產品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲電 防爆電
解決方案
風光出海 鏈動全球 新風光高壓變頻器助力海外制糖行業(yè)能效提升
項目簡介
巴基斯坦某糖廠坐落于巴基斯坦.旁遮普省。公司目前產值規(guī)模達到了每天38000噸的壓榨能力，是亞洲最大的糖廠，且公司主要的產品是糖和酒精原材料。
甘蔗制糖大致分為四步:一是甘蔗預處理；二是壓榨；三是澄清蒸發(fā)；四是煮糖。
圖2壓榨生產工藝流程圖
原現(xiàn)場壓榨機使用背壓式汽輪機啟動壓榨機，一套壓榨機是由汽輪機、減速機和齒輪組成，首先蒸汽推動汽輪機帶動減速機運行，減速機的軸承與齒輪連接進而帶動壓榨機工作?，F(xiàn)場汽輪機圖片如下：
圖3原汽輪機工作畫面
由于現(xiàn)場其它設備需要使用大量的蒸汽，而且小型背壓式汽輪機具有:
（1）效率低：由于背壓式小型汽輪機沒有凝汽器等設備，因此排放溫度較高，效率較低。
（2）污染物排放量大：適用于碎煤等有污染物的燃料，排放出的污染物較多。
再則壓榨機轉速不可調，從撕解機輸送過來的蔗層有大約10%的時間厚度會達不到要求，這樣會使蔗汁的平均抽出率低于95.4%。抽出率越低說明蔗汁流失越大，從而導致產量變低。如果能對壓榨機進行轉速調節(jié)，當蔗層厚度不夠時通過降低壓榨機電動機轉速使蔗層達到正常厚度后再進行壓榨，這樣壓榨會比較充分，平均抽出率將可提高0.2%以上，同時由于轉速降低，電流下降從而達到節(jié)能省電的目的。因此用戶提出壓榨機設備技能改造。
3.1 現(xiàn)場的設備情況
表1 第一臺壓榨機的基本參數
表2、第二到第五臺壓榨機的基本參數
其中第一臺負荷較重，電機及變頻器功率比較大，其余幾臺負荷較輕，電機及變頻器功率比較小。
采用變頻電機的優(yōu)點是：
平衡質量高，震動等級為R級（降振級）機械零部件加工精度高，并采用專用高精度軸承，可以高速運轉。
強制通風散熱系統(tǒng)，全部采用進口軸流風機超靜音、高壽命，強勁風力。保障電機在任何轉速下，得到有效散熱，可實現(xiàn)高速或低速長期運行。
與傳統(tǒng)電機相比較，變頻電機具備更寬廣的調速范圍和更高的設計質量，經特殊的磁場設計，進一步抑制高次諧波磁場，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設計指標。具有寬范圍恒轉矩與功率調速特性，調速平穩(wěn)，無轉矩脈動。
3.2 現(xiàn)場改造主回路
現(xiàn)場改造一條壓榨生產線簡易圖如下：
圖4該糖廠壓榨過程簡易圖
根據現(xiàn)場需要，每條生產線采用5套壓榨機，壓榨機變頻驅動系統(tǒng)由旁路柜、變壓器柜、功率單元柜和控制柜組成。其中旁路柜為工頻備用啟動柜。在控制柜面板上設有本地/遠程按鈕、急停按鈕、工/變頻指示燈等。具體方案見下圖：
圖5現(xiàn)場改造主回路圖
變頻器采用的是新風光公司生產制造的JD-BP38系列高壓變頻器，變頻調速系統(tǒng)在現(xiàn)場運行時，其運行頻率設定的方法采用遠程操作臺，進行系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控或壓榨機運行速度給定，電控室的值班人員可以很方便地根據生產需求調節(jié)壓榨機的速度，對提高生產效率提供了有力的條件。
在圖5 中，K1、K2、K3 為刀開關，當變頻運行時，K1與K2閉合，K3斷開，當工頻運行時，K1與K2斷開，K3閉合。K1、K2、K3有嚴格的機械和電氣互鎖關系，不能同時閉合，防止工頻與變頻同時送電，造成事故。
3.3 控制系統(tǒng)
由于是出口產品，新風光變頻器采用了全英文設計，其界面圖及參數設置都是全英文解釋，方便用戶翻譯及閱讀。
控制系統(tǒng)由控制器、光纖、PLC板、人機界面和上位機組成。各部分之間的聯(lián)系如圖6示。
圖6控制系統(tǒng)圖
控制器由三塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板和一塊電源板組成。
光纖板通過光纖與功率單元傳遞數據信號，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向功率單元發(fā)出脈寬調制（PWM）信號或工作模式。功率單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時向光纖板發(fā)出故障代碼信號。
主控板采用高速DSP單片機，完成對電機控制的所有功能，采用正弦波載波移相方式產生脈寬調制的三相電壓指令。通過RS232 通訊口與人機界面主控板進行數據交換，提供變頻器的狀態(tài)參數給人機界面，并接受來自人機界面主控板設置的參數。
人機界面為用戶提供友好的全英文操作界面，負責信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，可選上位監(jiān)控來實現(xiàn)變頻器的網絡化控制。通過主控板和PLC板采集的數據，計算出電流、電壓、功率、運行頻率等運行參數，提供記錄功能，并實現(xiàn)對電機的過載、過流進行報警和保護。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485 通訊口與PLC板連接，實時監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。新風光變頻控制系統(tǒng)主界面如圖7所示。
圖7 新風光變頻控制系統(tǒng)主界面
圖8 參數設置界面
PLC板用于變頻器內部開關信號以及現(xiàn)場操作信號和狀態(tài)信號的邏輯處理，增強了變頻器現(xiàn)場應用的靈活性。PLC板有處理4 路模擬量輸入和2路模擬量輸出的能力，模擬量輸入用于處理來自現(xiàn)場的流量、壓力等模擬信號或模擬設置時的設置信號；模擬輸出量是頻率給定信號。
上位機由RS485接口與PLC板進行通訊，以方便用戶對變頻器進行操作，并實時監(jiān)測變頻器的運行參數，若與打印機連接，也可隨時打印工作記錄。只要設置好變頻器的各種運行參數，操作員就可以在監(jiān)控室內進行各種操作，而無須進入高壓電控室內，既方便又安全，從而減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率。
3.4 控制方式
新風光變頻器有三種控制方式：
1）本地控制從變頻器操作界面控制電機的啟動和停機，并能完成變頻器的所有控制；
2）遠程控制通過內置PLC板接受來自現(xiàn)場的開關量控制；
圖9現(xiàn)場控制箱
3）上位控制通過RS485接口，采用Modbus通訊協(xié)議，接收上位系統(tǒng)的控制信號。
本次改造中全部采用上位機控制，由操作人員在上位機上實現(xiàn)頻率調節(jié)，運行參數的監(jiān)測等。
圖10上位機控制畫面
3.5 壓榨機變頻改造現(xiàn)場
圖11高壓變頻器布置圖
圖12運行畫面圖
3.6 新風光JD-BP38系列高壓變頻器技術特點
新風光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯(lián)多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt高、共模電壓大等問題，可以使用普通的異步電機。新風光高壓變頻器被評為中國名牌產品。具體來說，新風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。
飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。
旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。
單元內電解電容因采取了公司專利技術，可以將其使用壽命提高1倍。
散熱結構設計合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue)，設備可靠性更高。
具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。
限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數。
故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位，繼續(xù)運行。
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