造紙機(jī)械變頻技術(shù)改造
1 引言
紙業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要產(chǎn)業(yè)，根據(jù)國家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測部的行業(yè)報告稱：自今年3月份始，隨著水電煤氣等主要資源價格的調(diào)整，造紙行業(yè)的成本增長再次走高，利潤增長的成本壓力再次加大。行業(yè)虧損增多，虧損企業(yè)虧損額同比增加達(dá)67.34％。成本上漲一方面是原料和水電煤氣等能源價格的上漲，另一方面也與能源浪費密切相關(guān)，我國造紙行業(yè)的綜合能耗是發(fā)達(dá)國家的1倍，噸漿水耗高于世界先進(jìn)水平近10倍。而電力是造紙業(yè)的主要能源，電力成本是造紙業(yè)的三大成本之一，每年高昂的電費成為造紙企業(yè)的主要負(fù)擔(dān)。
我國造紙企業(yè)要想增加競爭力，獲得持續(xù)發(fā)展，在激烈的競爭中取勝，就必須降低成本，而節(jié)電牽動了降低成本的主神經(jīng)。節(jié)電技術(shù)的進(jìn)步，特別是變頻技術(shù)的發(fā)展，為造紙企業(yè)提高電能使用效率、降低電力成本、增加利潤提供了廣闊的空間。
2 造紙機(jī)變頻改造的必要性
我國造紙機(jī)分部傳動設(shè)備，大部分采用SCR直流調(diào)速（大功率）和滑差電機(jī)（小功率）傳動，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常由于機(jī)械磨損、傳動帶的打滑等因數(shù)造成速度匹配失調(diào)，形成斷紙、厚度不均等現(xiàn)象。
2.1直流調(diào)速系統(tǒng)在紙機(jī)的發(fā)展史上占有重要的地位，但由于直流電機(jī)存在維護(hù)難、抗環(huán)境能力差，主要表現(xiàn)如下：
（1）整流子磨損嚴(yán)重, 燒毀整流子的故障, 導(dǎo)致停機(jī)時間長；
(2) 直流電機(jī)維修困難多, 要求高, 修理費用也高；
(3) 測速發(fā)電機(jī)易磨損，造成傳動系統(tǒng)精度低；
(4) 直流調(diào)速控制系統(tǒng)復(fù)雜, 調(diào)試?yán)щy, 一般技工很難調(diào)出好的機(jī)器
2.2交流滑差電動機(jī)兩部分構(gòu)成，一個普通交流電機(jī)，一個轉(zhuǎn)差離合器，通過調(diào)整離合器勵磁線圈的電壓，來調(diào)節(jié)電機(jī)的確輸出速度，存在耗電量大，傳動效率低，速度精度差，速度不夠穩(wěn)定，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
3 造紙機(jī)械變頻控制系統(tǒng)簡介
造紙機(jī)械結(jié)構(gòu)上大致有流漿箱，網(wǎng)部，壓榨部，干燥部，壓光，收卷幾部分組成。傳動系統(tǒng)是由多分部傳動點組成的速度鏈?zhǔn)絽f(xié)調(diào)系統(tǒng)。為了降低能耗、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率、現(xiàn)代化的造紙設(shè)備多采用多電機(jī)分部傳動，即在每一個傳動分部安裝交流電動機(jī)并配制相應(yīng)的變頻器、要求各分部能夠?qū)崿F(xiàn)同步控制，也能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)速。造紙是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為了制約成品紙質(zhì)量和產(chǎn)量的瓶頸。使用變頻控制系統(tǒng)可以使傳動系統(tǒng)具備非常方便及精確的調(diào)速功能：
（1） 各分部傳動點之間能保持固定的傳動比，使各傳動點上線速度保持一致。便于設(shè)備提速、減速，避免各傳動點之間因線速度相差太大而斷紙。
（2）連續(xù)平穩(wěn)地拖動紙機(jī)運行。
（3）具有平滑加減速功能。
目前在紙機(jī)分部傳動上使用的變頻器必須能同時具備以下特點
（1）調(diào)速范圍寬，在全速度范圍內(nèi)，效率必須在90%以上；
（2）功率因數(shù)高于0.9以上；
（3）輸入諧波電流總失真小于3%；
（4）采用可靠性高、技術(shù)成熟的標(biāo)準(zhǔn)器件IGBT；
