一起逆变器预充电回路发生故障的原因分析及处理措施

祁红波

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司热轧部，河北唐山063000）

0 引言

某企业加热炉区变频器装置由AB进口设备改为国产品牌，所用国产变频器无预充电回路。根据现场变频器实际维护要求，该企业增加了一套预充电装置[1]，其预充电电路的主回路及控制回路分别如图1、图2所示。

图1 预充电电路主回路

图2 预充电电路控制回路

其中，QF1为主回路断路器，用于通断公共直流母线与逆变器之间的供电；K11为软起接触器，用于通断预充电电路电阻R1，限制QF1接通瞬间电容两端的充电电流；HCU20-X12为主控器端子，当主控器检测到电容器两端电压为工作电压的85%时，其内部端子X12.1/12.2闭合；K21为预充电电路主回路接触器，当端子主控器X12.1/12.2闭合时，主接触器线圈得电，接通主回路，同时控制回路继电器K31线圈得电，断开主回路电阻R1和控制回路软起接触器K11。从图1、图2中可知，主回路接触器K21的常开点与控制回路继电器K31线圈串联使用，若继电器K31线圈两端无感应电动势吸收装置，易造成线圈或与之串联的K21常开点烧损。本文通过现场发生的一次预充电回路故障，分析继电器K31装置存在的缺陷，并提出解决方案。

1 预充电回路故障现象

某日，加热炉出钢辊道逆变器维护完毕，主回路QF1合闸送电，预充电过后，K31继电器合闸指示灯亮起，但逆变器显示无直流电压，实际测量亦无电压且K21主接触器线圈两端无24 V电压，逆变器预充电过程失败。

2 故障原因分析及解决措施

从图1、图2中可知，只有当主控器检测到电容器两端电压为工作电压的85%时，其内部端子X12.1/12.2闭合，主接触器K21线圈得电，继而K31继电器线圈才会得电，工作指示灯亮起。实际情况却是K31继电器工作指示灯亮起，而逆变器未预充电，说明主接触器K21的常开点13/14受损变为常闭点。运维人员解体主接触器发现常开辅助触点13/14有拉弧现象和明显烧熔痕迹，如图3所示。

运维人员进一步检测K31继电器由导通到关断线圈两端的电压变化情况，如图4所示，发现线圈关断时最大反向电压为-145 V，再加上24 V电源电压，瞬时关断电压可高达169 V，而K21辅助触点最大耐压为30 V。因此，继电器K31通断时易造成主回路接触器K21辅助触点拉弧烧熔，最终导致逆变器预充电过程失败。

图3 触点13/14受损熔融

图4 继电器关断时反向电压

直流电磁机构的通电线圈断电时，由于磁通的急剧变化，在线圈中会感应出很大的反向感应电动势，很容易使线圈或与之串联的辅助触点烧毁，所以需在线圈的两端并联一个感应电动势吸收装置，有3种吸收装置可供选择[2]。其中，R-L-R吸收装置如图5所示。

图5 R-L-R吸收装置

当开关K从闭合状态打开时，继电器线圈电感会产生感应电动势，根据楞次定律可知感应电动势的方向与电源电压的方向相反，这增加了线圈和与之串联辅点的承压负担。图5中，电路通过R-L-R建立开关断开后的电流通路，由于电感的作用，其中的电流不会突变。同时，有一部分电感磁场会消耗在电阻上，以此降低开关断开瞬间产生的过电压。

并联反向二极管的吸收装置如图6所示，当继电器线圈正常工作时，由于二极管的单向导通作用，电阻Rb两端没有电流流过，此支路相当于开路；当开关K断开后，继电器线圈产生的反向电动势通过电阻Rb和二极管形成回路，消耗磁场能，降低线圈两端过电压，以保护线圈和与之串联的触点。

图6 并联反向二极管的吸收装置

继电器线圈两端并联一电容和电阻，当开关K断开后，L、C形成振荡回路，并通过电路中的电阻进行振荡衰减，逐渐消耗线圈中的磁场能，以此降低线圈两端过电压，保护线圈和与之串联的触点，并联电容的吸收装置如图7所示。

图7 并联电容的吸收装置

综上分析，逆变器预充电回路发生故障的原因为控制回路中的继电器无吸收装置，关断时线圈两端产生较大反向电动势，将主接触器常开触点烧熔。本文通过分析和实验检测，发现在继电器线圈两端增加感应电动势吸收装置即可解决此类故障。

3 结语

根据一种逆变器预充电回路的组成及工作原理，本文针对预充电回路故障，详细分析其具体原因，并通过增加继电器线圈两端感应电动势吸收装置解决了此类故障。