家用燃氣快速熱水器電控系統可靠性加速壽命試驗

艾包華

摘 要：本文針對家用燃氣快速熱水器（以下簡稱燃氣熱水器）電控系統的可靠性驗證存在驗證時間長、成本高、效率低等不足，通過設計新的模擬試驗裝置，可實現多應力水平加速壽命試驗，高效評估燃氣熱水器電控系統可靠性。

關鍵詞：燃氣熱水器電控系統加速壽命試驗

中圖分類號:TS914 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0010-01

1 引言

燃氣熱水器因其使用的方便性和舒適性深受消費者喜愛，同時促使燃氣熱水器朝著低碳、節能、環保、智能等方向發展，對燃氣熱水器的電控系統可靠性要求也越來越高。

目前，針對燃氣熱水器電控系統可靠性驗證主要包括：

（1）依據燃氣熱水器電控系統原理圖和技術規格書，驗證電控系統的符合性（參數和功能）；（2）在不通電的靜止狀態下進行高低溫、冷熱沖擊、潮態、振動跌落等試驗；（3）常溫、常壓、不帶負載的狀態進行耐久試驗；（4）常溫、常壓（氣壓和電壓），裝配1～2臺整機進行耐久試驗。現有的試驗方案存在一定的局限性，驗證時間長、成本高（消耗燃氣）、效率低。

2 試驗裝置與電路圖

結合燃氣熱水器實際工作狀況，運用計數器、程控變頻電源、恒溫恒濕箱、時間繼電器通斷模擬水流和風壓信號、加裝火焰模擬裝置、25W燈泡（模擬風機）、電磁閥等負載實現在實驗室人工控制和調節對燃氣熱水器電控系統影響大的溫度、濕度、電壓和負載四應力水平，加速壽命試驗，可以充分驗證電控系統在實際使用環境或惡劣工作環境的適用性和可靠性。通過故障樣品分析和研究主要失效機理，指導質量改進方向。同時，該試驗可大批量進行，能夠高效篩選出失效樣品進行故障分析，并且故障現象可模擬重現，實現高效、低成本進行大量可靠性驗證。詳細如圖1所示。

3 試驗方案

燃氣熱水器國家標準（1）規定產品使用壽命為8年，點火、控制裝置1.2萬次無異常（額定電壓的90%、室溫）。按每天使用0.5h計算，8年總使用時間為1460h；按每次使用時間20min計算（電控系統帶20min定時功能），1.2萬次總使用時間為4000h，綜合考慮確定測試時間為3000h。

在失效機理不變的情況下，通過控制和調節對燃氣熱水器電控系統影響大的溫度、濕度、電壓和負載四應力水平，使電控系統的工作環境更惡劣，電子元器件的失效會加速進行。為了提高效率和適當減少試驗樣品數量，采用二組樣品平行進行步進應力加速壽命試驗（2），加速應力水平k=6。估計電控系統的失效規律是遞增型，測試周期采用對數等間隔（772h,204h,54h,14h,4h）先疏后密；溫度作加速應力，采用溫度的倒數等間隔（298K,306K,315K,323K,333K）；電壓作加速應力，采用對數等間隔取值(220V,226V,232V,238V,245V)。為縮短試驗時間，減少試驗所需的樣本量，參考相關文獻，采用均勻正交試驗理論確定試驗應力的組合方式和試驗次數（3）。

4 試驗結果

試驗分別選取兩款燃氣熱水器電控系統24套，6套一組共4組平行樣品。其中兩組電控系統在恒溫恒濕箱內按照試驗方案進行帶負載加速壽命試驗，另外兩組分別在常溫額定電壓和常溫1.1倍額定電壓下試驗。

(1)在常溫額定電壓和常溫1.1倍額定電壓試驗的兩組樣品已累計試驗1500h無異常，與以往試驗方案得出的結果一致；

(2)在恒溫恒濕箱內試驗的樣品先后出現4個故障樣品，經過對故障樣品進行分析，主要原因是電子元器件在高溫、高濕狀態下出現老化和電氣絕緣性能下降導致電控系統失效。

5 結語

(1)對于燃氣熱水器電控系統，電壓應力水平的影響不顯著。主要原因是電控系統的電源電路中包括變壓、整流、濾波和穩壓四部分，輸入電壓的波動不影響輸出電壓。通過實際測量6套3款不同規格的燃氣熱水器電控系統，輸入電壓154～264V，輸出電壓穩定在4.983～5.034V。

(2)溫度和濕度應力水平對燃氣熱水器電控系統的影響顯著。隨著溫度和濕度水平的上升，電控系統壽命按指數下降。這從側面解釋了燃氣熱水器在國家標準（1）規定的正常狀態性能檢測合格交付用戶使用，當用戶家的使用條件比較惡劣，往往使用幾個月就可能出現故障。

(3)采用該試驗方案和裝置，可以較好兼顧效率和效果。燃氣熱水器工作受水、燃氣、電等多因素影響，模擬電控系統的所有可能失效機理很難。通過本試驗裝置同時對大量樣品進行加速壽命試驗可以到得較多的故障樣品，針對故障樣品分析失效原因，倒推失效機理則相對簡單。

當然，本試驗裝置采用同功率的白熾燈代替風機具有一定局限性，不能模擬風機啟動瞬間的電流沖擊對電控系統的影響，后續完善試驗裝置。

參考文獻

[1] GB6932-2001家用燃氣快速熱水器.

[2] 峁詩松.從壽命試驗到加速壽命試驗.質量可靠性,2003年第1期（總第103期）.

[3] 陳文華，馮紅藝等.綜合應力加速壽命試驗方案優化設計理論與方法.機械工程學報,第42卷第12期（2003年12月）.