摘 要：造紙行業(yè)是我國的基礎工業(yè)之一，國內(nèi)紙漿造紙企業(yè)數(shù)量大、分布廣，在整個國民經(jīng)濟中占有重要的地位。造紙變頻的最主要應用是多電機分部傳動和風機水泵類負載。本文分析了造紙行業(yè)的變頻應用情況和改造前景。 關鍵字：變頻器 造紙 應用 分析 一、造紙行業(yè)的應用背景 造紙行業(yè)是我國的基礎工業(yè)之一，國內(nèi)紙漿造紙企業(yè)數(shù)量大、分布廣，在整個國民經(jīng)濟中占有重要的地位。 造紙變頻的最主要應用是多電機分部傳動。由于老式紙機很多采用單直流電機傳動，且通過機械分配轉速的方式進行調(diào)速，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常由于機械磨損、皮帶的打滑等因素造成速度匹配失調(diào)，容易形成斷紙、厚薄不均等現(xiàn)象，同時由于現(xiàn)場高溫潮濕而使電機維護量增加。為了優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，很多現(xiàn)場已將其改為多電機分部傳動，即取消直流電機及其動力的機械傳動部分，在每一個傳動分部安裝交流電機并配置相應的變頻器，同時采用交流多點傳動方式，結合速度控制、張力控制、負荷控制等不同的方式進行傳動配置。為了生產(chǎn)過程中紙頁特性變化的需要，造紙機的分部傳動除了保證高精度的同步控制外，還必須能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)車速，且各個分部的速度能單獨調(diào)節(jié)。 同時，造紙行業(yè)也是風機水泵類負載的大戶，而且該類負載的運行時間都是連續(xù)的，各個廠家是根據(jù)實際的工作情況，需要對風機、水泵的負載作不同程度的調(diào)節(jié)，這就使變頻器在造紙行業(yè)的應用而為企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟效益。 二、造紙行業(yè)變頻器的應用分析 1、造紙產(chǎn)能 中國造紙工業(yè)有效生產(chǎn)能力自1990年以來，特別是自1995年以來一直在持續(xù)增長。據(jù)中國造紙協(xié)會對綜合信息資料調(diào)查，2004年全國紙及紙板生產(chǎn)企業(yè)約有3500家，全國紙及紙板生產(chǎn)量4950萬噸，較上年4300萬噸增長15.1％。消費量5439萬噸，較上年4806萬噸增長13.2％，人均年消費量為42公斤，比上年增長5公斤。從2004年的生產(chǎn)和消費形勢分析來看，全年生產(chǎn)和消費均呈現(xiàn)升高的走勢，并保持了較高速度增長。特別是紙及紙板生產(chǎn)增量650萬噸，達歷年最高。生產(chǎn)量增幅較大的主要品種有新聞紙、輕量涂布紙、銅版紙、涂布白紙板、箱紙板、瓦楞原紙等。消費量增幅較大的主要品種有：新聞紙、輕量涂布紙、銅版紙、書寫紙、箱紙板、涂布白紙板、瓦楞原紙等。 假設我國在今后一段時間內(nèi)GDP總量以年均7%的速度遞增，同時，取過去12年的年均人口增長率0.91%作為今后的年人口凈增長率，到2010年，我國的人均GDP達到13890元人民幣，屆時人均耗紙量可上升到60公斤?？梢灶A測，到2010年，總消費量將達6900萬噸。而在今后的幾年中，還將會有近1000萬噸的新增生產(chǎn)能力。屆時，我國造紙工業(yè)的生產(chǎn)能力總和將會達到近5500萬噸。據(jù)統(tǒng)計，自從2000年以來，全球生產(chǎn)的大型造紙機有1/2都安裝在中國。目前，高檔紙機在國內(nèi)市場的占有率為33％，而且基本上以國際造紙機械巨頭如VOITH、METSO、ANDRITZ等為主。 2、造紙變頻器的容量 由于目前的新增紙機的傳動設備已經(jīng)有80%以上采用交流傳動變頻器，所以在今后每年新增的300-400萬的產(chǎn)量中，每年的紙機傳動裝機容量將非?？