AFE整流回饋系統(tǒng)在天車中的應(yīng)用

摘要：本文從AFE的基本概念入手，介紹了AFE整流回饋系統(tǒng)在天車中的應(yīng)用情況，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件配置、工作原理、參數(shù)配置等情況，對于更好的使用該系統(tǒng)具有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：AFE；整流回饋系統(tǒng)；天車

1.引語

從結(jié)構(gòu)上看，AFE（主動前端）采用 IGBT 功率元件， 相當(dāng)于逆變器，不同的是其輸入為交流，輸出為直流，因為它位于電源進線側(cè)， 所以被稱為前端。其主動的含義在于，與傳統(tǒng)的二級管或可控制硅整流技術(shù)相比，主動前端不再是被動地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動的控制功能。它不僅能消除高次諧波，提高功率因數(shù)，而且不受電網(wǎng)波動的影響，具有卓越的動態(tài)特性。

AFE 整流回饋系統(tǒng)能夠安全可靠地控制電網(wǎng)側(cè)能量的雙向流動，以滿足驅(qū)動系統(tǒng)電動及發(fā)電制動的要求，各機構(gòu)電動機制動時所需的能量通過公用直流母線在逆變器間自動分配，多余能量通過整流回饋返回電網(wǎng)。電網(wǎng)電壓瞬時跌落在升壓運行中將被橋接而不會改變直流母線電壓值，使AFE 可以安全運行在65 %的電源額定電壓范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的通過制動單元、制動電阻將能量消耗掉的方案相比，不但省掉了大量的電阻器、節(jié)省了空間，而且還節(jié)約了能源的浪費。

采用AFE 整流回饋系統(tǒng)具有如下技術(shù)特點：電網(wǎng)無高次諧波，故電網(wǎng)側(cè)電流比較小且無電網(wǎng)污染；直流母線電壓與電網(wǎng)電壓無關(guān)而保持恒定，使系統(tǒng)得到最佳利用；允許電網(wǎng)電壓的波動范圍寬：AC380V（-15%到+15%）；功率因數(shù)可調(diào)，可進行無功補償。

2.硬件配置

AFE 整流回饋系統(tǒng)由AFE電網(wǎng)連接模塊、AFE電網(wǎng)凈化濾波器和AFE變流器三部分組成。AFE 電網(wǎng)連接模塊包括：負(fù)荷隔離開關(guān)Q1、電源熔斷器F1-F3 和主接觸器K1，它們將電網(wǎng)和AFE 濾波電路連接起來。由預(yù)充電接觸器K4 和預(yù)充電電阻R1-R3 構(gòu)成的回路被稱為預(yù)充電回路。本裝置中直流母線上的電容器在閑置超過兩年以后必須進行再充電，否則當(dāng)電網(wǎng)電壓加在裝置上時，有可能被損壞。AFE 電網(wǎng)凈化濾波器由濾波接觸器K7、濾波電阻器R7-R9、濾波電容器C4-C6 和濾波電抗器L1、L2 共同組成。其中L1 和L2 為大容量電抗器，其作用是隔離交流電網(wǎng)中的浪涌電流。AFE 變流器實質(zhì)是一個帶閉環(huán)控制板CUSA 的電壓源變頻器，它由絕緣柵雙極晶體管IGBT 和續(xù)流二極管及其保護電路共同組成。F41、F42 為直流母線的保護熔斷器，當(dāng)直流母線中有過電流時，會立即切斷對逆變器的供電回路。

3.工作原理

簡單來講，AFE整流單元的工作原理是AFE整流單元從電網(wǎng)汲取正弦波交流，經(jīng)整流后輸出直流電壓，并保持所要求的電壓值。各次諧波由濾波電路刪除。結(jié)合圖1，T10 為AC380V/AC220 V 的控制變壓器，為AFE 系統(tǒng)的控制回路提供220 V 的交流電壓。G10為AC220 V/DC24 V 的整流模塊，為AFE 系統(tǒng)的控制回路提供24V 的直流電壓。VSB 板是電網(wǎng)角度編碼器，具有100%的電網(wǎng)回饋能力，即使在發(fā)電狀態(tài)下也不會產(chǎn)生損耗功率。CUSA 調(diào)節(jié)板的主要功能是有序地控制IGBT 的通斷，將三相交流電源變成可調(diào)直流電壓（直流母線電壓）。當(dāng)AFE 系統(tǒng)工作在再生反饋狀態(tài)時，它將為三相交流電源側(cè)疊加一個快速矢量控制，向電網(wǎng)發(fā)送一個近似正弦波的電流。在電網(wǎng)凈化濾波器的作用下，系統(tǒng)的擾動會變得很小，直流母線電壓被保持恒定，并且?guī)缀跖c主電源無關(guān)（即使是在再生反饋時）。矢量控制可設(shè)定功率因數(shù)，其好處是如果電網(wǎng)中一相電壓瞬時跌落時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)會將功率自動分配給其他相而繼續(xù)工作，這樣就可靠地保證了直流母線電壓的穩(wěn)定性。通過VSB 電壓識別板與CUSA 調(diào)節(jié)板的相互通訊，從而可靠地保證了AFE 系統(tǒng)能有條不紊地工作。

4.參數(shù)設(shè)置

AFE系統(tǒng)可以通過下面五種方法來輸入?yún)?shù)：集成在變頻器前板上的PMU 參數(shù)設(shè)置單元；閉環(huán)控制板CUSA 的控制端子排；通過選件OP1S 操作面板；在PMU 上的X300 的串行接口RS485 和RS232；帶SIMOVIS 服務(wù)程序的PC。參數(shù)在修改前必須滿足以下三個條件：參數(shù)必須是可設(shè)定參數(shù)；操作權(quán)限參數(shù)P053 的值設(shè)定為6；參數(shù)的設(shè)置必須是在停車的前提下進行。

5.結(jié)語

綜上所述，AFE 整流回饋系統(tǒng)能過濾掉交流電網(wǎng)中的高次諧波，為逆變裝置提供潔凈、穩(wěn)定的直流電能，這使得天車能安全、穩(wěn)定地工作。經(jīng)過運行表明：該系統(tǒng)可靠、節(jié)能環(huán)保、故障率低，是天車中逆變裝置的理想直流電源裝置。

參考文獻：

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作者簡介：

常生財（1986.03- ）：男，蒙古人，河北省承德市圍場縣人，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，助理工程師，主要從事西門子變頻器、PLC等工業(yè)通訊自動化技術(shù)在冶金鑄造吊中的應(yīng)用和研究。