產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
風(fēng)光出海 鏈動(dòng)全球 新風(fēng)光高壓變頻器助力海外制糖行業(yè)能效提升
項目簡(jiǎn)介
巴基斯坦某糖廠(chǎng)坐落于巴基斯坦.旁遮普省。公司目前產(chǎn)值規模達到了每天38000噸的壓榨能力，是亞洲最大的糖廠(chǎng)，且公司主要的產(chǎn)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(chǎn)工藝流程圖
原現場(chǎng)壓榨機使用背壓式汽輪機啟動(dòng)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(dòng)汽輪機帶動(dòng)減速機運行，減速機的軸承與齒輪連接進(jìn)而帶動(dòng)壓榨機工作。現場(chǎng)汽輪機圖片如下：
圖3原汽輪機工作畫(huà)面
由于現場(chǎng)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(méi)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(guò)來(lái)的蔗層有大約10%的時(shí)間厚度會(huì )達不到要求，這樣會(huì )使蔗汁的平均抽出率低于95.4%。抽出率越低說(shuō)明蔗汁流失越大，從而導致產(chǎn)量變低。如果能對壓榨機進(jìn)行轉速調節，當蔗層厚度不夠時(shí)通過(guò)降低壓榨機電動(dòng)機轉速使蔗層達到正常厚度后再進(jìn)行壓榨，這樣壓榨會(huì )比較充分，平均抽出率將可提高0.2%以上，同時(shí)由于轉速降低，電流下降從而達到節能省電的目的。因此用戶(hù)提出壓榨機設備技能改造。
3.1 現場(chǎng)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(diǎn)是：
平衡質(zhì)量高，震動(dòng)等級為R級（降振級）機械零部件加工精度高，并采用專(zhuān)用高精度軸承，可以高速運轉。
強制通風(fēng)散熱系統，全部采用進(jìn)口軸流風(fēng)機超靜音、高壽命，強勁風(fēng)力。保障電機在任何轉速下，得到有效散熱，可實(shí)現高速或低速長(cháng)期運行。
與傳統電機相比較，變頻電機具備更寬廣的調速范圍和更高的設計質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場(chǎng)設計，進(jìn)一步抑制高次諧波磁場(chǎng)，以滿(mǎn)足寬頻、節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，無(wú)轉矩脈動(dòng)。
3.2 現場(chǎng)改造主回路
現場(chǎng)改造一條壓榨生產(chǎn)線(xiàn)簡(jiǎn)易圖如下：
圖4該糖廠(chǎng)壓榨過(guò)程簡(jiǎn)易圖
根據現場(chǎng)需要，每條生產(chǎn)線(xiàn)采用5套壓榨機，壓榨機變頻驅動(dòng)系統由旁路柜、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(dòng)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(jiàn)下圖：
圖5現場(chǎng)改造主回路圖
變頻器采用的是新風(fēng)光公司生產(chǎn)制造的JD-BP38系列高壓變頻器，變頻調速系統在現場(chǎng)運行時(shí)，其運行頻率設定的方法采用遠程操作臺，進(jìn)行系統狀態(tài)的監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(chǎn)需求調節壓榨機的速度，對提高生產(chǎn)效率提供了有力的條件。
在圖5 中，K1、K2、K3 為刀開(kāi)關(guān)，當變頻運行時(shí)，K1與K2閉合，K3斷開(kāi)，當工頻運行時(shí)，K1與K2斷開(kāi)，K3閉合。K1、K2、K3有嚴格的機械和電氣互鎖關(guān)系，不能同時(shí)閉合，防止工頻與變頻同時(shí)送電，造成事故。
3.3 控制系統
由于是出口產(chǎn)品，新風(fēng)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?zhuān)奖阌脩?hù)翻譯及閱讀。
控制系統由控制器、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(guò)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(guò)光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時(shí)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(chǎn)生脈寬調制的三相電壓指令。通過(guò)RS232 通訊口與人機界面主控板進(jìn)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(lái)自人機界面主控板設置的參數。
人機界面為用戶(hù)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，可選上位監控來(lái)實(shí)現變頻器的網(wǎng)絡(luò )化控制。通過(guò)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(shí)現對電機的過(guò)載、過(guò)流進(jìn)行報警和保護。通過(guò)RS232通訊口與主控板連接，通過(guò)RS485 通訊口與PLC板連接，實(shí)時(shí)監控變頻器系統的狀態(tài)。新風(fēng)光變頻控制系統主界面如圖7所示。
圖7 新風(fēng)光變頻控制系統主界面
圖8 參數設置界面
PLC板用于變頻器內部開(kāi)關(guān)信號以及現場(chǎng)操作信號和狀態(tài)信號的邏輯處理，增強了變頻器現場(chǎng)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(lái)自現場(chǎng)的流量、壓力等模擬信號或模擬設置時(shí)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(jìn)行通訊，以方便用戶(hù)對變頻器進(jìn)行操作，并實(shí)時(shí)監測變頻器的運行參數，若與打印機連接，也可隨時(shí)打印工作記錄。只要設置好變頻器的各種運行參數，操作員就可以在監控室內進(jìn)行各種操作，而無(wú)須進(jìn)入高壓電控室內，既方便又安全，從而減輕了工人的勞動(dòng)強度，提高了工作效率。
3.4 控制方式
新風(fēng)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(dòng)和停機，并能完成變頻器的所有控制；
2）遠程控制通過(guò)內置PLC板接受來(lái)自現場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量控制；
圖9現場(chǎng)控制箱
3）上位控制通過(guò)RS485接口，采用Modbus通訊協(xié)議，接收上位系統的控制信號。
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(shí)現頻率調節，運行參數的監測等。
圖10上位機控制畫(huà)面
3.5 壓榨機變頻改造現場(chǎng)
圖11高壓變頻器布置圖
圖12運行畫(huà)面圖
3.6 新風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)
新風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，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(zhì)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(dòng)、噪音、輸出dv/dt高、共模電壓大等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。新風(fēng)光高壓變頻器被評為中國名牌產(chǎn)品。具體來(lái)說(shuō)，新風(fēng)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(diǎn)：
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(chē)啟動(dòng)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(dòng)。
旋轉中再啟動(dòng)功能。運行過(guò)程中高壓瞬時(shí)掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動(dòng)運行到掉電前的頻率。
線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線(xiàn)電壓平衡，傳統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(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)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(xiàn)電壓均衡輸出。
單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統的直流電壓，從而實(shí)現輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使運行維護人員實(shí)現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(zhuān)利技術(shù)，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(guò)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(shí)如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)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(guò)設定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負載突然變化而引起的過(guò)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(guò)電流保護時(shí)，可自動(dòng)復位，繼續運行。
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