捎^。 我們以某廠引進的VOITH產(chǎn)的17.5萬噸/年的紙板機的裝機容量為例，它的紙品為雙面涂布白板紙，其幅寬4.2米，包括四層網(wǎng)部、四道壓榨、10組烘缸、1組冷缸、1組施膠壓榨、3道雙輥壓光、4組氣刀涂布、1個卷紙部等，共計72個傳動，設計克重120-500、車速600米/分，其紙機分部傳動（就是指72個紙機傳動）的變頻容量總計為5490KW。由此可以計算出通用的噸紙傳動容量計算為31W，那么我們就可以概算出今后每年的變頻裝機容量大約為9萬KW左右。以紙機系統(tǒng)設計1KW/2000RMB的計算，共計有1.8億左右的紙機主傳動市場。當然在這里面，變頻器品牌基本上是由國外主要生產(chǎn)廠商ABB、SIEMENS、AB、YASKAWA、三菱等占主導地位。 從目前情況看，我國所有造紙制漿機械的生產(chǎn)能力大概在35～45萬噸/年，2004年的制漿造紙設備制造業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值為56.9億元，國內(nèi)的市場份額大概不到1/4，其余將全部是國外的造紙機械商所占有。 我們也同時注意到高檔紙機的增加量將達到歷史的最高峰，幅寬的增大和車速的快速提高都促使在新增的紙機裝機中大量使用最新的高檔矢量型或DTC控制型變頻器，而目前國內(nèi)相應的成熟變頻器基本沒有，所以大部分為進口品牌所擁有，國內(nèi)品牌的份額不到5%。當然我們也注意到，由于中國日益成為世界工廠，由中國制造的變頻器將逐漸走向已經(jīng)有本地化機構的國際紙機機械廠家（如美卓紙業(yè)、VOITH紙業(yè)）的高檔造紙機。 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性：（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；（6）利用通訊功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速串行傳輸。 三、造紙行業(yè)變頻傳動配置的發(fā)展趨勢 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。變頻調(diào)速作為目前來說最強有力的控制方式進入了原本屬于直流調(diào)速（適用于大中紙機）和滑差電機（適用于中小紙機）天下的造紙領域，并已近取得良好的市場效果。 目前，國際上先進的造紙機都朝高效率、低消耗方向發(fā)展，這是市場競爭的需要。而目前有很多正在運行的造紙機在這方面則處于劣勢，有必要進行技術改造進行升級；而對于造紙機械的廠家也必須迎頭趕上，從設計的源頭進行性能提升。 傳動作為造紙機的核心部分，其發(fā)展要求是提高車速和自動化程度?，F(xiàn)在運行中的一些國產(chǎn)造紙機，最快的只有500-600米/分，而國外造紙機運行速度已達1600-1800米/分，某些甚至超過2000米/分，差距甚大。車速越快效率則越高。同時目前國產(chǎn)造紙機多為人工控制，即使是最新的國產(chǎn)造紙機，其自動控制紙機，其自動控制程度也不高，而國外大型造紙機，其自動化程度相當高，隨著紙機的高速和大型化，靠人工控制已是很難的事。 在這里，我們將從著重闡述數(shù)字化網(wǎng)絡、可控張力和轉矩、直接傳動系統(tǒng)三個不同的方面來闡述紙機傳動配置的發(fā)展趨勢。 1、數(shù)字化網(wǎng)絡的造紙機傳動控制系統(tǒng) 目前的造紙機上，對于傳動的控制基本上有兩種：（1）模擬控制；（2）數(shù)字控制。 模擬控制的傳動控制系統(tǒng)結構簡單、容易操作作，對用戶技術方面要求不高，速度精度可以滿足用戶的需求，且穩(wěn)定可靠，同時具有速度統(tǒng)調(diào)、微調(diào)滿足生產(chǎn)工藝的要求，并可以根據(jù)負載結構的變化，靈活的改變控制方式，它還有良好的顯示界面，操作者能夠實施控制設備運行狀況。