（5）能減少輸出諧波分量并有效降低dv/dt噪音和轉(zhuǎn)矩脈動的效果
4 案例分析
如：大連XX紙廠的生產(chǎn)線，其紙生產(chǎn)工藝的后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)原采用直流調(diào)速和滑差電機(jī)調(diào)速。現(xiàn)采用采用安邦信G9變頻器改造進(jìn)行多電機(jī)分部傳動控制。
造紙機(jī)械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進(jìn)行干燥，接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠，再進(jìn)入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機(jī)使紙張平滑，最后通過卷紙機(jī)形成母紙卷。造紙工藝流程圖如圖1所示：
圖1 造紙工藝流程圖
4.1 改造方案
采用安邦信G9系列變頻器，其電氣圖如圖2所示：
圖2 電氣圖
4.2功能介紹：
（l） 統(tǒng)調(diào)功能
采用主-從式結(jié)構(gòu)，其速度可以通過統(tǒng)調(diào)電位器給定。將一臺G9變頻器作為主驅(qū)動輸出，從驅(qū)動均采用G9系列產(chǎn)品，多臺從驅(qū)動可以共用一臺主驅(qū)動。
（2）l微調(diào)功能
主驅(qū)動的運行頻率通過統(tǒng)調(diào)電位器模擬口輸出，作為從驅(qū)動變頻器的初始同步轉(zhuǎn)速，其偏差可以通過從驅(qū)動的微調(diào)電位器來修正。
（3）由于變頻器具有較前強(qiáng)的過載能力和低頻額定轉(zhuǎn)矩，保證了速度不隨負(fù)載的變化而變化。同時，克服低速時速度不穩(wěn)定的缺陷。
4.3 系統(tǒng)優(yōu)點
（1）本系統(tǒng)采用先進(jìn)的變頻控制技術(shù)，使電機(jī)軟啟動，減輕機(jī)械沖擊和降低部分噪音，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少機(jī)械維修費用。
（2） 運行、操作、維護(hù)簡便，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
（3） 由于變頻器在往下調(diào)速的同時也將電壓一起下調(diào)，而電磁滑差調(diào)速其電機(jī)的輸出電壓是不變的，兩者對比，變頻調(diào)速節(jié)約了大量的能源。
4.4 節(jié)電效果分析
大連XX紙廠是大型造紙廠家，其中我公司改造的1760白板紙機(jī)有5個傳動點，都是用電磁調(diào)速，各個傳動速度斷斷續(xù)續(xù)很不穩(wěn)定，生產(chǎn)中經(jīng)常斷紙，采用我公司設(shè)計的變頻同步控制系統(tǒng)改造后取得很好的節(jié)能效果。
 改造前生產(chǎn)1噸紙用242.5度。，
 變頻改造后生產(chǎn)1噸紙用127度電（6個月平均數(shù)）。
 每噸節(jié)約為242.5-157=85.5度。
 節(jié)電率達(dá)到：（85.5÷242.5）×100%=35.2%。
也就是說，該造紙機(jī)進(jìn)行改造后，每月可為該廠節(jié)約42750度電，按每度電0.7元計算，每月就可節(jié)約29925元。每年就可節(jié)約35.9萬元。且操作從45米/分一直調(diào)到75米/分仍相當(dāng)穩(wěn)定，同步效果極好，提高了紙的產(chǎn)量，增加了企業(yè)的效益。
5 結(jié)束語
將生產(chǎn)線整體變頻控制與改造后，生產(chǎn)線電機(jī)所需轉(zhuǎn)速由電機(jī)直接給出，避免了轉(zhuǎn)矩傳遞損失，既可實現(xiàn)電機(jī)聯(lián)動控制，又可分別調(diào)速控制，整條生產(chǎn)線可由其統(tǒng)一指揮，有序工作。我們相信，隨著交流變頻控制系統(tǒng)及通訊技術(shù)的發(fā)展和完善，交流變頻傳動系統(tǒng)以其技術(shù)先進(jìn)、調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能好，節(jié)電，操作方便等優(yōu)點在新型造紙機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛！
