一起逆變器預(yù)充電回路發(fā)生故障的原因分析及處理措施

祁紅波

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司熱軋部，河北唐山063000）

0 引言

某企業(yè)加熱爐區(qū)變頻器裝置由AB進(jìn)口設(shè)備改為國產(chǎn)品牌，所用國產(chǎn)變頻器無預(yù)充電回路。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變頻器實(shí)際維護(hù)要求，該企業(yè)增加了一套預(yù)充電裝置[1]，其預(yù)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(yù)充電電路主回路

圖2 預(yù)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(yù)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(dāng)主控器檢測(cè)到電容器兩端電壓為工作電壓的85%時(shí)，其內(nèi)部端子X12.1/12.2閉合；K21為預(yù)充電電路主回路接觸器，當(dāng)端子主控器X12.1/12.2閉合時(shí)，主接觸器線圈得電，接通主回路，同時(shí)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(diǎn)與控制回路繼電器K31線圈串聯(lián)使用，若繼電器K31線圈兩端無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)吸收裝置，易造成線圈或與之串聯(lián)的K21常開點(diǎn)燒損。本文通過現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的一次預(yù)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(yù)充電回路故障現(xiàn)象

某日，加熱爐出鋼輥道逆變器維護(hù)完畢，主回路QF1合閘送電，預(yù)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(shí)際測(cè)量亦無電壓且K21主接觸器線圈兩端無24 V電壓，逆變器預(yù)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(dāng)主控器檢測(cè)到電容器兩端電壓為工作電壓的85%時(shí)，其內(nèi)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(huì)得電，工作指示燈亮起。實(shí)際情況卻是K31繼電器工作指示燈亮起，而逆變器未預(yù)充電，說明主接觸器K21的常開點(diǎn)13/14受損變?yōu)槌ｉ]點(diǎn)。運(yùn)維人員解體主接觸器發(fā)現(xiàn)常開輔助觸點(diǎn)13/14有拉弧現(xiàn)象和明顯燒熔痕跡，如圖3所示。

運(yùn)維人員進(jìn)一步檢測(cè)K31繼電器由導(dǎo)通到關(guān)斷線圈兩端的電壓變化情況，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)線圈關(guān)斷時(shí)最大反向電壓為-145 V，再加上24 V電源電壓，瞬時(shí)關(guān)斷電壓可高達(dá)169 V，而K21輔助觸點(diǎn)最大耐壓為30 V。因此，繼電器K31通斷時(shí)易造成主回路接觸器K21輔助觸點(diǎn)拉弧燒熔，最終導(dǎo)致逆變器預(yù)充電過程失敗。

圖3 觸點(diǎn)13/14受損熔融

圖4 繼電器關(guān)斷時(shí)反向電壓

直流電磁機(jī)構(gòu)的通電線圈斷電時(shí)，由于磁通的急劇變化，在線圈中會(huì)感應(yīng)出很大的反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，很容易使線圈或與之串聯(lián)的輔助觸點(diǎn)燒毀，所以需在線圈的兩端并聯(lián)一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dāng)開關(guān)K從閉合狀態(tài)打開時(shí)，繼電器線圈電感會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電源電壓的方向相反，這增加了線圈和與之串聯(lián)輔點(diǎn)的承壓負(fù)擔(dān)。圖5中，電路通過R-L-R建立開關(guān)斷開后的電流通路，由于電感的作用，其中的電流不會(huì)突變。同時(shí)，有一部分電感磁場(chǎng)會(huì)消耗在電阻上，以此降低開關(guān)斷開瞬間產(chǎn)生的過電壓。

并聯(lián)反向二極管的吸收裝置如圖6所示，當(dāng)繼電器線圈正常工作時(shí)，由于二極管的單向?qū)ㄗ饔?，電阻Rb兩端沒有電流流過，此支路相當(dāng)于開路；當(dāng)開關(guān)K斷開后，繼電器線圈產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)通過電阻Rb和二極管形成回路，消耗磁場(chǎng)能，降低線圈兩端過電壓，以保護(hù)線圈和與之串聯(lián)的觸點(diǎn)。

圖6 并聯(lián)反向二極管的吸收裝置

繼電器線圈兩端并聯(lián)一電容和電阻，當(dāng)開關(guān)K斷開后，L、C形成振蕩回路，并通過電路中的電阻進(jìn)行振蕩衰減，逐漸消耗線圈中的磁場(chǎng)能，以此降低線圈兩端過電壓，保護(hù)線圈和與之串聯(lián)的觸點(diǎn)，并聯(lián)電容的吸收裝置如圖7所示。

圖7 并聯(lián)電容的吸收裝置

綜上分析，逆變器預(yù)充電回路發(fā)生故障的原因?yàn)榭刂苹芈分械睦^電器無吸收裝置，關(guān)斷時(shí)線圈兩端產(chǎn)生較大反向電動(dòng)勢(shì)，將主接觸器常開觸點(diǎn)燒熔。本文通過分析和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在繼電器線圈兩端增加感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)吸收裝置即可解決此類故障。

3 結(jié)語

根據(jù)一種逆變器預(yù)充電回路的組成及工作原理，本文針對(duì)預(yù)充電回路故障，詳細(xì)分析其具體原因，并通過增加繼電器線圈兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)吸收裝置解決了此類故障。