中國造紙工業(yè)有效生產(chǎn)能力自1990年以來(lái)，特別是自1995年以來(lái)一直在持續增長(cháng)。到2002年底為止，我國有4000多個(gè)造紙廠(chǎng)，其中規模以上的有2600多家。2002年的總產(chǎn)量達到了3780萬(wàn)噸。在今后的1-2年中，還將會(huì )有近1000萬(wàn)噸的新增生產(chǎn)能力。目前的新增紙機的傳動(dòng)設備已經(jīng)有80%以上采用交流傳動(dòng)變頻器。目前在紙機分部傳動(dòng)上使用的變頻器必須能同時(shí)具備以下特點(diǎn)

    （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(shù)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(dòng)的效果。

    （6）能接入編碼器，并要求啟動(dòng)力矩大。

　?。ㄒ唬?、造紙機變頻改造的前景和分析。

　　據有關(guān)方面統計，我國擁有3780多萬(wàn)噸生產(chǎn)能力，單機生產(chǎn)能力在5萬(wàn)噸以上以及紙板機生產(chǎn)能力在10萬(wàn)噸以上的不足三分之一，尚有三分之二以上的生產(chǎn)能力需要投入巨資改造，其中至少三分之一的紙機需要部分或全部更換原來(lái)的傳動(dòng)部分（包括機械齒輪箱和電機傳動(dòng)），以提高車(chē)速或降低能耗。

　　我國造紙機分部傳動(dòng)設備，以前采用SCR直流調速方式，由于存在滑環(huán)和炭刷造成可靠性和精度不高，從而導致紙機的機械落后，最高車(chē)速也只有200m/min左右，很難同國外的1000m/min的高速紙機相比。造紙是一個(gè)連續生產(chǎn)的過(guò)程，因此生產(chǎn)線(xiàn)的連續和有序控制成為了制約成品紙質(zhì)量和產(chǎn)量的瓶頸。直流調速系統在紙機的發(fā)展史上占有重要的地位，但由于直流電機存在維護難、抗環(huán)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(shí)間長(cháng)；

    （2）直流電機維修困難多,要求高,修理費用也高；

    （3）測速發(fā)電機易磨損，造成傳動(dòng)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。

　　交流變頻調速技術(shù)以其卓越的調速性能,顯著(zhù)的節電以及在國民經(jīng)濟領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認為是一種最有前途的交流調速方式。它不但具有直流電機優(yōu)良的調速性能，同時(shí)具有交流電機簡(jiǎn)單、可靠，因而逐漸被廣泛應用由此看來(lái)，造紙機分部傳動(dòng)機械的變頻化已是大勢所趨。

　　造紙機傳動(dòng)的變頻改造有非常好的效果，如從工藝上改善紙品、增加產(chǎn)能、降低能耗、延長(cháng)停機檢修周期。

　　以某廠(chǎng)改造一臺長(cháng)網(wǎng)紙機為例，它有兩個(gè)分部：一個(gè)是烘缸（干部），一個(gè)是網(wǎng)部（濕部）。根據工藝要求抄紙速度為20－100m/min，紙頁(yè)定量為9－30g/m2。一般紙機的傳動(dòng)精度要求達到1－3‰，由于速度變化范圍大，最低定量為9g/m2,要求紙機的傳動(dòng)精度更高。因此，選擇紙機的傳動(dòng)控制方案閉環(huán)系統。

　?。ǘ?、節能效益分析

　　根據該廠(chǎng)改造前和改造后紙機能耗對比，如下：

　　改造前的電功率：90米的車(chē)速P90=74A×180V＋3×220=13980W=13.98kW（直流傳動(dòng)）

　　按一年生產(chǎn)300天計：整機用電=300×24×13.98=100656（kWh）

　　改造后的電功率：90米的車(chē)速P90=1.732×16A×380V=10530W=10.53（kW）（變頻傳動(dòng)）

　　整機用電=300×24×10.53=75816（kWh）

　　全年可節電=100656－75816=24840（kWh）

　　由此可以得出應用變頻器后實(shí)際節能為：25%

　?。ㄈ?、工藝效益分析

　?、偌垯C的運轉率提高：27%以上（由月平均產(chǎn)量得到，已排除其他因素）可增產(chǎn)值：

　?、诔善仿侍岣撸?.6%

　　綜上所述，采用變頻器后提高紙機的運轉性能，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟效率。

　?。ㄋ模┰旒埜綄僭O備的變頻器應用分析

　　造紙機的輔助設施包括以下幾個(gè)系統：供漿系統、白水系統、真空系統、壓縮空氣系統、化學(xué)品制備及傳送系統、供水系統、蒸汽系統等。為了使造紙機能夠連續均衡地運轉，它的輔助設施能力，一般應超過(guò)造紙機的最大生產(chǎn)能力的15%-30%，這將存在具大的能量損耗。

