造紙機械變頻技術改造
1 引言
紙業是國民經濟中的重要產業，根據國家信息中心經濟預測部的行業報告稱：自今年3月份始，隨著水電煤氣等主要資源價格的調整，造紙行業的成本增長再次走高，利潤增長的成本壓力再次加大。行業虧損增多，虧損企業虧損額同比增加達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，我國造紙行業的綜合能耗是發達國家的1倍，噸漿水耗高于世界先進水平近10倍。而電力是造紙業的主要能源，電力成本是造紙業的三大成本之一，每年高昂的電費成為造紙企業的主要負擔。
我國造紙企業要想增加競爭力，獲得持續發展，在激烈的競爭中取勝，就必須降低成本，而節電牽動了降低成本的主神經。節電技術的進步，特別是變頻技術的發展，為造紙企業提高電能使用效率、降低電力成本、增加利潤提供了廣闊的空間。
2 造紙機變頻改造的必要性
我國造紙機分部傳動設備，大部分采用SCR直流調速（大功率）和滑差電機（小功率）傳動，在生產過程中經常由于機械磨損、傳動帶的打滑等因數造成速度匹配失調，形成斷紙、厚度不均等現象。
2.1直流調速系統在紙機的發展史上占有重要的地位，但由于直流電機存在維護難、抗環境能力差，主要表現如下：
（1）整流子磨損嚴重, 燒毀整流子的故障, 導致停機時間長；
(2) 直流電機維修困難多, 要求高, 修理費用也高；
(3) 測速發電機易磨損，造成傳動系統精度低；
(4) 直流調速控制系統復雜, 調試困難, 一般技工很難調出好的機器
2.2交流滑差電動機兩部分構成，一個普通交流電機，一個轉差離合器，通過調整離合器勵磁線圈的電壓，來調節電機的確輸出速度，存在耗電量大，傳動效率低，速度精度差，速度不夠穩定，影響產品的質量。
3 造紙機械變頻控制系統簡介
造紙機械結構上大致有流漿箱，網部，壓榨部，干燥部，壓光，收卷幾部分組成。傳動系統是由多分部傳動點組成的速度鏈式協調系統。為了降低能耗、優化產品質量，提高勞動生產率、現代化的造紙設備多采用多電機分部傳動，即在每一個傳動分部安裝交流電動機并配制相應的變頻器、要求各分部能夠實現同步控制，也能夠在一定的范圍內調速。造紙是一個連續生產的過程，因此生產線的連續和有序控制成為了制約成品紙質量和產量的瓶頸。使用變頻控制系統可以使傳動系統具備非常方便及精確的調速功能：
（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）連續平穩地拖動紙機運行。
（3）具有平滑加減速功能。
目前在紙機分部傳動上使用的變頻器必須能同時具備以下特點
（1）調速范圍寬，在全速度范圍內，效率必須在90%以上；
（2）功率因數高于0.9以上；
（3）輸入諧波電流總失真小于3%；
（4）采用可靠性高、技術成熟的標準器件IGBT；
（5）能減少輸出諧波分量并有效降低dv/dt噪音和轉矩脈動的效果
4 案例分析
如：大連XX紙廠的生產線，其紙生產工藝的后干燥、壓光機、卷紙機原采用直流調速和滑差電機調速。現采用采用安邦信G9變頻器改造進行多電機分部傳動控制。
造紙機械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機、卷紙機等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網部脫水成型，在壓榨部進行壓縮使紙層均勻，經過前干燥進行干燥，接著進入后壓榨進行施膠，再進入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機使紙張平滑，最后通過卷紙機形成母紙卷。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） 統調功能
采用主-從式結構，其速度可以通過統調電位器給定。將一臺G9變頻器作為主驅動輸出，從驅動均采用G9系列產品，多臺從驅動可以共用一臺主驅動。
