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| 综述造纸厂设备变频改造 |
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新闻出处：中国工控网 发布时间：2007-11-15
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一、变频器主要技术指标
1）调速范围宽，变频器的调速范围很宽能适应各种调速设备的要求，频率范围0.5~400HZ
可调。
2）控制精度高，变频器的数字设定分辩率为±0.01%，模拟设定分辩率为±0.2%。
3）动态特性好，变频器侧采用自关断器件IGBT速度快，且采用SPWM
控制模式，负载电压和频率受控于变频器的CPU，故调节速度快，系统的动态性能好。
4）控制功能很强，适合多种不同性质的负载和不同的控制系统，通过端子可与各种频率设
定信号接口。如：0~10V，4~20MA。可通过端子控制正反转等多种操作。
通过合理调整，转矩提升，转矩限定功能，电流限定功能参数，可满足大起动转矩，运行中
负载变化也不会引起跳闸等事故。变频器的转矩计算CPU会自动根据设定的参数与检测的信号通
过高速计算来满足生产设备的要求。
5）保护功能很强，变频器有13种保护功能，对过压、欠压、过流、过载、过热均能通过计
算机高速计算并作出保护，且能对发生故障的原因给予纪录。
6）变频器有丰富的选择，使系统扩展更为容易，如配上串行通信卡能方便地与计算机和可
编程控制器通信，都在可编程控制器或计算机上设定或修改参数，且能控制变频器的运行状态和
速度给定。并能监视变频器的各种运行参数，使复杂的多机控制系统易于实现。
二、国内一些传统的造纸设备的调速方式现状
制浆造纸工业装机容量大，生产连续性要求高，但大部分造纸厂设备陈旧，工艺落后，尤其调速方式落后，造纸厂需要调速的造纸设备采用以下几种方式调速。
①更换异步电动机的皮带轮进行有级调速。
②交流整流子异步电动机小范围无级调速。
③直流发电机组——直流电机调速。
④可控硅整流装置——直流电机调速（小纸厂常用）。
⑤电磁离合器——鼠笼电机调速。
⑥异步电机配用伞形皮带轮小范围调速（切纸机多用此）。
⑦交流变频器——异步电机无级调速。
三、造纸厂调速设备概况
造纸厂通常需要调速的设备有造纸机、纸板机、复卷机、超级压光机、切纸机、锅炉鼓、引风机、补水泵、循环泵、清水泵、污水泵、纸浆泵、碱回收泵等。
具体调速简况如下所示：调速方式与“二”段中所列出的调速方式对应。
低速纸机多为异步电机总轴传动，单机容量大；老式中速纸机也为总轴传动，新型的均为直流
电机分部传动。目前高速纸机都是直流电动机分部传动。一般有 7-14个分部，装机容量约为3000
KW左右，而单机容量约在200~500KW。
四、造纸厂应用交流变频调速技术的实效
造纸厂属于轻化工企业，是一级防火单位，对防火要求很严。比如造纸小复卷机，很多都采用
可控硅装置——直流电机的调速方式，但因复卷机周围的纸屑，粉尘多，必须经常清扫，否则纸屑
积聚在整流子附近会因电刷打火燃烧，严重威胁安全生产。由于复卷机操作频繁，需再生制动，因
此原直流电动机的碳刷磨损严重，必须定期清扫，换刷，不仅维修费用高，而且影响生产进度。
在造纸厂运用交流变频技术，有如下优点：
1）变频器体积小，重量轻，不必另设控制盘，相对于可控硅装置占地面积大大缩小，而且
安装容易，调试简单，操作方便，噪音小，无振动。
2）调速精度完全满足造纸生产要求，当负荷变化或网络电压在340~420V
范围内波动时，其电机转速无甚变化，适应性强。
3）具有完善的保护功能，集成度高，可靠性高。
4）变频器具自诊断功能，检修方便迅速，大大减少了停机检修时间。
5）有良好的节能效果，节电10%——40%。
6）实现了无级调速，并可从“0”起步，当变换生产品种，进行设备抢修，
更换毛布铜网，或发生其它故障时，均可不停机调速，从爬行、慢速到正常速度均可随意调整，
大大减轻了工人的劳动强度，缩短了检修、试车的时间。既增加了产量，又延长了易损件的使用
寿命，利于提高产品的质量，经济效益非常明显，投资回收快。
7）变频器有软启动功能，非常适用于软启动的调速设备（复卷机、超级压光机）。
五、造纸机的理想拖动系统
国内造纸行业中，纸机拖动系统无论是单机总轴传动，还是分部传动，大多采用晶闸管，整
流双闭环调速稳速系统。如1880造纸机，结构如图：
该系统控制部分所用元件及系统的成套技术比较落后，各类技术参数分散性较大，所组成的
放大器漂移大，受温度影响敏感，电路元件多、焊点多、插接点多、可靠性差，抗干扰能力低，
导致系统稳定差，直接影响纸机产量及产品质量。具不完全统计，上述系统稳定率低于85%，年
维修费用昂贵，该系统所存问题如下：
1）稳速精度低，速度波动频繁。
2）测速机碳刷及换向器的接触不良等造成速度波动。
3）受温度的变化而造成速度的慢漂移。
4）系统维修费用高，值班室不能离人。