　　供漿系統的變頻應用

　　供漿系統必須滿(mǎn)足下列幾個(gè)條件：

　?。?）向造紙機輸送的漿料要穩定，誤差不能超過(guò)±5%；

　?。?）漿料的配比和濃度要穩定均勻；

　?。?）貯備一定的漿料量，使供漿能力可以調節，以適應造紙機車(chē)速和品種的改變；

　?。?）對漿料進(jìn)行凈化精選

　?。?）處理造紙機各部分損紙。

　　通常情況下，供漿系統由供漿管路的漿泵、沖漿泵和凈化設施的壓力篩、除渣器組成，要達成以上五點(diǎn)目的，最主要就是要對漿泵和沖漿泵從全速運行變?yōu)榭伤俣日{節變頻運行，最終滿(mǎn)足供漿自動(dòng)化。

　　以沖漿泵為例來(lái)說(shuō)明變頻器的速度控制流程：該變頻控制宜采用雙閉環(huán)系統的速度控制方式，外環(huán)是速度閉環(huán)，內環(huán)是電流或轉矩閉環(huán)。沖漿泵速度的設定值一方面是由漿速和網(wǎng)速比變化而獲得，另一方面是來(lái)自于流漿箱的壓力控制器。前者是主調，后者是微調。紙機的漿速和網(wǎng)速比基本上是恒定的，因此紙機的網(wǎng)速一旦變化，沖漿泵的轉速也跟隨變化；為了提高速度調節器的精確性和反映流漿箱的實(shí)際工藝過(guò)程，通常還需取流漿箱的壓力PID控制輸出值的±５％的變化來(lái)作為沖漿泵附加的速度設定值。速度的實(shí)際值取自傳動(dòng)電機的實(shí)際速度采樣，可通過(guò)旋轉測速電機或光電旋轉編碼器等檢測裝置獲取。電流的設定值取自速度環(huán)的輸出信號，電流的實(shí)際值取自各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的交流變頻器輸出端電流互感器的測量值。因此對于沖漿泵的變頻調速而言，需對其進(jìn)行PID控制，可達到理想節能效果。

　?。ㄎ澹?、壓縮空氣系統的變頻應用

　　壓縮空氣常用于造紙機網(wǎng)部與壓榨部的氣動(dòng)加壓升降裝置、網(wǎng)毯的校正裝置、氣墊式流漿箱、引紙設備、涂布氣刀以及各種氣動(dòng)儀表和調節裝置等處。

　　壓縮空氣系統中，主要設備有空氣壓縮機、儲氣罐、減壓閥、空氣過(guò)濾器、汽水分離器及安全閥等，造紙機上通常壓力需要為5-6BAR左右。在大多數紙廠(chǎng)中，都通過(guò)2臺以上的空壓機并列運行，然后通過(guò)儲氣罐來(lái)保持壓力恒定。

　　由于壓縮機功率較大且控制壓力一般都通過(guò)加載或卸載來(lái)調節，電動(dòng)機始終處于全速運行狀態(tài)。實(shí)踐表明該控制方式耗能巨大，浪費嚴重。所以目前都已趨向產(chǎn)用一臺變頻多臺工頻的方式來(lái)控制壓縮機組，并組成壓力閉環(huán)。

　?。?、化學(xué)品制備及傳送系統的變頻應用

　　由于在脫墨、制漿、涂布、施膠等部位要用到大量的化學(xué)品，其使用量與紙機多傳動(dòng)的速度成正比，所以在化學(xué)品的傳送系統（如泵）必須采用無(wú)級交流調速系統。在化學(xué)品制備中要用到大量的研磨設備，如球磨、膠體磨、砂磨、高切變分散攪拌器等，他們最大的特點(diǎn)就是高功率、高耗能、使用環(huán)境惡劣。目前已經(jīng)有許多廠(chǎng)家在研磨設備上采用變頻器取得了良好的效果。

