一起逆變器預充電回路發生故障的原因分析及處理措施

祁紅波

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司熱軋部，河北唐山063000）

0 引言

某企業加熱爐區變頻器裝置由AB進口設備改為國產品牌，所用國產變頻器無預充電回路。根據現場變頻器實際維護要求，該企業增加了一套預充電裝置[1]，其預充電電路的主回路及控制回路分別如圖1、圖2所示。

圖1 預充電電路主回路

圖2 預充電電路控制回路

其中，QF1為主回路斷路器，用于通斷公共直流母線與逆變器之間的供電；K11為軟起接觸器，用于通斷預充電電路電阻R1，限制QF1接通瞬間電容兩端的充電電流；HCU20-X12為主控器端子，當主控器檢測到電容器兩端電壓為工作電壓的85%時，其內部端子X12.1/12.2閉合；K21為預充電電路主回路接觸器，當端子主控器X12.1/12.2閉合時，主接觸器線圈得電，接通主回路，同時控制回路繼電器K31線圈得電，斷開主回路電阻R1和控制回路軟起接觸器K11。從圖1、圖2中可知，主回路接觸器K21的常開點與控制回路繼電器K31線圈串聯使用，若繼電器K31線圈兩端無感應電動勢吸收裝置，易造成線圈或與之串聯的K21常開點燒損。本文通過現場發生的一次預充電回路故障，分析繼電器K31裝置存在的缺陷，并提出解決方案。

1 預充電回路故障現象

某日，加熱爐出鋼輥道逆變器維護完畢，主回路QF1合閘送電，預充電過后，K31繼電器合閘指示燈亮起，但逆變器顯示無直流電壓，實際測量亦無電壓且K21主接觸器線圈兩端無24 V電壓，逆變器預充電過程失敗。

2 故障原因分析及解決措施

從圖1、圖2中可知，只有當主控器檢測到電容器兩端電壓為工作電壓的85%時，其內部端子X12.1/12.2閉合，主接觸器K21線圈得電，繼而K31繼電器線圈才會得電，工作指示燈亮起。實際情況卻是K31繼電器工作指示燈亮起，而逆變器未預充電，說明主接觸器K21的常開點13/14受損變為常閉點。運維人員解體主接觸器發現常開輔助觸點13/14有拉弧現象和明顯燒熔痕跡，如圖3所示。

運維人員進一步檢測K31繼電器由導通到關斷線圈兩端的電壓變化情況，如圖4所示，發現線圈關斷時最大反向電壓為-145 V，再加上24 V電源電壓，瞬時關斷電壓可高達169 V，而K21輔助觸點最大耐壓為30 V。因此，繼電器K31通斷時易造成主回路接觸器K21輔助觸點拉弧燒熔，最終導致逆變器預充電過程失敗。

圖3 觸點13/14受損熔融

圖4 繼電器關斷時反向電壓

直流電磁機構的通電線圈斷電時，由于磁通的急劇變化，在線圈中會感應出很大的反向感應電動勢，很容易使線圈或與之串聯的輔助觸點燒毀，所以需在線圈的兩端并聯一個感應電動勢吸收裝置，有3種吸收裝置可供選擇[2]。其中，R-L-R吸收裝置如圖5所示。

圖5 R-L-R吸收裝置

當開關K從閉合狀態打開時，繼電器線圈電感會產生感應電動勢，根據楞次定律可知感應電動勢的方向與電源電壓的方向相反，這增加了線圈和與之串聯輔點的承壓負擔。圖5中，電路通過R-L-R建立開關斷開后的電流通路，由于電感的作用，其中的電流不會突變。同時，有一部分電感磁場會消耗在電阻上，以此降低開關斷開瞬間產生的過電壓。

并聯反向二極管的吸收裝置如圖6所示，當繼電器線圈正常工作時，由于二極管的單向導通作用，電阻Rb兩端沒有電流流過，此支路相當于開路；當開關K斷開后，繼電器線圈產生的反向電動勢通過電阻Rb和二極管形成回路，消耗磁場能，降低線圈兩端過電壓，以保護線圈和與之串聯的觸點。

圖6 并聯反向二極管的吸收裝置

繼電器線圈兩端并聯一電容和電阻，當開關K斷開后，L、C形成振蕩回路，并通過電路中的電阻進行振蕩衰減，逐漸消耗線圈中的磁場能，以此降低線圈兩端過電壓，保護線圈和與之串聯的觸點，并聯電容的吸收裝置如圖7所示。

圖7 并聯電容的吸收裝置

綜上分析，逆變器預充電回路發生故障的原因為控制回路中的繼電器無吸收裝置，關斷時線圈兩端產生較大反向電動勢，將主接觸器常開觸點燒熔。本文通過分析和實驗檢測，發現在繼電器線圈兩端增加感應電動勢吸收裝置即可解決此類故障。

3 結語

根據一種逆變器預充電回路的組成及工作原理，本文針對預充電回路故障，詳細分析其具體原因，并通過增加繼電器線圈兩端感應電動勢吸收裝置解決了此類故障。