節能產品臺達AFE2000在某港口龍門吊的應用

邵世峰

（臺達集團工業自動化事業群應用技術中心，江蘇 吳江 201209）

港口的龍門吊大都是10年左右的產品，基本沒有配備節能裝置，為了降低成本各港口企業都在尋求龍門吊的節能方案。

臺達集團憑借自身的研發和人才優勢，為適應市場需求，開發出能量回饋單元AFE2000系列產品。AFE2000不但可以實現能源的無縫回饋，替代原有的煞車單元和煞車電阻，同時可以改善電網的諧波和提供電網的功率因子。AFE2000的應用可以為港口龍門吊實現節能目標。

一、港口龍門吊電氣系統

龍門吊結構由主吊、大車行走、小車行走、控制等組成。驅動主吊和大車小車的變頻器大多采用共直流母線的方式來提高電源利用率，由于采用共直流母線的方式，所以可采用一組制動單元和制動電阻來消耗產生的回饋能量。

主控采用中型PLC來處理各類信號，主控PLC和司機室以通信方式來連接。起重龍門吊一般有兩路供電電源，一路為市電電網，另外一路為自發電，用柴油機進行發電，為龍門吊轉移或維修時提供電源。

二、臺達AFE2000能量回饋單元

AFE-2000是臺達IABU提出的一款與變頻器匹配的能量回饋裝置，AFE-2000采用CLARK-PARK變換達到有功和無功的解耦控制，從而實現功率因數調整和能量回饋控制。

AFE2000不能單獨驅動電機，它是一種高質量的電源供應器。為其后級的設備提供高質量的直流電源，同時其能量可以雙向流動，但后級設備發電時，其能量可以通過AFE2000回饋到電網中去，實現節能。

三、臺達龍門吊節能改造方案

1.方案特點及架構

在進行龍門吊節能改造時，要考慮到原有系統和改造后的系統之間的兼容性，且能夠做到原有系統和改造后系統之間實現無縫切換(即保證原有系統可以隨時旁路掉改造的系統)，保證整個龍門吊系統的正常工作穩定性，確保改造系統出現問題時，原有系統還能正常工作。

此系統采用一個交流接觸器和一個直流接觸器來冗余改造的節能系統。添加的交流接觸器和直流接觸器和原有系統的接觸器之間采用互鎖機制，保證電網供電和節能系統供電兩者之間不能同時在線，且能做到電網供電和節能系統供電兩者之間能夠隨時相互切換，保證系統的正常工作。

2.方案實施

改造方案的實施時，應注意AFE2000在使用時一定要把鎖相相位正確連接。

如果使用臺達標準的電抗器，電抗器上面的r/s/t端子一定要與AFE2000的鎖相對子r/s/t一一對應。如果使用非臺達標準電抗器，一定要將鎖相端子r/s/t和電源輸入端R/S/T一一對應，且將r/s/t接在電抗器的輸入端，即和電網相連接的一端，而非和變頻器相連的輸出端。

另外實施的難點就是增加的接觸器和原有系統的接觸器之間的互鎖機制的實施，此時要借助于接觸器的輔助觸點和控制程序來實現。

四、龍門吊改造效果

整個系統改造完成后，對節能效果和對電網質量的改善情況作了測試，測試采用日本共立電能質量分析儀來進行。讓龍門吊帶額定負載做提升、下降動作，持續測試7min，測試在整個過程中能量回饋情況和功率因子狀況。

現場測試數據如表1、2所示。

表1

整個測試過程，總消耗的有功功率為5.53kW·h，整個過程回饋的有功功率為4.58kW·h，通過計算能量回收效率：

表2

計算出回收效率達82.9%，由于龍門吊在大小車都沒有動作的情況下，只做提升和下降動作，所以提升過程消耗的功率和下降過程中回饋的功率之間理論是應該相等的，但由于機械效率和機械磨損以及AFE2000的回收效率的原因，所以可以測試到實際的測試效率為82.9%；同時可以預測在整個系統長時間運行時，能量回收效率可以超過50%。

五、結語

龍門吊屬于位能性負載，上升是電機要出力拖動負載運動，此時電機出力電動狀態，要消耗能量；在下降時，負載會拖動電機運動，此時電機是處于發電狀態，而傳統的做法是采用制動單元和制動電阻的方式將這部份能量消耗掉，來保證設備的正常運行。

目前，臺達推出能量回饋單元AFE2000，可以實現將這部份能量回饋到電網中去，實現真正的節能，同時AFE2000可以實時監測電網狀況，實現諧波改善和功率因子提高，從而構成真正意義上的綠色能源，也充分體現了臺達環保、節能、愛地球的經營理念。