发电机常见故障状况的分析与解决

　　随着全国性的电荒形势日益严重，为解决基站的供电问题，江苏移动自2002年开始，陆续为各分公司配置了部分小功率、便携发电机。泰州分公司购买了3台雅马哈EF5500TE三相汽油发电机，作为基站市电断电时备用电源。在使用过程中，我们发现该油机在对不同型号的高频开关电源供电时出现了一些不稳定现象。

　　1、汽油发电机及整流电源设备情况1.1雅马哈EF5500TE发电机组相关资料参数发电机：额定电压(3相)380/220V;频率：50Hz;最大输出5.5kVA;额定输出5.0kVA;额定电流7.2A.

　　发动机：4冲程空冷OHV;排量357CC，最大功率为12PS/4000r/min，点火方式：TCI.

　　1.2、高频开关电源情况泰州移动分公司主要使用了两个厂家的高频开关电源系统，分别为：(1)杭州中恒系统有限公司：RPS17-450系统和E2733模块。(2)上海中达电通公司的：DUM94A―48/50系统和ESR3000模块。

　　2、对中恒E2733模块供电时的异常现象、原因及解决办法2.1为中恒电源系统供电时的异常现象使用该发电机对中恒电源(E2733)供电时，中恒电源启动不了，或不能正常工作，模块处于启动―停机―再启动―再停机的不稳定状态。

　　2.2、原因分析高频开关电源主要由交流输入滤波电路、功率因数校正电路、DC-DC变换电路和输出滤波器等部分组成，如所示。

　　单项220V交流电源接入整流模块之后经过AC断路器、保险丝等保护组件，进入EMI滤波器，其功能是防止整流模块受到电源内的突波电压的破坏以及将差模与共模噪声做有效的减少，以消除电源传入的高频噪声并防止模块的噪声反馈回电源线路。

　　单项交流电源经桥式整流器整流为直流后，再经主动式功率因数校正线路(PFC)，完成高功率因数(PF>0.99)，低失真因数(THD>5%)之要求，产生一个约400V的直流电压供给直流对直流转换器使用。400V直流电压经直流对直流转换器产生一个稳定的输出电压，

　　此部分线路采用全桥式串联谐振零电流切换技术，约以100kHz切换频率将直流400V电压切换为交流弦波。再经过高频变压器降压成为适当波幅的交流脉冲。二次侧的交流弦波经过整流二极管及输出滤波电路，再回馈经直流控制器可得到稳定的直流输出，此输出在出整流模块之前经滤波电路滤除共模噪声后，得到所需直流电源。

　　经对发电机及电源系统电路分析后认为E2733模块是新西兰开发及生产的，对交流电源的质量要求较高，同时，模块的启动功率需达到5kW左右，但模块启动后所需的最大功率约为3kW(以单个模块最大输出电流50A计算，模块的效率约为90%)。存在启动功率需求大，工作功率需求正常的情况。

　　我公司所配的小汽油发电机的输出波形：在以较高功率输出(或满载输出，如5kW)时，其波形畸变严重，且其中的谐波较多;在输出功率正常时(70%以下)，发电机的输出波形较好，交流电源质量较高。

　　该型发电机的最大输出功率约为5.5kVA，在模块加电启动时，由于功率需求较大，导致发电机输出波形瞬时畸变，交流电源质量降低，而整流器的谐波保护检测电路启动保护功能，发出模块关机指令。在模块关机后，油机输出功率降低，波形又恢复正常，从而模块再重新启动，启动后，油机波形再畸变，保护电路再工作，模块再关机。表现出的现象为整流模块处于启动―保护停机―再启动―再保护停机的恶性循环。

　　通过上述分析，我们认真研究分析了中恒电源的内部电路图及模块的谐波保护机理，在模块的“交流输入滤波部分”有一谐波检测保护电路，只要将此保护电路断开，就能防止模块在开机时由于所需功率较高而油机输出波形发生瞬间畸变，而引起谐波保护电路工作，导致保护关机。而对油机来讲，在模块启动后，单个模块的满负荷工作时的需求功率(约3kW)在油机输出正常波形的功率范围内。断开此保护电路不会对系统正常运行产生较大的负面影响。同时根据电路分析，将此保护电路中断后，对整流模块来讲，将缺少一级保护措施：即在未拆除前，模块将在单相电压达到270V时或输入电源质量较差时进行保护，拆除后，模块将在输入电压达到320V进行二级保护(高压停机)，模块减少了一级保护。因此，在开启模块前，应对输入电源进行电压测量，确保工作电压正常。

　　2.3、解决方法将中恒电源模块谐波保护电路拆除的最简单方法是将其谐波电路的输出部分断开，其电路中R148电阻为控制信号的输出通道。

　　(1)将中恒电源模块E2733的面板打开：拆除模块正面板右侧的3个内六角螺丝，拆除模块右侧板上的11个自攻螺丝，打开模块右侧板;(2)查找主控电路板的左上角的一个R148电阻(谐波检测保护电路);(3)将R148电阻断开;(4)重新安装模块右侧板。

　　2.4、测试记录及试用情况测试日期：2005年3月26日。测试整流器架：型号RPS17-450.SerialNo127226.

