有源前端AFE的原理与应用PPT

1、Emerson CT 驱动系统培训,AFE 整流回馈系统,AFE 整流回馈系统,代替制动电阻，将负载侧产生的能量回馈至电网 节能增效的应用之一 正弦波线电流，单位功率因数 功率配置要求，低于常规不可控二极管整流 使用SP/SPM驱动器中的Regen操作方式，可使之成为AFE整流器,AFE整流回馈系统,传统变频控制系统的整流单元 不可控二极管整流元件。5、7次谐波高 电流单相导通 无能量回馈，需要配置制动单元 直流侧电压不可控 电源电压不能低于电机额定电压 成本低，维护简单,AFE整流回馈系统,AFE变频控制系统的整流单元 有源可控IGBT整流元件，开通/关断均可控 电流双向流通 无需制动单元

2、PWM控制，完美无谐波 容许电源电压低于电机电压,AFE整流回馈系统-原理,AFE整流回馈单元提供正选电压输出 AFE回馈电压通过输入电抗器融入电网 通过LCL滤波，AFE回馈输出纯正弦电压 通过LCL滤波，AFE回馈输出纯正弦电流,AFE整流回馈-向量图,全载时，Vr与Vs之间夹角约为 5o ，PF值接近1 内部直流电压PI调节，实现能量双向传递 锁相环控制 空间矢量调节器，百微秒级的响应,PWM整流 二极管整流,AFE整流回馈-线电流波形,显著降低谐波电流 二极管整流时，电流谐波含量为48% PWM 整流时，电流谐波含量为6%,AFE整流回馈-电流谐波成分,AFE整流回馈 - 组成,可用于

3、AFE整流的驱动器 LCL滤波回路 高频滤波电抗器 高频滤波电容 回馈电抗器 预充电回路 浪涌吸收回路,AFE整流回馈 - AFE驱动器,可用于AFE整流的驱动器，如UnidriveSP/ SPMD系列 将IGBT逆变器反接电源，作为IGBT整流器 AFE整流器的容量选择，无需考虑无功功率 AFE整流器的功率 = 1.732 * 额定驱动电流 * 电网电压 电机驱动器的功率 = 1.732 * 电机额定电流 * 电机额定电压 * 电机功率因数 常规一拖一AFE系统，AFE整流器与电机驱动器型号功率相同，无需扩容,AFE整流回馈 LCL滤波回路,高频滤波电抗器Lf 防止高频谐波电流 (3 kHz

4、) 流入电网 防止接地漏电流流入驱动回路 高频滤波电容Cf 消除高频谐波电压 回馈电抗器Lregen PWM输出滤波电抗器,AFE整流回馈 - 浪涌电压保护回路,Z500LP,内置EMC 滤波器，在AFE系统中，禁止使用，必须拆除,SP sizes 1 to 3 Removal of internal EMC filter,SP sizes 4 to 6, SPMA, SPMD Removal of internal EMC filter,EMC滤波器会使AFE系统 存在安全隐患和谐波干扰,AFE整流回馈 - 注意,AFE整流回馈 预充电回路,目前的AFE系统预充电方式有两种 限流电阻单相供电

5、预充电回路 半控整流桥三相供电预充电回路,AFE整流回馈 预充电回路,AFE系统预充电逻辑 送电，将预充电回路接触器投入 充电，限流电阻充电方式，是通过AFE整流IGBT附带的续流二极管，单相充电 半控桥充电方式，是直接对直流母线充电 得电，315Vdc的直流电压时，就可以使AFE整流单元的CPU控制。 切电，430Vdc时，AFE整流单元检测充电完成，发出指令，切断充电回路，投入主回路 供电，AFE整流送电完成，待机运行,AFE整流回馈 - 熔断器,电源电缆及变压器的事故保护 限制回馈及驱动单元的过度能量传递，而造成事故，如火灾,AFE整流回馈系统 - 驱动单元,将直流电压转换为可调节的电压

6、/频率，提供电机调速运转的交流电源 实现直流电源与电机之间的能量传递 驱动单元无需交流电源供电 也称逆变器单元,AFE系统 - 功率配置,AFE整流单元 选型- 无需考虑无功功率 驱动单元选型 - 需要考虑无功功率,AFE系统 - 动力配置案例1,电源电压400Vac，电机400Vac/0.85PF, 选用两台25A “11kW”驱动器，一台作整流，一台作驱动 AFE整流器功率 功率 = 3 * 额定电流 * 电源电压 = 1.73 * 25 * 400 = 17.3 kW 电机驱动器功率 功率 = 3 * 额定电流 * 额定电压 * 功率因数 = 1.73 * 25 * 400 * 0.85

