 李锦初.一种逐次比较无触点稳压器： 2008201520821[P].2009-06-24.

[8] 鄢浩东.无触点稳压器在DX中波发射机的应用[J].科技传播，2015(7)： 87-89.

[9] 周新华，陈富彬，王培河.AP1000稳压器制造难点与案例分析[J].装备机械，2015(2)： 23-29.

[10] 孙海鹏，马飞，曹荣，等.稳压器结构优化仿真分析及验证[J].航天制造技术，2014(5)： 63-66.

Non-contact voltage stabilizer is the direction for development of high-power voltage stabilizer. Described the status of non-contact voltage stabilizer products, compared the performance of domestic non-contact voltage stabilizer and presented the measures to strengthen the reliability of non-contact voltage stabilizer.

Non-contact Voltage Stabilizer； Power Electronics Technology； Reliability

2016年3月

徐武林(1968— )，男，本科，工程师，主要从事稳压器、节电器研发工作， E-mail： 263048135@qq.com

TM44

A

1674-540X(2016)03-080-03

*中国实用新型专利，无触点补偿式交流稳压器，专利号： 012538760；一种逐次比较无触点稳压器，专利号：2008201520821。