AFE整流回饋系統在天車中的應用

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

關鍵詞：AFE；整流回饋系統；天車

1.引語

從結構上看，AFE（主動前端）采用 IGBT 功率元件， 相當于逆變器，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， 所以被稱為前端。其主動的含義在于，與傳統的二級管或可控制硅整流技術相比，主動前端不再是被動地將交流轉變成直流，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，而且不受電網波動的影響，具有卓越的動態特性。

AFE 整流回饋系統能夠安全可靠地控制電網側能量的雙向流動，以滿足驅動系統電動及發電制動的要求，各機構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。電網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。與傳統的通過制動單元、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、節省了空間，而且還節約了能源的浪費。

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

2.硬件配置

AFE 整流回饋系統由AFE電網連接模塊、AFE電網凈化濾波器和AFE變流器三部分組成。AFE 電網連接模塊包括：負荷隔離開關Q1、電源熔斷器F1-F3 和主接觸器K1，它們將電網和AFE 濾波電路連接起來。由預充電接觸器K4 和預充電電阻R1-R3 構成的回路被稱為預充電回路。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，否則當電網電壓加在裝置上時，有可能被損壞。AFE 電網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中的浪涌電流。AFE 變流器實質是一個帶閉環控制板CUSA 的電壓源變頻器，它由絕緣柵雙極晶體管IGBT 和續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整流單元從電網汲取正弦波交流，經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。結合圖1，T10 為AC380V/AC220 V 的控制變壓器，為AFE 系統的控制回路提供220 V 的交流電壓。G10為AC220 V/DC24 V 的整流模塊，為AFE 系統的控制回路提供24V 的直流電壓。VSB 板是電網角度編碼器，具有100%的電網回饋能力，即使在發電狀態下也不會產生損耗功率。CUSA 調節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直流電壓（直流母線電壓）。當AFE 系統工作在再生反饋狀態時，它將為三相交流電源側疊加一個快速矢量控制，向電網發送一個近似正弦波的電流。在電網凈化濾波器的作用下，系統的擾動會變得很小，直流母線電壓被保持恒定，并且幾乎與主電源無關（即使是在再生反饋時）。矢量控制可設定功率因數，其好處是如果電網中一相電壓瞬時跌落時，調節系統會將功率自動分配給其他相而繼續工作，這樣就可靠地保證了直流母線電壓的穩定性。通過VSB 電壓識別板與CUSA 調節板的相互通訊，從而可靠地保證了AFE 系統能有條不紊地工作。

4.參數設置

AFE系統可以通過下面五種方法來輸入參數：集成在變頻器前板上的PMU 參數設置單元；閉環控制板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 服務程序的PC。參數在修改前必須滿足以下三個條件：參數必須是可設定參數；操作權限參數P053 的值設定為6；參數的設置必須是在停車的前提下進行。

5.結語

綜上所述，AFE 整流回饋系統能過濾掉交流電網中的高次諧波，為逆變裝置提供潔凈、穩定的直流電能，這使得天車能安全、穩定地工作。經過運行表明：該系統可靠、節能環保、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：

[1]劉進亮.變頻技術在感應加熱上的應用[J] .一重技術.2010年05期2

[2]馮沛，朱力，郜長安.IGBT移相開關電路的研究與應用[J] .電焊機.2002年09期

作者簡介：

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