但它只能適用低速紙機，且不易實現(xiàn)管控一體化。 數(shù)字控制的傳動控制系統(tǒng)，可以廣泛應用于線路較長、分部傳動數(shù)量較多的中大型高速紙機。它利用通訊方式實現(xiàn)系統(tǒng)的全數(shù)字控制，抗干擾能力強、信號衰減差，分辨率高，可實現(xiàn)高精度控制，同時可以根據(jù)紙機工藝要求及負載情況控制更靈活。 無論是二級控制系統(tǒng)或者三級控制系統(tǒng)，全數(shù)字技術的運用不但大幅度提高了紙機車速，而且減輕了工人勞動強度和減少了維修時間。使產(chǎn)量和經(jīng)濟效益大幅度提高。全數(shù)字分部傳動技術是模擬量控制技術和總軸傳動系統(tǒng)無法比擬的。 在目前傳動數(shù)字化網(wǎng)絡中，PROFIBUS始終是最受歡迎的。PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線特別適應于需要快速響應和數(shù)據(jù)交流量不大的現(xiàn)場，是一種開放式現(xiàn)場總線系統(tǒng)，并以標準化。PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線有以下特點：經(jīng)過雙絞線或光纜的進行數(shù)據(jù)傳輸、能進行自動化系統(tǒng)的柔性和模塊化設計、節(jié)省接線費用、最多125個節(jié)點、最大為12Mbit/s、響應時間短、傳輸距離可達23.8Km、通過各種專用集成電路（ASIC）和接口模板、簡化設備的連接,PROFIBUS-DP是“全集成自化”的系統(tǒng)總線、世界上著名的可編程序控制器銷售商普遍認識到作為現(xiàn)場層標準接口的PROFIBUS-DP的優(yōu)點?；谝陨显虮舅诩垯C的電氣控制上也大量采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線。 目前國內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡的傳動系統(tǒng)主要有西安寶德自動化的WB-PDD-A系統(tǒng)、杭州華章電氣的HZ-AC3000系統(tǒng)、上海造紙電控所的SIED紙機電氣二級或三級控制系統(tǒng)等。 WB-PDD-A造紙機控制系統(tǒng)是針對2640/320低定量涂布造紙機設計開發(fā)的，電氣傳動系統(tǒng)采用國際標準工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS，以1.5MH的通訊速率將西門子最新型S7-400PLC、6RA24全數(shù)字直流傳動裝置、OP37智能操作單元等構成現(xiàn)場局域網(wǎng)實現(xiàn)造紙系統(tǒng)的張力、速度、負荷分配等各種參數(shù)的設定及控制，可對紙線中的任何一臺傳動裝置進行啟動、停止、爬行、點動、松弛和張緊控制。系統(tǒng)環(huán)境為中文WIN95界面，應用軟件采用西門子WINCC組態(tài)軟件。系統(tǒng)可對每一個傳動控制點的過程參數(shù)、故障狀態(tài)進行實時顯示、監(jiān)視、存儲及打印，并提供歷史趨勢圖及完成工藝參數(shù)的在線修改與保存。 HZ-AC3000造紙系統(tǒng)采用的是基于微處理器的速度環(huán)、轉矩環(huán)和張力環(huán)三環(huán)自動調(diào)整控制原理，在程序設定中可以自由調(diào)整加減速時間及最大/小速度值。速度閉環(huán)控制、負荷分配控制、轉矩/張力控制和松弛等構成了一個開放式的樹狀速度鏈，它是整個傳動控制系統(tǒng)的核心，各種控制方式在這里得到了和諧的統(tǒng)一。對于濕部傳動控制，為了保證紙張的復合效果，決定網(wǎng)部的驅網(wǎng)輥采用速度閉環(huán)控制；同一網(wǎng)上的傳動點之間、相互接觸的壓榨輥之間采用負荷分配。