紙業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要產(chǎn)業(yè)，根據(jù)國家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測部的行業(yè)報告稱：自今年3月份始，隨著水電煤氣等主要資源價格的調(diào)整，造紙行業(yè)的成本增長再次走高，利潤增長的成本壓力再次加大。行業(yè)虧損增多，虧損企業(yè)虧損額同比增加達(dá)67.34％。成本上漲一方面是原料和水電煤氣等能源價格的上漲，另一方面也與能源浪費密切相關(guān)，我國造紙行業(yè)的綜合能耗是發(fā)達(dá)國家的1倍，噸漿水耗高于世界先進(jìn)水平近10倍。而電力是造紙業(yè)的主要能源，電力成本是造紙業(yè)的三大成本之一，每年高昂的電費成為造紙企業(yè)的主要負(fù)擔(dān)。
我國造紙企業(yè)要想增加競爭力，獲得持續(xù)發(fā)展，在激烈的競爭中取勝，就必須降低成本，而節(jié)電牽動了降低成本的主神經(jīng)。節(jié)電技術(shù)的進(jìn)步，特別是變頻技術(shù)的發(fā)展，為造紙企業(yè)提高電能使用效率、降低電力成本、增加利潤提供了廣闊的空間。
2 造紙機(jī)變頻改造的必要性
我國造紙機(jī)分部傳動設(shè)備，大部分采用SCR直流調(diào)速（大功率）和滑差電機(jī)（小功率）傳動，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常由于機(jī)械磨損、傳動帶的打滑等因數(shù)造成速度匹配失調(diào)，形成斷紙、厚度不均等現(xiàn)象。
2.1直流調(diào)速系統(tǒng)在紙機(jī)的發(fā)展史上占有重要的地位，但由于直流電機(jī)存在維護(hù)難、抗環(huán)境能力差，主要表現(xiàn)如下：
（1）整流子磨損嚴(yán)重, 燒毀整流子的故障, 導(dǎo)致停機(jī)時間長；
(2) 直流電機(jī)維修困難多, 要求高, 修理費用也高；
(3) 測速發(fā)電機(jī)易磨損，造成傳動系統(tǒng)精度低；
(4) 直流調(diào)速控制系統(tǒng)復(fù)雜, 調(diào)試?yán)щy, 一般技工很難調(diào)出好的機(jī)器
2.2交流滑差電動機(jī)兩部分構(gòu)成，一個普通交流電機(jī)，一個轉(zhuǎn)差離合器，通過調(diào)整離合器勵磁線圈的電壓，來調(diào)節(jié)電機(jī)的確輸出速度，存在耗電量大，傳動效率低，速度精度差，速度不夠穩(wěn)定，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
3 造紙機(jī)械變頻控制系統(tǒng)簡介
造紙機(jī)械結(jié)構(gòu)上大致有流漿箱，網(wǎng)部，壓榨部，干燥部，壓光，收卷幾部分組成。傳動系統(tǒng)是由多分部傳動點組成的速度鏈?zhǔn)絽f(xié)調(diào)系統(tǒng)。為了降低能耗、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率、現(xiàn)代化的造紙設(shè)備多采用多電機(jī)分部傳動，即在每一個傳動分部安裝交流電動機(jī)并配制相應(yīng)的變頻器、要求各分部能夠?qū)崿F(xiàn)同步控制，也能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)速。造紙是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為了制約成品紙質(zhì)量和產(chǎn)量的瓶頸。使用變頻控制系統(tǒng)可以使傳動系統(tǒng)具備非常方便及精確的調(diào)速功能：
（1） 各分部傳動點之間能保持固定的傳動比，使各傳動點上線速度保持一致。便于設(shè)備提速、減速，避免各傳動點之間因線速度相差太大而斷紙。
（2）連續(xù)平穩(wěn)地拖動紙機(jī)運行。
（3）具有平滑加減速功能。
目前在紙機(jī)分部傳動上使用的變頻器必須能同時具備以下特點
（1）調(diào)速范圍寬，在全速度范圍內(nèi)，效率必須在90%以上；
（2）功率因數(shù)高于0.9以上；
（3）輸入諧波電流總失真小于3%；
（4）采用可靠性高、技術(shù)成熟的標(biāo)準(zhǔn)器件IGBT；
（5）能減少輸出諧波分量并有效降低dv/dt噪音和轉(zhuǎn)矩脈動的效果