（2）l微調功能
主驅動的運行頻率通過統調電位器模擬口輸出，作為從驅動變頻器的初始同步轉速，其偏差可以通過從驅動的微調電位器來修正。
（3）由于變頻器具有較前強的過載能力和低頻額定轉矩，保證了速度不隨負載的變化而變化。同時，克服低速時速度不穩定的缺陷。
4.3 系統優點
（1）本系統采用先進的變頻控制技術，使電機軟啟動，減輕機械沖擊和降低部分噪音，延長機械設備的使用壽命，減少機械維修費用。
（2） 運行、操作、維護簡便，提高產品的質量和產量。
（3） 由于變頻器在往下調速的同時也將電壓一起下調，而電磁滑差調速其電機的輸出電壓是不變的，兩者對比，變頻調速節約了大量的能源。
4.4 節電效果分析
大連XX紙廠是大型造紙廠家，其中我公司改造的1760白板紙機有5個傳動點，都是用電磁調速，各個傳動速度斷斷續續很不穩定，生產中經常斷紙，采用我公司設計的變頻同步控制系統改造后取得很好的節能效果。
 改造前生產1噸紙用242.5度。，
 變頻改造后生產1噸紙用127度電（6個月平均數）。
 每噸節約為242.5-157=85.5度。
 節電率達到：（85.5÷242.5）×100%=35.2%。
也就是說，該造紙機進行改造后，每月可為該廠節約42750度電，按每度電0.7元計算，每月就可節約29925元。每年就可節約35.9萬元。且操作從45米/分一直調到75米/分仍相當穩定，同步效果極好，提高了紙的產量，增加了企業的效益。
5 結束語
將生產線整體變頻控制與改造后，生產線電機所需轉速由電機直接給出，避免了轉矩傳遞損失，既可實現電機聯動控制，又可分別調速控制，整條生產線可由其統一指揮，有序工作。我們相信，隨著交流變頻控制系統及通訊技術的發展和完善，交流變頻傳動系統以其技術先進、調速范圍寬，調速性能好，節電，操作方便等優點在新型造紙機上的應用越來越廣泛！
紙業是國民經濟中的重要產業，根據國家信息中心經濟預測部的行業報告稱：自今年3月份始，隨著水電煤氣等主要資源價格的調整，造紙行業的成本增長再次走高，利潤增長的成本壓力再次加大。行業虧損增多，虧損企業虧損額同比增加達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，我國造紙行業的綜合能耗是發達國家的1倍，噸漿水耗高于世界先進水平近10倍。而電力是造紙業的主要能源，電力成本是造紙業的三大成本之一，每年高昂的電費成為造紙企業的主要負擔。
我國造紙企業要想增加競爭力，獲得持續發展，在激烈的競爭中取勝，就必須降低成本，而節電牽動了降低成本的主神經。節電技術的進步，特別是變頻技術的發展，為造紙企業提高電能使用效率、降低電力成本、增加利潤提供了廣闊的空間。
2 造紙機變頻改造的必要性
我國造紙機分部傳動設備，大部分采用SCR直流調速（大功率）和滑差電機（小功率）傳動，在生產過程中經常由于機械磨損、傳動帶的打滑等因數造成速度匹配失調，形成斷紙、厚度不均等現象。
2.1直流調速系統在紙機的發展史上占有重要的地位，但由于直流電機存在維護難、抗環境能力差，主要表現如下：
（1）整流子磨損嚴重, 燒毀整流子的故障, 導致停機時間長；
(2) 直流電機維修困難多, 要求高, 修理費用也高；
(3) 測速發電機易磨損，造成傳動系統精度低；
(4) 直流調速控制系統復雜, 調試困難, 一般技工很難調出好的機器
2.2交流滑差電動機兩部分構成，一個普通交流電機，一個轉差離合器，通過調整離合器勵磁線圈的電壓，來調節電機的確輸出速度，存在耗電量大，傳動效率低，速度精度差，速度不夠穩定，影響產品的質量。
3 造紙機械變頻控制系統簡介