而對于干部傳動控制。由于干部的紙張已經(jīng)建立了張力，所以，干部的控制以張力為目標。對張力容易發(fā)生變化的區(qū)域內(nèi)的傳動點采用轉矩/張力控制，而對張力不容易發(fā)生變化的區(qū)域內(nèi)的傳動點則采用速度閉環(huán)控制。HZ-3000控制網(wǎng)絡還提供了系統(tǒng)連鎖（安全連鎖、工藝連鎖、起動連鎖、停機連鎖、斷紙連鎖、故障連鎖等）和系統(tǒng)保護（相序監(jiān)測、缺相監(jiān)測、欠壓監(jiān)測、過壓監(jiān)測、瞬間過流保護、長時過流保護、編碼器信號丟失報警和保護、超頻、超速報警和保護、接地故障報警、通訊故障報警等）。由于在紙機傳動控制系統(tǒng)中采用了通訊網(wǎng)絡技術，紙機各傳動分部的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)連鎖信息能通過通訊網(wǎng)絡直接傳送到信息層網(wǎng)絡，即以太網(wǎng)。而以太網(wǎng)采用公開的通訊協(xié)議（EtherNetIP），因此能將數(shù)據(jù)傳送給其它系統(tǒng)（如MCS、DCS和QCS系統(tǒng)）。 SIED造紙系統(tǒng)包括三部分：（1）工業(yè)PC機并預裝先進的工控軟件作為上機，用于過程、生產(chǎn)流程、機械和設備的可視化操作。通過MPI（多點接口）與PLC主站通訊。（2）PLC主站采用先進的高性能PLC系統(tǒng)配置，并提供標準工具及軟件對硬件進行配置、參數(shù)設置、編程、操作、診斷。通過PROFIBUS-DP接口連接到現(xiàn)場級PROFIBUS-DP網(wǎng)絡上，以12Mbit/s的通訊速度與下一級HMI人機界面或傳動控制裝置通訊。（3）HMI人機界面或傳動控制裝置通過PROFIBUS-DP接口連接到現(xiàn)場PROFIBUS-DP網(wǎng)絡上。HMI人機界面或傳動控制裝置完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并通過現(xiàn)場級PROFIBUS——DP網(wǎng)絡交換數(shù)據(jù)和接受PLC主站指令并向PLC主站發(fā)送數(shù)據(jù)。 2、可控張力和轉矩 在紙和紙板工業(yè)生產(chǎn)中，通常都需要進行張力和卷取控制，以生產(chǎn)符合要求的紙材，如超級壓光機、復卷機、機外涂布機、切紙機等。目前，矢量變頻器對于轉矩和張力的控制已經(jīng)可以基本滿足造紙生產(chǎn)工藝的要求，其采用的方式主要有兩種：閉環(huán)張力控制和開環(huán)張力控制。 張力閉環(huán)，是通過張力檢測裝置反饋張力信號與張力的設定值構成PID閉環(huán)，然后調(diào)整變頻器的輸出頻率命令（速度模式）或輸出轉矩指令（轉矩模式）。此方案可以適用于高精度的張力控制場合，如復卷機的張力控制。 但對于要求并不要求嚴格、又要求性價比高的收卷來說，可以采用比較實用的矢量變頻器限轉矩方法，可以省去張力傳感器、PID控制器，而只需要簡單的變頻器加PLC控制即可。在這種控制方式下，實際張力還是必須要知道的，無非它是通過變頻器內(nèi)部的檢測和計算來獲取的，從而省去張力檢測裝置，降低了系統(tǒng)的成本和難度。 矢量控制的變頻器是通過對電機磁通電流和轉矩電流的解耦控制，實現(xiàn)了轉矩的快速響應和準確控制，可以很高的控制精度進行寬范圍的調(diào)速運行。 就目前的技術而言，具有收卷和放卷控制的變頻器已經(jīng)在紙機傳動的很多設備進行了廣泛的應用，并以簡介的配置和靈活的應用獲得了用戶的好評。 3、直接傳動系統(tǒng) ABB從事紙機傳動系統(tǒng)的供應已經(jīng)有100年的歷史了。初期是采用長軸傳動，在上世紀六十年代開始被直流分部傳動所替代。1983年，ABB公司第一個將交流的分部傳動概念運用到紙機工業(yè)中?，F(xiàn)在看來，所有的新紙機和大部分的紙機改造會采用交流分部傳動。 