静止变频电源掉电问题的技术分析

作者 / 刘兴、张学福、容庆红，中国人民解放军93469部队



静止变频电源掉电问题的技术分析

作者 / 刘兴、张学福、容庆红，中国人民解放军93469部队

本文对静止变频电源在负载工作时出现的掉电现象进行了较为详细的分析，阐述了静止变频电源掉电现象的故障定位及解决方案。

静止变频；电源掉电；电源

使用示波器对加载负荷的电源配电车进行检测和调试过程中，示波器输出的中频信号会出现中断现象，技术人员将配电车掉电后对其进行全面检查，未发现静止变频电源有任何异常，对其重新进行供电，此时电源组出现了“缺相”故障报警，但是其他设备均运行正常，更换了电控板后，电源组工作又恢复正常，未出现静止变频电源掉电现象。

1. 故障问题排查定位

针对这种现象，对静止变频电源进行了全面的故障排查后却没有发现变频电源内部件有任何损坏，随后对静止变频电源的工作日志进行查阅。故障日志详细记录了该现象发生的过程，故障发生时，三相电流均由不同程度的升高，有一项电压呈现上升另外两项电压呈现下降，电源组出现了输出短路保护现象。鉴于以上现象，我们初步得出了静止变频电源掉电的原因在于电源过流而导致的短路保护。

静止变频电源电路结构图如图1所示。

图1 静止变频电源电路结构图

依据静止变频电源的结构组成及工作原理可知造成出现短路保护现象的问题有如下四个：

■1.1 电源组内部自身组件（输出功率、电路板组件）损坏

当静止变频电源组内部组件出现损坏，但静止变频电源工作正常时会出现短路保护现象。短路现象发生后，仅仅重启了静止变频电源，对静止变频电源内部的组件不进行任何更换，设备又一切正常，这样可排除短路保护现象发生的原因是电源内部电路板损坏造成的。

■1.2 电源内部多余组件导致其出现短路保护

对静止变频电源内部的所有组件进行了拆检，未发现有损坏或者松动现象，由此可以排除静止变频电源出现短路保护的原因是电源内部多余组件造成的。

■1.3 电源虚警导致短路保护

a.试验设计：对静止变频电源的输出电压、电流每个输出周期信息采集32个，电源的输出频率为400Hz，周期2.5ms，采样时间间隔为78μs，采集后的信息经过计算机储存计算，由于发生短路保护作用是瞬时发生的，其动作时间极其短暂，静止变频电源仅仅能记录电源发生短路保护动作之前的前一个周期电源、电压输出的值，无法实现实时记录短路保护发生之时的电压、电流值。

b.试验验证：从试验中可以看出，是因为C相电流单方面一直增大直至触发了电源短路保护，我们采用了平衡负载人为短路、模拟虚警短路保护以及非平衡负载人为短路的方法来验证短路保护以及其记录的数据是真实客观的，通过实验我们可以排除造成静止变频电源出现掉电现象的原因是电源出现虚警保护造成的。

■1.4 外部大电流正常保护

由于静止变频电源的输出回路负载端是采用的△接线法，当三相电流中的任何一相瞬间电流出现波动时，其它两相电流也随之发生波动。三相电流其中的一相发生电流增大现象时，其输出功率也增大，功率偏离值大于10kW时，输出电压随之降低，其它两相电压上的负载偏离值越大。

通过以上分析可以得出结论：静止变频电源发生短路保护是外部大电流造成的正常保护。

2. 故障发生的技术分析

■2.1 静止变频电源保护原理

当有电流通过电流输出回路中的电流互感器时会输出电压信号，该信号进过处理后传送到电压监测器上，电压监测器会对收到的实时电压信号进行分析比较，当接收到的电压信号其电压值在正常范围内时，电压监测器不会有任何动作；当接收到的电源信号其电压值高于正常值时，电源监测器会发出报警信号，并发出短路保护动作，对硬件进行断电保护。

■2.2 静止变频电源输出回路电流分析

静止变频电源中的变压器阻抗小，其发生短路时会瞬间产生很大的电流，短路电流值会超过其额定电流值的6-8倍，从电源短路保护电流图看，静止变频电源其输出电压、电流值在第N个周期内峰值和周期稳定正常，在第N+1个周期内，输出电压、电流开始增大，但还没有超出电流短路保护所需触发的保护值，在第N+2个周期内，输出电流、电压持续增大，直至超出了电流短路保护的保护值，电源做出了短路保护掉电动作。

图2 静止变频电源短路保护电流图

■2.3 静止变频电源输出回路短路机理分析

静止变频电源在正常工作时电源和电流输出的关系式：

Ia=Iab+Iac

Ib=Iab+Ibc

Ic=Ibc+Iac

UN = UA + UB + UC

当BC相短路，则BC相阻抗降低，通过电流升高，A相电流因BC相的短路从B相从新回到C相，A相回路电流随之升高；BC相的短路导致BC相阻抗减小，A相不变；如此以来，BC相输出的电压下降，A相却升高，导致电源内部点位偏移，造成电源内部的短路。

通过以上分析，分析结果完全与发生短路保护时所记录的电流趋势图符合。

3. 总结

通过对造成静止变频电源发生掉电现象多种可能原因进行了分析、试验、检测，排出了是其自身原因所致，静止变频电源掉电现象是因为外部大电流等外部因素导致电源出现了瞬时大电流而超过电源所设置的短路保护电流触发值所致。

＊ ［1］ 张文锋，邱瑞昌，赵晓红.基于DSP的中频逆变电源设计［J］.电力电子技术，2010，44（4）：56－58.

＊ ［2］王艳红，蒋学华，戴纯春.电路分析［M］.北京： 北京大学出版社，2008.