　　将4个已改造的E2733分别安装在整流器的三相电源上，其中B相安装两个模块。发电机空载时输出电压为A相233V;B相233V;C相233V，零线对地电压约为0V.加载中恒电源模块后各相电压情况。经测试发现，改造过的中恒电源模块均能由雅马哈EF5500TE发电机正常供电。而且在单项或多项时，模块和发电机均能正常工作。

　　目前我公司使用经过改造过的E2733模块由该油机供电，已运行接近300h，未发生过异常或模块损坏现象。

　　3、对高频开关电源供电时的异常现象、原因及解决措施3.1为中达电源系统供电时的异常现象雅马哈发电机能正常启动上海中达MCS系列加载中恒电源模块后各相电压情况开关电源、模块，但在使用汽油机的过程中，发现了一些问题，主要有：(1)当市电停，汽油机发起供电后，中达开关电源面板显示电压上升很快，引起过电压告警，另外，我们还测量发现汽油机的实际电压(有效值)，也有偏高现象，但和面板显示电压不一致。(2)随着负载的增加(整流模块的增加)，电压也随之升高，汽油机输出电压不稳定。

　　3.2、测试记录及说明测试地点：泰高路基站，开关电源为中达ES3000系列，配有50A模块3个，实际负载约为10～20A左右，蓄电池容量300Ah×2组。实验结果如所示。在开启整流模块的同时开启排风扇、日光灯等感性负载后，电压波形就变好，功率因数提高，峰值电压大幅下降，面板显示的电压亦下降。

　　用纯电阻性负载测试时，汽油机能在其额定功率范围内从容工作，输出电压和频率等均符合指标。

　　3.3、测试结论

　　(1)随着整流模块容性负载的增加，汽油发电机输出电压也随之升高;电压波形明显变差，峰值电压大幅升高。当整流模块容性负载进一步增大(在额定功率范围内)，汽油发电机输出电压就会不稳定并产生机械振动现象;(2)中达开关电源面板显示的电压是通过采样峰值电压计算而得：U=峰值电压 ×0.707，其值随着峰值电压的变化而变化，所以当电压波形变差时，其显示面板就产生交流输入高压告警;(3)汽油发电机输出电压与其它各项指标、负载类型以及负载大小密切相关。

　　3.4、原因分析

　　(1)由于汽油发电机的功率较小，我们一般常用的也只有5～6kW，当整流模块容性负载大于汽量的70%时，整流器产生的高次谐波电流流过汽油发电机定子绕阻，汽油发电机输出的电压波形就会产生严重畸变，峰值电压大幅增加。在这种情况下，若长时间工作，会造成两方面不良影响，引起汽油发电机不能稳定运行和机械振动。

　　谐波电流造成电机过热，加速电机绝缘老化，不但对汽油发电机有害，同时会影响电源系统其它设备的稳定运行，即目前遇到的振荡问题。

　　(2)同步发电机外特性曲线可以看出，汽油发电机输出电压与负载类型以及负载大小密切相关。

　　容性负载时，输出电压随着电流的增加而增大;电阻性负载时，输出电压随着电流的增加基本不变;感性负载时，输出电压随着电流的增加而减小。综上所述，随着整流模块容性负载的增加，汽油发电机输出电压也随着增大。

　　3.5、解决方案：

　　(1)当汽油机供电时，尽量开启一些感性负载如风扇、日光灯等;(2)用汽油机供电时，应对负载大小有一限制，对于容性负载，若要长时间工作，所带负载最好不要超过汽油机额定功率的70%;(3)在实际使用过程中，对于一般基站的负载电流较小(50A以下)，我们规定只开一个模块就足够了(较长时间停电后，一般工作在55A限流状态)。

　　结束语：由于移动通信基站分布广、数量多，在目前全国性的电荒形势下，小汽油发电机以其便携性在为移动基站的应急供电系统中发挥了较重大作用，但小汽油发电机组又由于自身的缺点：功率低，供电质量低等，造成对高频开关电源供电时出现一些不稳定现象，只要我们能够认真分析原因，并找出解决方案，小汽油发电基站在抗电荒的斗争中仍能够充分发挥作用，从而保证我们的移动通信基站永不断电，移动通信网络永远畅通。