糖厂刮刀离心机的数字交流调速和数字直流调速的比较

    　【摘要】通过对糖厂刮刀离心机数字交直流调速方式的控制系统组成、技术参数、生产能力、单位能耗及维护与保养等方 面的比较，说明数字式交流调速方式比数字式直流调速方式更具有优势。

    　【关键词】刮刀离心机；数字交直流调速；比较

    　【中图分类号】TQ051.8【文献标识码】A【文章编号】1003-2673(2009)07－41－02

   　 1.引言

    　在工业领域中，电力拖动系统是基本的动力系统，应用十分广泛。对于需要调速的电力拖动系统，工程上根据电动机电 流形式，往往分为直流调速系统和交流调速系统两类。直流调 速系统是电力拖动领域应用最为广泛的一种自动调速系统。它可以在一定范围内平滑调速，并且具有良好的静态和动态性 能。由于直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，长期以 来直流调速系统一直占据垄断地位。近年来，交流调速系统发展很快。交流电动机以其结构简单、制造和维护方便、价格低廉 等优点，足以与直流电动机相抗衡。特别是随着计算机技术、电力电子技术和自动化控制技术的不断完善，为交流调速的发展 提供了强有力的技术支撑，使交流调速系统在某些工程应用上完全取代直流调速系统成为可能。由于数字交、直流调速系统各具特色，所以目前在工程实际中，这两种调速系统应用于相同的设备是很常见的。

    　离心机是糖厂的重要生产设备之一。近年来，国内较大型 的制糖企业已逐渐淘汰技术落后的旧式离心机，安装具有大容量、高功效、节省能源、智能化的数字式交流调速或数字式直流 调速刮刀离心机。2007年我厂在14000t/d技改工程中的制炼 车间第二条生产线安装了三台XG-1500AT数字式交流调速 刮刀离心机和一台XG-1500AT-Z数字式直流调速刮刀离心 机，这两种不同调速方式的离心机在生产运行中性能各异。本文就这两种数字调速方式在糖厂刮刀离心机上的应用作一些比较。

    　2 调速控制系统组成

    　XG-1500AT数字式交流调速刮刀离心机系统组成如图1 所示。调速装置选用西门子6SE7133-7EF61-5BA0-Z，输入 3AC380~460V、370A、50/60Hz，输出3AC0～460V、370A、0～ 500Hz，最大输出503A；拖动电机选用ABB三相异步变频调速 电动机，型号为QABP355L8A,其Pe=200kW，Ue=380V， Ie=399A。采用西门子10.4英寸彩色大屏幕触摸屏与西门子 S7-200系列PLC组成监视管理系统，对离心机进行程序控制。 XG-1500AT-Z数字式直流调速刮刀离心机系统组成如 图2所示。调速装置选用西门子6RA7085-6DV62-0，电枢输入3AC400V、498A、50/60Hz,输出DC±420V、600A;励磁输 入2AC400V、25A、50/60Hz,输出DC325V、25A;交流电流 403A；选用Z4-280-22直流电动机拖动，其Pe=250kW, Ue=400V,Ie=685A，励磁电压180V，励磁电流16A，转速 1355rpm。与交流调速一样，也采用西门子10.4英寸彩色大屏 幕触摸屏与西门子S7-200系列PLC组成监视管理系统，对离 心机进行程序控制。

                  

    　3.主要技术参数

    　两种离心机的主要技术参数（见表1）。

                  

    　表1中所列参数除筛篮最高转速和电机功率不同外，其余 都一样。从筛篮最高转速可以计算出这两种离心机的另一个重 要参数—分离因数fc。

　　所谓分离因数是指离心力与重力之比，也就是离心加速度 与重力加速度之比。即：

    　fc=F/mg=mRn2/mg×100≈Rn2/900

    　上式中，R为半径，n为转速。分离因数fc越大，离心机的 分离能力越高，分离过程迅速，分离效果好。把表1中的参数代 入上式，分别得出这两种离心机的分离因数fc如下：

    　XG-1500AT分离因数fc＝0.75×11402/900＝1083 XG-1500AT-Z分离因数fc＝0.75×10502/900≈918 显然，XG-1500AT分离因数fc比XG-1500AT-Z分离因 数fc大。

    　4 生产能力

   　 根据生产实际中的糖膏晶粒大小情况，在相同糖膏密度 下，各自在触摸屏上设定如表2所示的离心机运行工艺参数。

                 

    　在自动控制模式下，离心机调速系统的可编程序控制器 PLC开始接受现场命令信号及速度检测单元和位置开关等送 来的信号，进行逻辑判断，然后按编制好的指令控制各工序的 电动机转速及各执行机构动作，实现自动循环工作。根据触摸 屏显示的离心机实时运行数据，绘制转速曲线如图3所示。

               

    　从转速曲线图可以看出，数字交流调速装置的加/减速反 应较快，当离心机开始升速到最高分离速度（自180rpm加速 至1140rpm）和最高分离速度减至卸料速度(自1140rpm降速 至60rpm)时，比数字直流调速装置快得多。从触摸屏上显示 出，一个循环周期XG-1500AT离心机用210s，而 XG-1500AT-Z离心机却用了250s。