　　以磨漿機為例，其工作原理是將待研磨的涂料經(jīng)送料泵輸入筒體后，在高速旋轉的分散盤(pán)帶動(dòng)下，遭到研磨介質(zhì)的強烈撞擊、研磨而被分散混合到溶劑中，制成合格的涂料，然后經(jīng)頂篩過(guò)濾流出。該設備的主電機為110KW，在未使用變頻器之前，通常是在啟動(dòng)前期，采用點(diǎn)動(dòng)方式多次（三次以上）重復以使涂料與研磨介質(zhì)混合均勻；針對不同的涂料，有時(shí)需要不同的工藝轉速，但實(shí)際上只能滿(mǎn)速運行；無(wú)法掌握進(jìn)料量，來(lái)保證主電機不過(guò)載；耗能非常嚴重。而使用110KW變頻器就很好地解決了以上問(wèn)題，可以方便地設置點(diǎn)動(dòng)速度和慢速運行時(shí)間，確保涂料與介質(zhì)混合達到最均勻；可以在線(xiàn)無(wú)級調速，不同品種使用不同的研磨速度；進(jìn)料量只要從電機的實(shí)際運行電流就可以來(lái)控制進(jìn)料量，且有過(guò)載預報警功能和免跳閘功能；節能率，一般可達20%以上；降低了齒輪箱的損耗，避免了工頻啟動(dòng)對齒輪箱的沖擊；由于啟動(dòng)時(shí)，電流平緩，避免了對電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的安全運行。目前在山東、黑龍江、海南等地的造紙企業(yè)已經(jīng)有了批量應用。

　?。ㄆ撸?、烘干部通風(fēng)系統的變頻應用

　　在烘干部，紙頁(yè)中蒸發(fā)出來(lái)的所有水汽被空氣吸收后，必須通過(guò)強制通風(fēng)不斷地從造紙車(chē)間排除。烘干部通風(fēng)良好與否，直接影響到紙頁(yè)中水分的蒸發(fā)速度和整個(gè)烘干過(guò)程的經(jīng)濟性；通風(fēng)良好，可降低空氣中的蒸汽飽和度，從而減低烘缸蒸汽的消耗量，提高烘干速度。

　　排除烘干部蒸發(fā)水量所必需的空氣量，與進(jìn)入以及排出的空氣溫度和濕度有關(guān)，也與采用的通風(fēng)系統、氣候條件和季節有關(guān)。通常，在現代紙機中采用強制的空氣循環(huán)以求高效，用進(jìn)氣鼓風(fēng)機將加熱到80度左右的干燥空氣送進(jìn)烘干部下層，使在烘缸之間吸附熱汽形成向上的氣流，然后通過(guò)排氣抽風(fēng)機將匯集在氣罩中的濕熱空氣抽出室外（最后回收余熱）。在高速紙機中，由于烘缸數量的增多，通常都分成幾段的鼓風(fēng)機和排風(fēng)機組。采用變頻器之后，可以根據通風(fēng)空氣量的計算公式，隨時(shí)調節進(jìn)氣量（鼓風(fēng)機的轉速）和排氣量（排風(fēng)機的轉速），而無(wú)須采用傳統的風(fēng)門(mén)控制，進(jìn)一步降低能耗，降低風(fēng)機的噪音，提高機械壽命

　?。ò耍?、水系統的變頻應用造紙機是個(gè)耗水大戶(hù)，包括白水系統、污水系統、密封水系統、噴淋系統、清水系統等，通常情況下都需要用到管網(wǎng)恒壓力供水，但傳統的控壓都是通過(guò)旁路和調節閥來(lái)進(jìn)行，很少用到變頻器。但是由于中國國內水資源的普遍缺乏，而變頻器的應用將可以節水10%和節能30%，必然會(huì )降低紙廠(chǎng)的日常運行成本。

　　變頻器使用在水系統上通常有二種模式：即變頻固定方式、變頻循環(huán)方式。

　　變頻固定方式：變頻器變頻輸出固定控制一臺泵而其余各泵由工頻電網(wǎng)直接供電，它們的啟停信號由PLC進(jìn)行邏輯控制；

　　變頻循環(huán)方式：變頻器按照一定順序輪流驅動(dòng)各泵運行。變頻器能根據壓力閉環(huán)控制要求自動(dòng)確定運行泵臺數（在設定范圍內），同一時(shí)刻只有一臺泵由變頻驅動(dòng)。當變頻器驅動(dòng)的泵運行到設定的上限頻率而需要增加泵時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運行，同時(shí)驅動(dòng)另一臺泵變頻運行。