5）车速慢，仅80m/min，车速无法提高，针对上述问题，采用交流变频器替代原晶闸管拖动系统，结构如图：
该系统自动化程度很高，内部具有转差自动补偿控制，能自动根据负载电流的变化情况检测
到其变化信号，调整其输出频率，从而达到在负载变化时输出频率自动跟踪的目的。另外，还增
加了一个转速检测及跟踪环节，即由转速编码回检测的电机的转速信号返馈到变频器的频率给定
端，完成速度跟踪的任务。该系统安装调试完后投运一次成功，运行以来，系统运行可靠稳定，
操作简单方便，无须专人值班，车速可大于500m/min。。在线无级调速，稳定率达到了100%，
完全解决了直流拖动系统所存在的问题，从而提高了产品的产量和质量，降低了消耗和成本，减
轻了工人的劳动强度，节能35%以上（直流系统总负荷75A/380V，交流系统为45A/380V），节能
效果明显。运行至今无故障，专家评价认为，该系统在目前拖动系统更新改造项目及新上项目中
是技术超前而且经济效益明显的拖动系统。
六、变频器在连续蒸煮装置中的应用
在造纸行业中，许多电动机需经调速才能使生产正常进行，如造纸车间因各段烘缸的线速度
不同，要对每段烘缸进行调速，一般均采用直流调速。制浆车间连续蒸煮工段，众多纸厂已采用
先进的湿法备料工艺。即用水洗涤苇片达到除渣，预浸功能。因环境极为潮湿，其它调速方式不
能满足生产条件，交流调速是唯一选择的办法。用一台变频器对一37KW四极交流电动机调速。
拖动一台37KW苇片泵，为连蒸部分输送经洗涤后苇片。根据电动机不同转速改变苇片泵流量，
并利用其它手段控制其苇片浓度，使输送的苇片量恒定并达到设计产量所需苇片量，并要电机泵
能在其正常运行范围内工作，要达到以上要求，只有用变频器才能满足其工作条件。
1、湿法备料工艺流程简介。
苇片送到苇片洗涤器内，供液将清水注入洗涤器内，在洗涤器中水和苇片混合，搅拌器使水
和苇片混合物形成涡流洗涤，杂质由排渣器排出，洗净的苇片和水由苇片泵抽出送到脱水机，脱
水后苇片以一定干度送往连蒸部分（见图）。
湿法备料中需用自动化仪表控制洗涤器液位，苇片泵流量等参数。
2、控制系统简介
1）进水流量控制；包括流量变送器、电气调节器三部分。
2）苇片泵转速控制；包括变频器、调节器（显示、给定作用）两部分。
3）洗涤器液位控制；包括压力变送器、配电器、调节器三部分。
控制系统如下：以控制洗涤器液位（80%）为主，使进水、进苇片量和出苇片与水混合物量
达到动态平衡。在产量一定时，苇片消耗量一定，因而在洗涤器中苇片浓度保持一定时，苇片泵
抽苇片和水混合物的流量也就一定，但浓度是人工测出，因此需要调节流量。在实际生产中，输
送的苇片量基本满足生产需要并保持一定，使苇片泵流量稍大，故浓度稍降，这样不易发生阻塞
。苇片泵流量不经常改变，由液位控制部分检测液位，液位变化时，由液位控制部分给进水流量
控制液位量，而改变进水流量。
3、有关工艺参数：
设计蒸煮能力 60t/d（2.5t/h）
得浆率 40%
苇片用量 125t/d(5.2t/h)
洗涤器液浓度 3%
苇片泵流量 170m3/h
4、试运行中的几种方案
在连蒸试机中，曾不用变频器，但试机中发现用四极电动机（1470r/min）
流量太大，远超过液位进水控制范围。若用六极电动机（980r/min）则扬程不够，苇片抽不上来，
故决定用四极电动机。曾想通过改变电动机泵叶轮尺寸以减少流量扬程，但叶轮小后，流量则不
能改变。使用变频器后，通过调速改变流量，随心所欲。从调速改变流量，到使整个系统正常运
行，变频器起到了决定性的作用。
列下表供比较（泵：37KW，电动机：37KW，转速：480r/min △接法：额定电流70.4A）
由表可见，未用变频器时，电机，泵过载，在测试中发现运行不到半小时，泵轴承及电
机发烫，为保全设备，只好停机，且洗涤器液位不能稳定，液位一直在下降。
5、使用变频器后工艺参数实测数据
在实际生产中，洗涤器浓度3%是不易控制的，实测两次数据如下（3%设计指标）。
6、变频器安装情况
洗涤器旁极为潮湿，故变频器安装在MCC柜（电动机集中控制柜）室内，距苇片泵约15m，
由电缆电气连接，安装严格按说明书，接地妥善处理，据安装试运行发现，接地非常重要，在不
连接电动机地线时，因变频器谐波较丰富，在电动机接地线上感应出对地电压4V左右，电机三
相线也有感应电流，从而造成计量仪表误差和三相不平衡（在只抽水时，曾测三相电源电流未接
地时为36A，50A，50A，接地后三相电流为40A，41A，41A）。
7、运行情况
运行中严格执行操作规程，不可违章操作。从变频器使用情况看，除其优良的调速性能外，
启动时对泵叶轮损伤很小，变频器有软启动功能，启动电流小，有效保护了电机。使用变频器，
不仅有很好的节能效果，而且能满足生产工艺的变化要求，产品质量产量提高。如果运行频率在
40HZ以下，节能就能达到30%以上。
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