邵世峰

（臺達(dá)集團(tuán)工業(yè)自動化事業(yè)群應(yīng)用技術(shù)中心，江蘇 吳江 201209）

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

臺達(dá)集團(tuán)憑借自身的研發(fā)和人才優(yōu)勢，為適應(yīng)市場需求，開發(fā)出能量回饋單元AFE2000系列產(chǎn)品。AFE2000不但可以實現(xiàn)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(wǎng)的諧波和提供電網(wǎng)的功率因子。AFE2000的應(yīng)用可以為港口龍門吊實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

一、港口龍門吊電氣系統(tǒng)

龍門吊結(jié)構(gòu)由主吊、大車行走、小車行走、控制等組成。驅(qū)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(chǎn)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(jī)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(wǎng)，另外一路為自發(fā)電，用柴油機(jī)進(jìn)行發(fā)電，為龍門吊轉(zhuǎn)移或維修時提供電源。

二、臺達(dá)AFE2000能量回饋單元

AFE-2000是臺達(dá)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(dá)到有功和無功的解耦控制，從而實現(xiàn)功率因數(shù)調(diào)整和能量回饋控制。

AFE2000不能單獨驅(qū)動電機(jī)，它是一種高質(zhì)量的電源供應(yīng)器。為其后級的設(shè)備提供高質(zhì)量的直流電源，同時其能量可以雙向流動，但后級設(shè)備發(fā)電時，其能量可以通過AFE2000回饋到電網(wǎng)中去，實現(xiàn)節(jié)能。

三、臺達(dá)龍門吊節(jié)能改造方案

1.方案特點及架構(gòu)

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

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

2.方案實施

改造方案的實施時，應(yīng)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(dá)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)。如果使用非臺達(dá)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)，且將r/s/t接在電抗器的輸入端，即和電網(wǎng)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(tǒng)的接觸器之間的互鎖機(jī)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(xiàn)。

四、龍門吊改造效果

整個系統(tǒng)改造完成后，對節(jié)能效果和對電網(wǎng)質(zhì)量的改善情況作了測試，測試采用日本共立電能質(zhì)量分析儀來進(jìn)行。讓龍門吊帶額定負(fù)載做提升、下降動作，持續(xù)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(xiàn)場測試數(shù)據(jù)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(dá)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(yīng)該相等的，但由于機(jī)械效率和機(jī)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(yù)測在整個系統(tǒng)長時間運行時，能量回收效率可以超過50%。

五、結(jié)語

龍門吊屬于位能性負(fù)載，上升是電機(jī)要出力拖動負(fù)載運動，此時電機(jī)出力電動狀態(tài)，要消耗能量；在下降時，負(fù)載會拖動電機(jī)運動，此時電機(jī)是處于發(fā)電狀態(tài)，而傳統(tǒng)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(shè)備的正常運行。

目前，臺達(dá)推出能量回饋單元AFE2000，可以實現(xiàn)將這部份能量回饋到電網(wǎng)中去，實現(xiàn)真正的節(jié)能，同時AFE2000可以實時監(jiān)測電網(wǎng)狀況，實現(xiàn)諧波改善和功率因子提高，從而構(gòu)成真正意義上的綠色能源，也充分體現(xiàn)了臺達(dá)環(huán)保、節(jié)能、愛地球的經(jīng)營理念。