變頻技術在制糖工業(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。在制糖企業(yè)生產中引入節(jié)能技術，大大推動了企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。根據當前制糖企業(yè)對制糖生產的現狀分析，由于生產設備功率較大，仍存在巨大的能源消耗，故需要采用相應的技術措施來實現生產各個環(huán)節(jié)的改善，推動制糖技術的發(fā)展，為企業(yè)帶來更多的效益。目前，生產節(jié)能技術得到了制糖企業(yè)的大力支持，使得生產節(jié)能技術水平得到了進一步的提升。本文結合工作實踐，探討變頻技術在制糖工業(yè)節(jié)能降耗中的應用。

1 變頻器原理

過去，在調速作業(yè)時，一般采用交流電機進行調速，其調速方法主要包括變極調速、電磁調速及定子調速等，這幾種方式各有優(yōu)點，但其調速效果還未能達到節(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，而后者是通過轉速信號對電機頻率進行調節(jié)，以實現寬頻率范圍內的無極調速，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)能技術的應用

在糖廠制糖生產過程中，壓榨機、鍋爐通風系統和起重機作為重要的制糖電機設備，為了保證電機的安全穩(wěn)定運行，減少生產能耗，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)能技術的應用。

2.1 在起重設備中應用

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

（1）傳統的起重設備。過去，在糖廠制糖生產中，起重機主要采用異步電機，通過轉子串聯電阻的方式進行調節(jié)，這類設備存在兩方面的不足：一是不能實現設備的穩(wěn)定控制，速度調速不平滑；二是經常發(fā)生設備故障，降低生產效率，增加了生產和維修成本。

（2）變頻設備。隨著現代化技術的變革與發(fā)展，在壓榨制糖過程中制糖企業(yè)采用變頻器實現生產節(jié)能。變頻器主要采用PLC技術，利用自動化控制器與PROFIBUS網絡相連接。此技術主要采用整流回饋技術，以西門子AFE(Active Front End)為特點，確保制糖生產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，從而實現起重設備節(jié)能的目的。

整流回饋技術具有以下幾個方面的特點：①整流回饋技術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，還能夠實現再生發(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的特點，因此可以在濾波電容上引入再生能源而產生泵升電壓。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行分離，而生成一種外圍裝置，并與直流側并聯，將可再生能量回饋至電網，這樣能夠減少傳統制動單元制動能耗，實現減少設備能源消耗的目標。②整流回饋技術利用閉環(huán)PID實現設備的控制，利用編碼器進行50~100Hz的恒功率調速。③通過采用S7-300CPU控制器，實現對多個子站系統的設備運行控制。④整流回饋技術主要以CPU為主站，通過6SE70變頻器進行整流、逆變等，實現各個子站系統的自動化控制。其中，起重機控制系統主要以PLC、變頻器為核心，確保了制糖生產中設備穩(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，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，生產工藝設備主要包括壓榨機、減速機、電機和液壓系統等。在制糖生產設備中，6級壓榨電機的總容量大約占糖廠裝機總容量1/2以上，控制方式主要包括直流調速、定速運行和液壓傳動系統3種。其中，直流調速系統具有大功率、大轉矩等特點，大大提高電能的轉換效率。然而，由于糖廠壓榨車間較為潮濕、粉塵較多，導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，增加維護費用。

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

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

（2）在糖廠制糖生產過程中，交流變頻在維護和備件的技術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 分蜜機變頻系統配置表

2.3 制糖工業(yè)中系統變頻的應用

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

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

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

3 結語

變頻器的工作原理是利用電力半導體器件將工頻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用，主要以交-直-交為特點。在制糖工業(yè)中，變頻器主要應用于起重設備、壓榨設備和分蜜設備，具有顯著的節(jié)能效果。變頻器在制糖設備節(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，促進新型制糖工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。