為了更大程度上提高可靠性和降低運行周期成本，ABB在20世紀90年代中期開始著手發(fā)展一個新的紙機傳動系統(tǒng)。其目標就是將一個高轉矩直接耦合到紙機的傳動端，從而可以在大部分情況下省去傳動電機和紙機部分耦合的機械部分（如齒輪箱等）。 新一代紙機傳動的第一個例子是在1999年中期在芬蘭的一家紙機上，它已經(jīng)成功運行到現(xiàn)在。該傳動的功率是在234轉/分時輸出90KW。ABB其實是用“虛擬的數(shù)字齒輪箱”來替代了真正的機械齒輪箱。 在直接傳動系統(tǒng)中，馬達是通過一個傳統(tǒng)的低速連接器直接耦合到紙機部分的。該電機是同步永磁電動機。ABB能提供這種專為紙機配套的系列電機產(chǎn)品。傳動柜通常是由ABB的ACS600/800變頻器組成的。關于變頻器的硬件組成是與傳統(tǒng)的交流異步傳動一致的，都可以采用風冷和水冷。而軟件的設計則是專用的永磁電機驅動軟件。同步電機允許在紙機上采用無編碼器的運行方式。傳動部分的控制系統(tǒng)、應用軟件以及人機界面的控制這幾部分都是跟ABB在紙機上的解決方案一致。因此，直接傳動能與其他的ABB傳動方案同時并列運行，而且ACS600/800無須更換就可以升級到新的直接傳動系統(tǒng)。 隨著直接傳動技術的發(fā)展，一個更簡單的紙機傳動系統(tǒng)現(xiàn)在看來已經(jīng)可以出現(xiàn)在人們的面前。 在通常的紙機傳動中，齒輪電機的速度通常都是在1500轉/分到1800轉/分。然后通過選擇合適的齒輪比就可以獲取合適的紙機運行速度。而在直接傳動中，電機的額定轉速通常是在300轉/分到600轉/分。使用一個傳統(tǒng)的異步電機在此速度下運行，電機的尺寸將至少會是現(xiàn)在的2倍。很明顯這樣既不實用也不有效，因此這也是我們要發(fā)展新電機的一個原因。在新的永磁電機中，用永磁體替代了異步電機的鼠籠式導體。 在新的轉子設計中，已經(jīng)充分注意到降低轉矩諧振以滿足紙機運行所需要的光滑轉矩特性。既然轉子是實際上不耗能的，電機就能設計成更高的功率段，而且允許有更高的定子能量損耗。由于轉子是永磁體，定子電流不再需要用做轉子的勵磁部分，因此能夠產(chǎn)生更有效的轉矩。幾乎由定子產(chǎn)生的損耗如采用水冷式還能達到更高的負載穩(wěn)定性能。 用戶將從直接傳動中獲益，采用直接傳動的好處主要有： （1）由于采用更少的機械傳動部件可以使工廠節(jié)省工程施工成本和安裝費用； （2）直接采用同步電機，降低了轉矩脈動，能更好地保證紙機運行可靠性； （3）更少的機械傳動部件和省去了編碼器使得紙機具有更高的可靠性； （4）由于采用更少的零部件使得系統(tǒng)更加簡單，維修成本也大為降低； （5）更低的能量損耗。 幾年前ABB公司就已經(jīng)與一家叫RSO的咨詢公司合作開展對將傳統(tǒng)的齒輪傳動更換直接傳動后節(jié)能的研究，這里就講講當時這項研究的主要部分。這項課題的研究方向就是針對一個現(xiàn)代的、高容量的紙機。運行成本的節(jié)省是從用戶的觀點出發(fā)來考慮的。運行成本的節(jié)省包括在齒輪箱、聯(lián)結器、附件和備件以及齒輪的附件系統(tǒng)。在建筑結構的投資、相關的工程施工工作等也需要計算在內(nèi)。所有者的費用能分為運行費用、維護費用以及所引起的其他費用。直接傳動系統(tǒng)省去了齒輪箱，尺寸的減少也可以節(jié)省廠房空間和傳動的基礎部分。對紙機部分的影響也同時省去了對該部分進行計劃的成本。在對齒輪箱傳動改造后可以騰出更多的空間來放置新的設備。影響紙機的因素包括地面設備的安置、電氣室的配置和其他的電氣設備等，同時也包括了維護人員日常的巡檢通道、排風機的通風等。間接的受益還包括提供了一個更大的工作空間。研究的結果表明總的費用節(jié)省大概是一臺相同規(guī)模紙機，20%是來自獲得的節(jié)省額，80%是用戶的成本。 四、造紙行業(yè)變頻改造的前景 我們在關注新增紙機產(chǎn)能的同時，我們也必須注意到現(xiàn)有紙機的改造一塊。