變頻技術(shù)在制糖工業(yè)節(jié)能降耗中的運用

胡純亮

（廣州華糖食品有限公司，廣東 廣州 510760）

隨著我國工業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，能源消耗問題日益突出，節(jié)約能源成為了各個領(lǐng)域發(fā)展中首要解決的問題，各個行業(yè)積極引入了節(jié)能技術(shù)。在制糖企業(yè)生產(chǎn)中引入節(jié)能技術(shù)，大大推動了企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。根據(jù)當(dāng)前制糖企業(yè)對制糖生產(chǎn)的現(xiàn)狀分析，由于生產(chǎn)設(shè)備功率較大，仍存在巨大的能源消耗，故需要采用相應(yīng)的技術(shù)措施來實現(xiàn)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的改善，推動制糖技術(shù)的發(fā)展，為企業(yè)帶來更多的效益。目前，生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)得到了制糖企業(yè)的大力支持，使得生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)水平得到了進(jìn)一步的提升。本文結(jié)合工作實踐，探討變頻技術(shù)在制糖工業(yè)節(jié)能降耗中的應(yīng)用。

1 變頻器原理

過去，在調(diào)速作業(yè)時，一般采用交流電機進(jìn)行調(diào)速，其調(diào)速方法主要包括變極調(diào)速、電磁調(diào)速及定子調(diào)速等，這幾種方式各有優(yōu)點，但其調(diào)速效果還未能達(dá)到節(jié)能要求。而利用變頻器作為一種專用裝置，可以大大提升電機的調(diào)速效果，其工作原理如下：通過變頻器可以將工頻50Hz交流變成頻率可調(diào)節(jié)的交流電，其主要由專用單片機、功率模塊等部分組成。變頻器主要分為2種，一種是交-交變頻器，另一種是交-直-交變頻器。其中，前者主要采用西門子SYMADYND裝置，而后者是通過轉(zhuǎn)速信號對電機頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)寬頻率范圍內(nèi)的無極調(diào)速，由逆變單元、整流單元、直流電路和控制等部分組成。

2 制糖工業(yè)中變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在糖廠制糖生產(chǎn)過程中，壓榨機、鍋爐通風(fēng)系統(tǒng)和起重機作為重要的制糖電機設(shè)備，為了保證電機的安全穩(wěn)定運行，減少生產(chǎn)能耗，需要選擇大功率的電機。因此，在制糖工業(yè)中我們需要重視變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 在起重設(shè)備中應(yīng)用

吊橋在糖廠制糖生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，當(dāng)甘蔗運送到糖廠后，需要經(jīng)過卸車、稱蔗、卸蔗3道程序，需采用起重機進(jìn)行甘蔗吊裝，這也是制糖工業(yè)的應(yīng)用變頻器節(jié)能的第一道設(shè)備。

（1）傳統(tǒng)的起重設(shè)備。過去，在糖廠制糖生產(chǎn)中，起重機主要采用異步電機，通過轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這類設(shè)備存在兩方面的不足：一是不能實現(xiàn)設(shè)備的穩(wěn)定控制，速度調(diào)速不平滑；二是經(jīng)常發(fā)生設(shè)備故障，降低生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)和維修成本。

（2）變頻設(shè)備。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的變革與發(fā)展，在壓榨制糖過程中制糖企業(yè)采用變頻器實現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)能。變頻器主要采用PLC技術(shù)，利用自動化控制器與PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)相連接。此技術(shù)主要采用整流回饋技術(shù)，以西門子AFE(Active Front End)為特點，確保制糖生產(chǎn)中減少橋吊的各種能耗，包括起升、下降過程中的能源消耗等，并將這部分的能源回饋到電網(wǎng)，從而實現(xiàn)起重設(shè)備節(jié)能的目的。

