AFE整流回馈系统在天车中的应用

摘要：本文从AFE的基本概念入手，介绍了AFE整流回馈系统在天车中的应用情况，并详细介绍了系统硬件配置、工作原理、参数配置等情况，对于更好的使用该系统具有较好的借鉴意义。

关键词：AFE；整流回馈系统；天车

1.引语

从结构上看，AFE（主动前端）采用 IGBT 功率元件， 相当于逆变器，不同的是其输入为交流，输出为直流，因为它位于电源进线侧， 所以被称为前端。其主动的含义在于，与传统的二级管或可控制硅整流技术相比，主动前端不再是被动地将交流转变成直流，而是具备了很多主动的控制功能。它不仅能消除高次谐波，提高功率因数，而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态特性。

AFE 整流回馈系统能够安全可靠地控制电网侧能量的双向流动，以满足驱动系统电动及发电制动的要求，各机构电动机制动时所需的能量通过公用直流母线在逆变器间自动分配，多余能量通过整流回馈返回电网。电网电压瞬时跌落在升压运行中将被桥接而不会改变直流母线电压值，使AFE 可以安全运行在65 %的电源额定电压范围内。与传统的通过制动单元、制动电阻将能量消耗掉的方案相比，不但省掉了大量的电阻器、节省了空间，而且还节约了能源的浪费。

采用AFE 整流回馈系统具有如下技术特点：电网无高次谐波，故电网侧电流比较小且无电网污染；直流母线电压与电网电压无关而保持恒定，使系统得到最佳利用；允许电网电压的波动范围宽：AC380V（-15%到+15%）；功率因数可调，可进行无功补偿。

2.硬件配置

AFE 整流回馈系统由AFE电网连接模块、AFE电网净化滤波器和AFE变流器三部分组成。AFE 电网连接模块包括：负荷隔离开关Q1、电源熔断器F1-F3 和主接触器K1，它们将电网和AFE 滤波电路连接起来。由预充电接触器K4 和预充电电阻R1-R3 构成的回路被称为预充电回路。本装置中直流母线上的电容器在闲置超过两年以后必须进行再充电，否则当电网电压加在装置上时，有可能被损坏。AFE 电网净化滤波器由滤波接触器K7、滤波电阻器R7-R9、滤波电容器C4-C6 和滤波电抗器L1、L2 共同组成。其中L1 和L2 为大容量电抗器，其作用是隔离交流电网中的浪涌电流。AFE 变流器实质是一个带闭环控制板CUSA 的电压源变频器，它由绝缘栅双极晶体管IGBT 和续流二极管及其保护电路共同组成。F41、F42 为直流母线的保护熔断器，当直流母线中有过电流时，会立即切断对逆变器的供电回路。

3.工作原理

简单来讲，AFE整流单元的工作原理是AFE整流单元从电网汲取正弦波交流，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值。各次谐波由滤波电路删除。结合图1，T10 为AC380V/AC220 V 的控制变压器，为AFE 系统的控制回路提供220 V 的交流电压。G10为AC220 V/DC24 V 的整流模块，为AFE 系统的控制回路提供24V 的直流电压。VSB 板是电网角度编码器，具有100%的电网回馈能力，即使在发电状态下也不会产生损耗功率。CUSA 调节板的主要功能是有序地控制IGBT 的通断，将三相交流电源变成可调直流电压（直流母线电压）。当AFE 系统工作在再生反馈状态时，它将为三相交流电源侧叠加一个快速矢量控制，向电网发送一个近似正弦波的电流。在电网净化滤波器的作用下，系统的扰动会变得很小，直流母线电压被保持恒定，并且几乎与主电源无关（即使是在再生反馈时）。矢量控制可设定功率因数，其好处是如果电网中一相电压瞬时跌落时，调节系统会将功率自动分配给其他相而继续工作，这样就可靠地保证了直流母线电压的稳定性。通过VSB 电压识别板与CUSA 调节板的相互通讯，从而可靠地保证了AFE 系统能有条不紊地工作。

4.参数设置

AFE系统可以通过下面五种方法来输入参数：集成在变频器前板上的PMU 参数设置单元；闭环控制板CUSA 的控制端子排；通过选件OP1S 操作面板；在PMU 上的X300 的串行接口RS485 和RS232；带SIMOVIS 服务程序的PC。参数在修改前必须满足以下三个条件：参数必须是可设定参数；操作权限参数P053 的值设定为6；参数的设置必须是在停车的前提下进行。

5.结语

综上所述，AFE 整流回馈系统能过滤掉交流电网中的高次谐波，为逆变装置提供洁净、稳定的直流电能，这使得天车能安全、稳定地工作。经过运行表明：该系统可靠、节能环保、故障率低，是天车中逆变装置的理想直流电源装置。

参考文献：

[1]刘进亮.变频技术在感应加热上的应用[J] .一重技术.2010年05期2

[2]冯沛，朱力，郜长安.IGBT移相开关电路的研究与应用[J] .电焊机.2002年09期

作者简介：

常生财（1986.03- ）：男，蒙古人，河北省承德市围场县人，大学本科学历，首钢京唐钢铁联合有限责任公司，助理工程师，主要从事西门子变频器、PLC等工业通讯自动化技术在冶金铸造吊中的应用和研究。