7、 =14.7kW 配置成功！AFE功率 电机功率,AFE系统 - 动力配置案例2,电网电压380V -10%, 电机75KW/400V/1.75OL/156A/0.95PF， 拟用两台156A “75kW” 驱动器 最大AFE整流器功率 = 3 * 175% *额定电流 * 电源电压 = 1.73 * 156 * 1.75 * 342 = 161.7kW 最大电机驱动器功率 = 3 * 175%*额定电流 * 额定电压 * pf = 1.73 * 156 * 1.75 * 400 * 0.95 = 179.7kW 配置失败！由于电网电压偏低，导致AFE功率低于驱动功率,AFE系统,配置方案1

8、-单AFE整流 配 单驱动,配置方案2 - 单AFE整流 配 多传动驱动,AFE系统,配置方案2 - 多AFE整流 配 多传动驱动,AFE系统,AFE系统 - AFE整流单元工作时序,AFE驱动使能时，进入电网同步工作时序 使用脉冲测试法，检测电网电压与相位 电网同步完成，直流母线电压控制器工作，将直流母线电压调整到设定电压 上述动作成功实现后，电机驱动单元允许工作,主电源掉电模式的选择禁用停车模式 主电源掉电时，AFE回馈驱动器会禁止电机驱动器的控制 无法使用自动启动功能 主电源掉电时，AFE驱动器会禁止电机驱动器，且清楚内部运行联锁信号 如果使用非联锁时序模式 (i.e. #6.04=0)

9、，电机驱动器将重新启动,AFE系统 - 电机驱动单元工作时序,AFE系统 - 状态显示,INH - AFE驱动禁止 ACT - AFE运行，完成同步,Technical Data,电源电压 (400V 等级) 380Vac to 480Vac + 10%,电源频率 48Hz to 65Hz,AFE驱动允许的工作电压和能够执行的同步电压 :,the DC Link voltage is below 410Vdc,the AC Supply voltage is below 150Vac,直流母线设定 (Pr 3.05) 50Hz, 380Vac Supply = Min 590Vdc, Defa

10、ult 700Vdc, Max 800Vdc 60Hz, 480Vac Supply = Min 730Vdc, Default 780Vdc, Max 800Vdc 直流母线电压设定值必须大于(Vac* 2 + 50)Vdc,Adjustable DC Bus voltage set-point will allow,Motor of 460Vac to be operating on 380Vac supply (normally motor voltage limited to approx 360Vac).,In this case increased current is drawn

11、 from the supply and a larger Regen drive may be required.,AFE系统 - 关于电流谐波的影响,高于十倍电源频率的主电源电压波形的频繁畸变，会导致AFE驱动锁相环控制失败 由于AFE驱动电流环响频带宽的限制，同电网直流驱动器工作时产生的电网电压缺口，会影响AFE驱动的正常工作 电网电压的畸变，会导致AFE驱动在使能时，频繁执行电网同步功能,电网电压/电流规范,常用符号 :- IDrive AFE驱动器的满载额定电流 ISupply 电网额定电流 IShort 电网短路电流 fSW AFE驱动载频 RSC 电网短路电流比率 LSupply

12、 电网感抗 Z50Hz 50Hz电网阻抗,IEC 1000-3-4 Stage 3,下属条件下，无需安装SFF电抗器 (ISupply/IDrive) (50/fSW),G5.3 Stage 3 (1),50Hz电网阻抗 Z50Hz (1.7/IDrive) 若电网阻抗为纯感性 Lsupply 1/(185 * Idrive 电网阻抗决定其短路电流 RSC = Ishort/Isupply 不安装SFF滤波器，若需达到G5.3标准，则 (Isupply/Idrive) 140/RSC,G5.3 Stage 3 (2),常规变电所变压器的5%漏感阻抗RSC 20 (Isupply/Idrive) 7 也就是说，使用5%阻抗的变压器，其额定电流必须高于AFE驱动额定电流的7倍，否则需要安装谐波滤波器,AFE系统 - 驱动布线,电网至AFE回馈电抗器之间的电缆无特殊要求 应尽力保证电缆越短越好 过长的无屏蔽电缆，会干扰通讯系统及信号电缆 如果电缆长度超过5米，建议使用屏蔽或铠装电缆，并将屏蔽层接驱动器地,多传动AFE系统中的直流母线侧熔断器保护,熔断器选择,700VDC直流母线