    　根据循环周期时间，分别计算出这两种离心机的小时最大 循环次数和小时最大生产能力如下。

　　XG-1500AT离心机

　　最大循环次数：3600&pide;210≈17（h-）1

　　最大生产能力:1.5×17＝25.5（t·h-）1

　　XG-1500AT-Z离心机

　　最大循环次数：3600&pide;250≈14（h-）1

　　最大生产能力：1.5×14＝21（t·h-）1

　　从以上计算可知，XG-1500AT离心机生产能力大于 XG-1500AT-Z离心机。

    　5 单位能耗

   　 XG-1500AT刮刀离心机和XG-1500AT-Z刮刀离心机 同属高功效、少能耗、全自动的现代化制糖设备，两者不同之处 在于电气传动方式。前者采用数字交流变频调速系统，后者则 采用数字直流调速系统。工作中，两种调速系统都能在设定的 范围内实现无级调整，速度转换平稳，无冲击现象，最大限度地 满足糖膏分蜜各阶段对速度调节的要求。两种调速控制系统都 采用再生发电制动方式。升速时，调速装置将电网的电能转换 为机械能，驱动离心机工作；降速时，调速装置将离心机的机械 能转换为电能，制动离心机，并将电能回馈到电网。与老式离心 机采用能耗制动和机械刹车制动的方式相比，这两种离心机减 少能耗均达50%以上。

    　由于调速系统不同，拖动电动机功率不一样，每一工作循 环耗时有差别，所以离心机的吨糖耗电量也不相同。为了能真 实反映离心机的单位能耗，用电能计量表在交流配电柜侧分别 对这两种离心机进行测量，实测数据如表3所示。

              

    　由表3数据可知，数字式交流调速刮刀离心机 XG-1500AT的吨糖能耗比数字式直流调速刮刀离心机 XG-1500AT-Z的吨糖能耗少。

    　6 维护与保养

   　 6.1电机部分

    　交流电动机是数字式交流调速系统的电能—机械能转换 装置，通过对电动机的控制来产生所需的转矩和转速。交流电 动机的主要优点是：没有电刷和换向器，结构简单，运行可靠， 使用寿命长，适合工况条件比较恶劣的现场使用。在榨季生产 期间，仅需保持XG-1500AT刮刀离心机的交流电机良好通 风，定期清理进风口的防护网，防止过热即可，维护与保养比较 方便和简单。

    　数字式直流调速系统的电能—机械能转换装置是直流电 动机。由于直流电机结构的特殊性和糖厂分蜜生产现场温度高 湿度大，震动激烈的恶劣环境，决定了其维护与保养工作要求 比交流电动机严格复杂得多，尤其是对直流电机换向器和电刷 的维护更为重要。在榨季生产期间，除要保持XG-1500AT-Z 刮刀离心机的直流电机良好通风，定期清理进风口的防护网，防止过热外，还要重视换向器和电刷的日常精心保养工作。

    　（1）保持换向器表面清洁，定期吹扫、清擦，不能使用任何液体溶剂，包括工业酒精，防止这些溶剂造成换向器表面、云母 等材料的烧蚀。

    　（2）若换向器表面出现轻微条纹或凹槽，要采取研磨或抛光方式处理后用干净绸布擦拭表面，以利于形成和保护氧化膜。

    　（3）经常检查电刷的磨损情况，保持电刷与换向器接触良好，注意观察电刷火花的级别，及时更换磨损过度的电刷。只有坚持不懈的日常精心维护与保养工作，才能保持直流 电机的使用性能，减少故障率，延长使用寿命。

    　6.2电控柜部分

    　这两种型号刮刀离心机的电控柜维护与保养方法相同，主要有以下几点：

    　（1）经常清扫电控柜灰尘，保持电气各部分的清洁。（2）电 控室要保持良好的通风散热状况，防止过热，保持室内干燥。 （3）经常检查和拧紧接线端子，保持电气良好的绝缘性能，防止 工作失灵。（4）检查各接触器触头的烧蚀情况，对烧蚀较轻的， 可用砂布给予打磨，使其接触面平整；严重的，要予以更换，防止 事故发生。（5）检查各继电器的工作是否正常，对有异常的，要 及时更换。（6）日常操作中，经常注意机器各执行器件的相互正 确位置，运行程序和参数是否正常。运行中突然停电后再开车时，要对各运行数据重新检查核对，如程序和数据出错或偏离，应及时进行更正和调整，并经空车试运行后再投入使用。

　　 7 总结

    　综上所述，数字式交流调速刮刀离心机XG-1500AT比数 字式直流调速刮刀离心机XG-1500AT-Z具有以下优点：

    　（1）数字式交流调速刮刀离心机XG-1500AT分离能力高，分离过程迅速，分离效果好。（2）数字式交流调速刮刀离心 机XG-1500AT工作周期短，生产能力大。（3）数字式交流调速刮刀离心机XG-1500AT功效高，节能效果显著。（4）数字 式交流调速刮刀离心机XG-1500AT维护与保养比较方便和简单。

    　因此，在仅需对速度控制而对启动性能及力矩调节要求不是很荷刻的糖厂刮刀离心机上，数字式交流调速系统的优势是数字式直流调速系统所不能比拟的。

　　参考文献

　　[1]苏氏集团上悬式离心机XG-1500AT使用说明书.

　　[2]陈维钧,许斯欣等.蔗糖结晶与成糖[M].北京:中国轻工业出版社, 2001. 

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