昨日试验中发生故障,导致示波器通讯模块烧坏。现将故障原因分析总结如下。GoogleDocs的链接在这里。
一、逆变器等电力电子装置的多套电源系统
① 电力电源Upower。一般由三相380V(即三相四线电源的线电压)或两相220V(即三相四线电源的火线与地线之间的相电压)经不控整流后获得直流母线电压。根据不控整流桥的二极管导通情况,在一个周波内P和N各有两个π/3的时间与交流输入的某相等电位。
② 控制电源Ucontrol。一般由两相220V经不控整流、开关电源隔离后得到。
③ 驱动电源Udrive。一般要求除了最下管之外各开关管的驱动电源之间应保证隔离。
④ 模拟通道电源Uad。一般和Ucontrol一样,由开关电源隔离输出多路获得。
⑤ 继电器等电源Urelay。同上。
二、常用用电设备的电源系统
应注意,笔记本电脑的外部接口(串口、并口、VGA口、USB等)都是共地的,即都连接到其电源接口地上。有的水货笔记本电源适配器不能保证隔离,也就使上述接口直接连接到了220V电源地上,此时建议去掉三相插头的地线,阻断地线通道。显示器的VGA线的地也是连接到其三相插座地上的。
三、示波器接线故障
在电力电子试验中,由示波器接线造成的电源短路故障主要就是不控整流直流端与短路造成火线零线短路故障(可以归结为都是不控整流惹的祸)。下述示波器结构上的2个特点可能造成两类不同的火线零线短路故障。
a) 两个通道共地。当同时使用两个通道时,两个通道探头分别接入上述不同的电源系统时,就导致两个电源系统的地被短接,当两个地存在高压时,会产生大电流而损坏器件。例如Upower地经不控整流桥不时地连接三相380V或两相220V的各相输入,一般的两相三眼插座的地是零线,让它们共地也就是让三相四线中的火线与零线相连,会发生火线零线短路故障。
这种情况下,示波器仅有探头地部分提供外部电流通道,其自身是安全的。
b) 所有的地(通道地、串口地、三相插座地等)都是一个地。当仅使用一个通道时,未采用隔离电源时示波器的插座会连向两相220V,采用隔离电源时示波器通过串口线会连接到电脑电源上,即使在电脑电源有隔离时,还可能通过VGA口、仿真器USB口等连接到显示器地、控制板地上。上述情况也可能造成火线零线短路故障。
这种情况下,示波器内部也参与导电,会导致其自身受损。
四、我这次的故障接线
主要连接关系如下:
1) Upower接三相380V。
2) 示波器用高压探头(1200V)接逆变桥的a、N端。
3) 示波器经串口连接笔记本串口。
4) 笔记本电源适配器虽无隔离,但是剪掉电源插座的地端子。
5) 笔记本USB口连仿真器接到Ucontrol。
6) 笔记本接外部显示器,显示器直接接两相220V。
造成故障的应该是1), 2), 3), 6)这条通路,如上述分析1)提供到火线的连接,6)提供到零线的连接,2),3)则实现它们之间的连接。其中,笔记本仅在接口上提供短接作用,示波器、显示器都被串入到火线零线之间,所以笔记本是安全的,显示器灭了一下又恢复了(怀疑由瞬态抑制电路),而示波器的串口模块则被烧坏了。
五、要实现电脑在线观测示波器实测波形的接线注意事项
在示波器单通道接入与380V或220V关联的Upower的同时,是可以通过串口线连接电脑的,但一定要确保:电脑的电源是隔离的、并且电脑接口所接设备的电源也是隔离的。
在示波器接入其它各种电源(Ucontrol、Uad、Udrive、Urelay等)时,可以直接通过串口线连接电脑。

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