造紙機械結構上大致有流漿箱，網部，壓榨部，干燥部，壓光，收卷幾部分組成。傳動系統是由多分部傳動點組成的速度鏈式協調系統。為了降低能耗、優化產品質量，提高勞動生產率、現代化的造紙設備多采用多電機分部傳動，即在每一個傳動分部安裝交流電動機并配制相應的變頻器、要求各分部能夠實現同步控制，也能夠在一定的范圍內調速。造紙是一個連續生產的過程，因此生產線的連續和有序控制成為了制約成品紙質量和產量的瓶頸。使用變頻控制系統可以使傳動系統具備非常方便及精確的調速功能：
（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）連續平穩地拖動紙機運行。
（3）具有平滑加減速功能。
目前在紙機分部傳動上使用的變頻器必須能同時具備以下特點
（1）調速范圍寬，在全速度范圍內，效率必須在90%以上；
（2）功率因數高于0.9以上；
（3）輸入諧波電流總失真小于3%；
（4）采用可靠性高、技術成熟的標準器件IGBT；
（5）能減少輸出諧波分量并有效降低dv/dt噪音和轉矩脈動的效果
4 案例分析
如：大連XX紙廠的生產線，其紙生產工藝的后干燥、壓光機、卷紙機原采用直流調速和滑差電機調速。現采用采用安邦信G9變頻器改造進行多電機分部傳動控制。
造紙機械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機、卷紙機等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網部脫水成型，在壓榨部進行壓縮使紙層均勻，經過前干燥進行干燥，接著進入后壓榨進行施膠，再進入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機使紙張平滑，最后通過卷紙機形成母紙卷。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） 統調功能
采用主-從式結構，其速度可以通過統調電位器給定。將一臺G9變頻器作為主驅動輸出，從驅動均采用G9系列產品，多臺從驅動可以共用一臺主驅動。
（2）l微調功能
主驅動的運行頻率通過統調電位器模擬口輸出，作為從驅動變頻器的初始同步轉速，其偏差可以通過從驅動的微調電位器來修正。
（3）由于變頻器具有較前強的過載能力和低頻額定轉矩，保證了速度不隨負載的變化而變化。同時，克服低速時速度不穩定的缺陷。
4.3 系統優點
（1）本系統采用先進的變頻控制技術，使電機軟啟動，減輕機械沖擊和降低部分噪音，延長機械設備的使用壽命，減少機械維修費用。
（2） 運行、操作、維護簡便，提高產品的質量和產量。
（3） 由于變頻器在往下調速的同時也將電壓一起下調，而電磁滑差調速其電機的輸出電壓是不變的，兩者對比，變頻調速節約了大量的能源。
4.4 節電效果分析
大連XX紙廠是大型造紙廠家，其中我公司改造的1760白板紙機有5個傳動點，都是用電磁調速，各個傳動速度斷斷續續很不穩定，生產中經常斷紙，采用我公司設計的變頻同步控制系統改造后取得很好的節能效果。
 改造前生產1噸紙用242.5度。，
 變頻改造后生產1噸紙用127度電（6個月平均數）。
 每噸節約為242.5-157=85.5度。
 節電率達到：（85.5÷242.5）×100%=35.2%。
也就是說，該造紙機進行改造后，每月可為該廠節約42750度電，按每度電0.7元計算，每月就可節約29925元。每年就可節約35.9萬元。且操作從45米/分一直調到75米/分仍相當穩定，同步效果極好，提高了紙的產量，增加了企業的效益。
5 結束語
將生產線整體變頻控制與改造后，生產線電機所需轉速由電機直接給出，避免了轉矩傳遞損失，既可實現電機聯動控制，又可分別調速控制，整條生產線可由其統一指揮，有序工作。我們相信，隨著交流變頻控制系統及通訊技術的發展和完善，交流變頻傳動系統以其技術先進、調速范圍寬，調速性能好，節電，操作方便等優點在新型造紙機上的應用越來越廣泛！
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