4 案例分析
如：大連XX紙廠的生產(chǎn)線，其紙生產(chǎn)工藝的后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)原采用直流調(diào)速和滑差電機(jī)調(diào)速。現(xiàn)采用采用安邦信G9變頻器改造進(jìn)行多電機(jī)分部傳動控制。
造紙機(jī)械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進(jìn)行干燥，接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠，再進(jìn)入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機(jī)使紙張平滑，最后通過卷紙機(jī)形成母紙卷。造紙工藝流程圖如圖1所示：
4.1 改造方案
采用安邦信G9系列變頻器，其電氣圖如圖2所示：
4.2功能介紹：
（l） 統(tǒng)調(diào)功能
采用主-從式結(jié)構(gòu)，其速度可以通過統(tǒng)調(diào)電位器給定。將一臺G9變頻器作為主驅(qū)動輸出，從驅(qū)動均采用G9系列產(chǎn)品，多臺從驅(qū)動可以共用一臺主驅(qū)動。
（2）l微調(diào)功能
主驅(qū)動的運行頻率通過統(tǒng)調(diào)電位器模擬口輸出，作為從驅(qū)動變頻器的初始同步轉(zhuǎn)速，其偏差可以通過從驅(qū)動的微調(diào)電位器來修正。
（3）由于變頻器具有較前強(qiáng)的過載能力和低頻額定轉(zhuǎn)矩，保證了速度不隨負(fù)載的變化而變化。同時，克服低速時速度不穩(wěn)定的缺陷。
4.3 系統(tǒng)優(yōu)點
（1）本系統(tǒng)采用先進(jìn)的變頻控制技術(shù)，使電機(jī)軟啟動，減輕機(jī)械沖擊和降低部分噪音，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少機(jī)械維修費用。
（2） 運行、操作、維護(hù)簡便，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。
（3） 由于變頻器在往下調(diào)速的同時也將電壓一起下調(diào)，而電磁滑差調(diào)速其電機(jī)的輸出電壓是不變的，兩者對比，變頻調(diào)速節(jié)約了大量的能源。
4.4 節(jié)電效果分析
大連XX紙廠是大型造紙廠家，其中我公司改造的1760白板紙機(jī)有5個傳動點，都是用電磁調(diào)速，各個傳動速度斷斷續(xù)續(xù)很不穩(wěn)定，生產(chǎn)中經(jīng)常斷紙，采用我公司設(shè)計的變頻同步控制系統(tǒng)改造后取得很好的節(jié)能效果。
 改造前生產(chǎn)1噸紙用242.5度。，
 變頻改造后生產(chǎn)1噸紙用127度電（6個月平均數(shù)）。
 每噸節(jié)約為242.5-157=85.5度。
 節(jié)電率達(dá)到：（85.5÷242.5）×100%=35.2%。
也就是說，該造紙機(jī)進(jìn)行改造后，每月可為該廠節(jié)約42750度電，按每度電0.7元計算，每月就可節(jié)約29925元。每年就可節(jié)約35.9萬元。且操作從45米/分一直調(diào)到75米/分仍相當(dāng)穩(wěn)定，同步效果極好，提高了紙的產(chǎn)量，增加了企業(yè)的效益。
5 結(jié)束語
將生產(chǎn)線整體變頻控制與改造后，生產(chǎn)線電機(jī)所需轉(zhuǎn)速由電機(jī)直接給出，避免了轉(zhuǎn)矩傳遞損失，既可實現(xiàn)電機(jī)聯(lián)動控制，又可分別調(diào)速控制，整條生產(chǎn)線可由其統(tǒng)一指揮，有序工作。我們相信，隨著交流變頻控制系統(tǒng)及通訊技術(shù)的發(fā)展和完善，交流變頻傳動系統(tǒng)以其技術(shù)先進(jìn)、調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能好，節(jié)電，操作方便等優(yōu)點在新型造紙機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛！
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