靜止變頻電源掉電問題的技術分析

作者 / 劉興、張學福、容慶紅，中國人民解放軍93469部隊

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靜止變頻電源掉電問題的技術分析

作者 / 劉興、張學福、容慶紅，中國人民解放軍93469部隊

本文對靜止變頻電源在負載工作時出現的掉電現象進行了較為詳細的分析，闡述了靜止變頻電源掉電現象的故障定位及解決方案。

靜止變頻；電源掉電；電源

使用示波器對加載負荷的電源配電車進行檢測和調試過程中，示波器輸出的中頻信號會出現中斷現象，技術人員將配電車掉電后對其進行全面檢查，未發現靜止變頻電源有任何異常，對其重新進行供電，此時電源組出現了“缺相”故障報警，但是其他設備均運行正常，更換了電控板后，電源組工作又恢復正常，未出現靜止變頻電源掉電現象。

1. 故障問題排查定位

針對這種現象，對靜止變頻電源進行了全面的故障排查后卻沒有發現變頻電源內部件有任何損壞，隨后對靜止變頻電源的工作日志進行查閱。故障日志詳細記錄了該現象發生的過程，故障發生時，三相電流均由不同程度的升高，有一項電壓呈現上升另外兩項電壓呈現下降，電源組出現了輸出短路保護現象。鑒于以上現象，我們初步得出了靜止變頻電源掉電的原因在于電源過流而導致的短路保護。

靜止變頻電源電路結構圖如圖1所示。

圖1 靜止變頻電源電路結構圖

依據靜止變頻電源的結構組成及工作原理可知造成出現短路保護現象的問題有如下四個：

■1.1 電源組內部自身組件（輸出功率、電路板組件）損壞

當靜止變頻電源組內部組件出現損壞，但靜止變頻電源工作正常時會出現短路保護現象。短路現象發生后，僅僅重啟了靜止變頻電源，對靜止變頻電源內部的組件不進行任何更換，設備又一切正常，這樣可排除短路保護現象發生的原因是電源內部電路板損壞造成的。

■1.2 電源內部多余組件導致其出現短路保護

對靜止變頻電源內部的所有組件進行了拆檢，未發現有損壞或者松動現象，由此可以排除靜止變頻電源出現短路保護的原因是電源內部多余組件造成的。

■1.3 電源虛警導致短路保護

a.試驗設計：對靜止變頻電源的輸出電壓、電流每個輸出周期信息采集32個，電源的輸出頻率為400Hz，周期2.5ms，采樣時間間隔為78μs，采集后的信息經過計算機儲存計算，由于發生短路保護作用是瞬時發生的，其動作時間極其短暫，靜止變頻電源僅僅能記錄電源發生短路保護動作之前的前一個周期電源、電壓輸出的值，無法實現實時記錄短路保護發生之時的電壓、電流值。

b.試驗驗證：從試驗中可以看出，是因為C相電流單方面一直增大直至觸發了電源短路保護，我們采用了平衡負載人為短路、模擬虛警短路保護以及非平衡負載人為短路的方法來驗證短路保護以及其記錄的數據是真實客觀的，通過實驗我們可以排除造成靜止變頻電源出現掉電現象的原因是電源出現虛警保護造成的。

■1.4 外部大電流正常保護

由于靜止變頻電源的輸出回路負載端是采用的△接線法，當三相電流中的任何一相瞬間電流出現波動時，其它兩相電流也隨之發生波動。三相電流其中的一相發生電流增大現象時，其輸出功率也增大，功率偏離值大于10kW時，輸出電壓隨之降低，其它兩相電壓上的負載偏離值越大。

通過以上分析可以得出結論：靜止變頻電源發生短路保護是外部大電流造成的正常保護。

2. 故障發生的技術分析

■2.1 靜止變頻電源保護原理

當有電流通過電流輸出回路中的電流互感器時會輸出電壓信號，該信號進過處理后傳送到電壓監測器上，電壓監測器會對收到的實時電壓信號進行分析比較，當接收到的電壓信號其電壓值在正常范圍內時，電壓監測器不會有任何動作；當接收到的電源信號其電壓值高于正常值時，電源監測器會發出報警信號，并發出短路保護動作，對硬件進行斷電保護。

■2.2 靜止變頻電源輸出回路電流分析

靜止變頻電源中的變壓器阻抗小，其發生短路時會瞬間產生很大的電流，短路電流值會超過其額定電流值的6-8倍，從電源短路保護電流圖看，靜止變頻電源其輸出電壓、電流值在第N個周期內峰值和周期穩定正常，在第N+1個周期內，輸出電壓、電流開始增大，但還沒有超出電流短路保護所需觸發的保護值，在第N+2個周期內，輸出電流、電壓持續增大，直至超出了電流短路保護的保護值，電源做出了短路保護掉電動作。

圖2 靜止變頻電源短路保護電流圖

■2.3 靜止變頻電源輸出回路短路機理分析

靜止變頻電源在正常工作時電源和電流輸出的關系式：

Ia=Iab+Iac

Ib=Iab+Ibc

Ic=Ibc+Iac

UN = UA + UB + UC

當BC相短路，則BC相阻抗降低，通過電流升高，A相電流因BC相的短路從B相從新回到C相，A相回路電流隨之升高；BC相的短路導致BC相阻抗減小，A相不變；如此以來，BC相輸出的電壓下降，A相卻升高，導致電源內部點位偏移，造成電源內部的短路。

通過以上分析，分析結果完全與發生短路保護時所記錄的電流趨勢圖符合。

3. 總結

通過對造成靜止變頻電源發生掉電現象多種可能原因進行了分析、試驗、檢測，排出了是其自身原因所致，靜止變頻電源掉電現象是因為外部大電流等外部因素導致電源出現了瞬時大電流而超過電源所設置的短路保護電流觸發值所致。

＊ ［1］ 張文鋒，邱瑞昌，趙曉紅.基于DSP的中頻逆變電源設計［J］.電力電子技術，2010，44（4）：56－58.

＊ ［2］王艷紅，蔣學華，戴純春.電路分析［M］.北京： 北京大學出版社，2008.