家用燃气快速热水器电控系统可靠性加速寿命试验

艾包华

摘 要：本文针对家用燃气快速热水器（以下简称燃气热水器）电控系统的可靠性验证存在验证时间长、成本高、效率低等不足，通过设计新的模拟试验装置，可实现多应力水平加速寿命试验，高效评估燃气热水器电控系统可靠性。

关键词：燃气热水器电控系统加速寿命试验

中图分类号:TS914 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0010-01

1 引言

燃气热水器因其使用的方便性和舒适性深受消费者喜爱，同时促使燃气热水器朝着低碳、节能、环保、智能等方向发展，对燃气热水器的电控系统可靠性要求也越来越高。

目前，针对燃气热水器电控系统可靠性验证主要包括：

（1）依据燃气热水器电控系统原理图和技术规格书，验证电控系统的符合性（参数和功能）；（2）在不通电的静止状态下进行高低温、冷热冲击、潮态、振动跌落等试验；（3）常温、常压、不带负载的状态进行耐久试验；（4）常温、常压（气压和电压），装配1～2台整机进行耐久试验。现有的试验方案存在一定的局限性，验证时间长、成本高（消耗燃气）、效率低。

2 试验装置与电路图

结合燃气热水器实际工作状况，运用计数器、程控变频电源、恒温恒湿箱、时间继电器通断模拟水流和风压信号、加装火焰模拟装置、25W灯泡（模拟风机）、电磁阀等负载实现在实验室人工控制和调节对燃气热水器电控系统影响大的温度、湿度、电压和负载四应力水平，加速寿命试验，可以充分验证电控系统在实际使用环境或恶劣工作环境的适用性和可靠性。通过故障样品分析和研究主要失效机理，指导质量改进方向。同时，该试验可大批量进行，能够高效筛选出失效样品进行故障分析，并且故障现象可模拟重现，实现高效、低成本进行大量可靠性验证。详细如图1所示。

3 试验方案

燃气热水器国家标准（1）规定产品使用寿命为8年，点火、控制装置1.2万次无异常（额定电压的90%、室温）。按每天使用0.5h计算，8年总使用时间为1460h；按每次使用时间20min计算（电控系统带20min定时功能），1.2万次总使用时间为4000h，综合考虑确定测试时间为3000h。

在失效机理不变的情况下，通过控制和调节对燃气热水器电控系统影响大的温度、湿度、电压和负载四应力水平，使电控系统的工作环境更恶劣，电子元器件的失效会加速进行。为了提高效率和适当减少试验样品数量，采用二组样品平行进行步进应力加速寿命试验（2），加速应力水平k=6。估计电控系统的失效规律是递增型，测试周期采用对数等间隔（772h,204h,54h,14h,4h）先疏后密；温度作加速应力，采用温度的倒数等间隔（298K,306K,315K,323K,333K）；电压作加速应力，采用对数等间隔取值(220V,226V,232V,238V,245V)。为缩短试验时间，减少试验所需的样本量，参考相关文献，采用均匀正交试验理论确定试验应力的组合方式和试验次数（3）。

4 试验结果

试验分别选取两款燃气热水器电控系统24套，6套一组共4组平行样品。其中两组电控系统在恒温恒湿箱内按照试验方案进行带负载加速寿命试验，另外两组分别在常温额定电压和常温1.1倍额定电压下试验。

(1)在常温额定电压和常温1.1倍额定电压试验的两组样品已累计试验1500h无异常，与以往试验方案得出的结果一致；

(2)在恒温恒湿箱内试验的样品先后出现4个故障样品，经过对故障样品进行分析，主要原因是电子元器件在高温、高湿状态下出现老化和电气绝缘性能下降导致电控系统失效。

5 结语

(1)对于燃气热水器电控系统，电压应力水平的影响不显著。主要原因是电控系统的电源电路中包括变压、整流、滤波和稳压四部分，输入电压的波动不影响输出电压。通过实际测量6套3款不同规格的燃气热水器电控系统，输入电压154～264V，输出电压稳定在4.983～5.034V。

(2)温度和湿度应力水平对燃气热水器电控系统的影响显著。随着温度和湿度水平的上升，电控系统寿命按指数下降。这从侧面解释了燃气热水器在国家标准（1）规定的正常状态性能检测合格交付用户使用，当用户家的使用条件比较恶劣，往往使用几个月就可能出现故障。

(3)采用该试验方案和装置，可以较好兼顾效率和效果。燃气热水器工作受水、燃气、电等多因素影响，模拟电控系统的所有可能失效机理很难。通过本试验装置同时对大量样品进行加速寿命试验可以到得较多的故障样品，针对故障样品分析失效原因，倒推失效机理则相对简单。

当然，本试验装置采用同功率的白炽灯代替风机具有一定局限性，不能模拟风机启动瞬间的电流冲击对电控系统的影响，后续完善试验装置。

参考文献

[1] GB6932-2001家用燃气快速热水器.

[2] 峁诗松.从寿命试验到加速寿命试验.质量可靠性,2003年第1期（总第103期）.

[3] 陈文华，冯红艺等.综合应力加速寿命试验方案优化设计理论与方法.机械工程学报,第42卷第12期（2003年12月）.