整流回饋技術(shù)具有以下幾個方面的特點：①整流回饋技術(shù)通過采用整流回饋單元，有效保證電機處于減速、制動狀態(tài)時，還能夠?qū)崿F(xiàn)再生發(fā)電。同時，在整流器能量傳輸過程中，由于二極管的不可逆轉(zhuǎn)的特點，因此可以在濾波電容上引入再生能源而產(chǎn)生泵升電壓。目前來說，西門子類型的變頻器主要采用交-直-交變頻器，此類變頻器可以將有源逆變單元進(jìn)行分離，而生成一種外圍裝置，并與直流側(cè)并聯(lián)，將可再生能量回饋至電網(wǎng)，這樣能夠減少傳統(tǒng)制動單元制動能耗，實現(xiàn)減少設(shè)備能源消耗的目標(biāo)。②整流回饋技術(shù)利用閉環(huán)PID實現(xiàn)設(shè)備的控制，利用編碼器進(jìn)行50~100Hz的恒功率調(diào)速。③通過采用S7-300CPU控制器，實現(xiàn)對多個子站系統(tǒng)的設(shè)備運行控制。④整流回饋技術(shù)主要以CPU為主站，通過6SE70變頻器進(jìn)行整流、逆變等，實現(xiàn)各個子站系統(tǒng)的自動化控制。其中，起重機控制系統(tǒng)主要以PLC、變頻器為核心，確保了制糖生產(chǎn)中設(shè)備穩(wěn)定性，提升了甘蔗的稱重和卸裝的效率，且可以將能量回饋至電網(wǎng)，大大降低糖廠的電能消耗，提升企業(yè)的運營效益。

2.2 制糖中節(jié)能特點

在制糖壓榨過程中，生產(chǎn)工藝設(shè)備主要包括壓榨機、減速機、電機和液壓系統(tǒng)等。在制糖生產(chǎn)設(shè)備中，6級壓榨電機的總?cè)萘看蠹s占糖廠裝機總?cè)萘?/2以上，控制方式主要包括直流調(diào)速、定速運行和液壓傳動系統(tǒng)3種。其中，直流調(diào)速系統(tǒng)具有大功率、大轉(zhuǎn)矩等特點，大大提高電能的轉(zhuǎn)換效率。然而，由于糖廠壓榨車間較為潮濕、粉塵較多，導(dǎo)致糖份灰塵沉淀較大，這直接影響到直流電機的壽命，易于引發(fā)電機故障，增加維護(hù)費用。

對于新建糖廠而言，如果甘蔗蔗糖壓榨機控制系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速方式,將會具備以下幾個優(yōu)點。

（1）交流變頻電機有利于制糖設(shè)備的后期維護(hù)，提高設(shè)備的運行效率，確保設(shè)備穩(wěn)定運行。

（2）在糖廠制糖生產(chǎn)過程中，交流變頻在維護(hù)和備件的技術(shù)上得到了廠家的支持。

（3）相對于直流電機，交流異步電機具有更高的運行效率，一般效率比直流電機高2%～3%，故可以大大降低制糖的能耗。

表1 分蜜機變頻系統(tǒng)配置表

2.3 制糖工業(yè)中系統(tǒng)變頻的應(yīng)用

分蜜機作為糖廠制糖生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分，通過變頻電控系統(tǒng)的配備，大大提高了白糖質(zhì)量和篩糖產(chǎn)能。以某公司制糖工藝為例，探討制糖工業(yè)中系統(tǒng)變頻的應(yīng)用。

該廠擁有2套蘇氏集團生產(chǎn)分蜜設(shè)備，型號為XG-1750AT，制糖分蜜系統(tǒng)采用最新SINAMICS系列的西門子變頻器，通過PROFIBUS協(xié)議將西門子S7-300CPU配置模塊，實現(xiàn)PLC與變頻控制器之間的連接，確保電機的穩(wěn)定運行。

此分蜜機變頻系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、設(shè)計合理的特點，電控系統(tǒng)主要采用西門子SINAMICS系列的S120整流回饋，并配置大功率電機。同時，分蜜機具有多級調(diào)速功能，節(jié)能效果較為顯著。分蜜機變頻系統(tǒng)配置如表1所示。

3 結(jié)語

變頻器的工作原理是利用電力半導(dǎo)體器件將工頻50Hz交流電變成三相電壓交流電的過程。近年來，中低壓變頻器在制糖工業(yè)節(jié)能消耗中得到了廣泛的應(yīng)用，主要以交-直-交為特點。在制糖工業(yè)中，變頻器主要應(yīng)用于起重設(shè)備、壓榨設(shè)備和分蜜設(shè)備，具有顯著的節(jié)能效果。變頻器在制糖設(shè)備節(jié)能中發(fā)揮越來越重要的作用，大大提高制糖工業(yè)在能源高效利用、節(jié)能減排方面的能力，促進(jìn)新型制糖工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。