变频技术在制糖工业节能降耗中的运用

胡纯亮

（广州华糖食品有限公司，广东 广州 510760）

随着我国工业领域的迅速发展，能源消耗问题日益突出，节约能源成为了各个领域发展中首要解决的问题，各个行业积极引入了节能技术。在制糖企业生产中引入节能技术，大大推动了企业的持续健康发展。根据当前制糖企业对制糖生产的现状分析，由于生产设备功率较大，仍存在巨大的能源消耗，故需要采用相应的技术措施来实现生产各个环节的改善，推动制糖技术的发展，为企业带来更多的效益。目前，生产节能技术得到了制糖企业的大力支持，使得生产节能技术水平得到了进一步的提升。本文结合工作实践，探讨变频技术在制糖工业节能降耗中的应用。

1 变频器原理

过去，在调速作业时，一般采用交流电机进行调速，其调速方法主要包括变极调速、电磁调速及定子调速等，这几种方式各有优点，但其调速效果还未能达到节能要求。而利用变频器作为一种专用装置，可以大大提升电机的调速效果，其工作原理如下：通过变频器可以将工频50Hz交流变成频率可调节的交流电，其主要由专用单片机、功率模块等部分组成。变频器主要分为2种，一种是交-交变频器，另一种是交-直-交变频器。其中，前者主要采用西门子SYMADYND装置，而后者是通过转速信号对电机频率进行调节，以实现宽频率范围内的无极调速，由逆变单元、整流单元、直流电路和控制等部分组成。

2 制糖工业中变频节能技术的应用

在糖厂制糖生产过程中，压榨机、锅炉通风系统和起重机作为重要的制糖电机设备，为了保证电机的安全稳定运行，减少生产能耗，需要选择大功率的电机。因此，在制糖工业中我们需要重视变频节能技术的应用。

2.1 在起重设备中应用

吊桥在糖厂制糖生产中发挥着重要的作用，当甘蔗运送到糖厂后，需要经过卸车、称蔗、卸蔗3道程序，需采用起重机进行甘蔗吊装，这也是制糖工业的应用变频器节能的第一道设备。

（1）传统的起重设备。过去，在糖厂制糖生产中，起重机主要采用异步电机，通过转子串联电阻的方式进行调节，这类设备存在两方面的不足：一是不能实现设备的稳定控制，速度调速不平滑；二是经常发生设备故障，降低生产效率，增加了生产和维修成本。

（2）变频设备。随着现代化技术的变革与发展，在压榨制糖过程中制糖企业采用变频器实现生产节能。变频器主要采用PLC技术，利用自动化控制器与PROFIBUS网络相连接。此技术主要采用整流回馈技术，以西门子AFE(Active Front End)为特点，确保制糖生产中减少桥吊的各种能耗，包括起升、下降过程中的能源消耗等，并将这部分的能源回馈到电网，从而实现起重设备节能的目的。

整流回馈技术具有以下几个方面的特点：①整流回馈技术通过采用整流回馈单元，有效保证电机处于减速、制动状态时，还能够实现再生发电。同时，在整流器能量传输过程中，由于二极管的不可逆转的特点，因此可以在滤波电容上引入再生能源而产生泵升电压。目前来说，西门子类型的变频器主要采用交-直-交变频器，此类变频器可以将有源逆变单元进行分离，而生成一种外围装置，并与直流侧并联，将可再生能量回馈至电网，这样能够减少传统制动单元制动能耗，实现减少设备能源消耗的目标。②整流回馈技术利用闭环PID实现设备的控制，利用编码器进行50~100Hz的恒功率调速。③通过采用S7-300CPU控制器，实现对多个子站系统的设备运行控制。④整流回馈技术主要以CPU为主站，通过6SE70变频器进行整流、逆变等，实现各个子站系统的自动化控制。其中，起重机控制系统主要以PLC、变频器为核心，确保了制糖生产中设备稳定性，提升了甘蔗的称重和卸装的效率，且可以将能量回馈至电网，大大降低糖厂的电能消耗，提升企业的运营效益。

2.2 制糖中节能特点

在制糖压榨过程中，生产工艺设备主要包括压榨机、减速机、电机和液压系统等。在制糖生产设备中，6级压榨电机的总容量大约占糖厂装机总容量1/2以上，控制方式主要包括直流调速、定速运行和液压传动系统3种。其中，直流调速系统具有大功率、大转矩等特点，大大提高电能的转换效率。然而，由于糖厂压榨车间较为潮湿、粉尘较多，导致糖份灰尘沉淀较大，这直接影响到直流电机的寿命，易于引发电机故障，增加维护费用。

对于新建糖厂而言，如果甘蔗蔗糖压榨机控制系统采用交流变频调速方式,将会具备以下几个优点。

（1）交流变频电机有利于制糖设备的后期维护，提高设备的运行效率，确保设备稳定运行。

（2）在糖厂制糖生产过程中，交流变频在维护和备件的技术上得到了厂家的支持。

（3）相对于直流电机，交流异步电机具有更高的运行效率，一般效率比直流电机高2%～3%，故可以大大降低制糖的能耗。

表1 分蜜机变频系统配置表

2.3 制糖工业中系统变频的应用

分蜜机作为糖厂制糖生产过程中不可缺少的组成部分，通过变频电控系统的配备，大大提高了白糖质量和筛糖产能。以某公司制糖工艺为例，探讨制糖工业中系统变频的应用。

该厂拥有2套苏氏集团生产分蜜设备，型号为XG-1750AT，制糖分蜜系统采用最新SINAMICS系列的西门子变频器，通过PROFIBUS协议将西门子S7-300CPU配置模块，实现PLC与变频控制器之间的连接，确保电机的稳定运行。

此分蜜机变频系统具有结构稳定、设计合理的特点，电控系统主要采用西门子SINAMICS系列的S120整流回馈，并配置大功率电机。同时，分蜜机具有多级调速功能，节能效果较为显著。分蜜机变频系统配置如表1所示。

3 结语

变频器的工作原理是利用电力半导体器件将工频50Hz交流电变成三相电压交流电的过程。近年来，中低压变频器在制糖工业节能消耗中得到了广泛的应用，主要以交-直-交为特点。在制糖工业中，变频器主要应用于起重设备、压榨设备和分蜜设备，具有显著的节能效果。变频器在制糖设备节能中发挥越来越重要的作用，大大提高制糖工业在能源高效利用、节能减排方面的能力，促进新型制糖工业的持续发展。