據(jù)有關方面統(tǒng)計，我國擁有3780多萬噸生產(chǎn)能力，單機生產(chǎn)能力在5萬噸以上以及紙板機生產(chǎn)能力在10萬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的傳動部分（包括機械齒輪箱和電機傳動），以提高車速或降低能耗。事實已經(jīng)證明造紙企業(yè)是高能耗企業(yè)，據(jù)多年的數(shù)字統(tǒng)計，每噸紙所耗電能都在500度以上，電力消耗十分嚴重。 在今后五年間大約有40～60萬KW制漿造紙設備的裝機功率需要投入改造。按改造系統(tǒng)1KW/1500RMB的計算，會將近有6～9億左右的變頻器市場，由于原本涉及國內(nèi)本地化改造項目，將會有相當數(shù)量地采用國產(chǎn)變頻器，因此這將是國產(chǎn)變頻器可以角逐的天地，市場潛力巨大，應該引起足夠重視。 1、紙機分部傳動的變頻改造 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。直流調(diào)速系統(tǒng)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(xiàn)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(fā)電機易磨損，造成傳動系統(tǒng)精度低；4.直流調(diào)速控制系統(tǒng)復雜,調(diào)試困難,一般技工很難調(diào)出好的機器。 目前我國造紙機分部傳動設備，以前采用SCR直流調(diào)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，最高車速也只有200m/min左右，很難同國外的1000m/min的高速紙機相比。 紙機傳動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、延長停機檢修周期。為了生產(chǎn)過程紙頁特性變化的需要，紙機的變頻傳動能夠保證在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)車速，且各個分部的速度能單獨調(diào)節(jié)。 2、造紙附屬設備的變頻改造 造紙機的輔助設施包括以下幾個系統(tǒng)：供漿系統(tǒng)、白水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、化學品制備及傳送系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)等。為了使造紙機能夠連續(xù)均衡地運轉，它的輔助設施能力，一般應超過造紙機的最大生產(chǎn)能力的15%-30%。 該處應用尚未引起足夠重視，這也是提高變頻器份額的最有效手段和方法。 A、供漿系統(tǒng)的變頻應用 供漿系統(tǒng)必須滿足下列幾個條件：（1）向造紙機輸送的漿料要穩(wěn)定，誤差不能超過±5%；（2）漿料的配比和濃度要穩(wěn)定均勻；（3）貯備一定的漿料量，使供漿能力可以調(diào)節(jié)，以適應造紙機車速和品種的改變；（4）對漿料進行凈化精選；（5）處理造紙機各部分損紙。 通常情況下，供漿系統(tǒng)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{(diào)節(jié)變頻運行，最終滿足供漿自動化。 B、壓縮空氣系統(tǒng)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儀表和調(diào)節(jié)裝置等處。 壓縮空氣系統(tǒng)中，主要設備有空氣壓縮機、儲氣罐、減壓閥、空氣過濾器、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(shù)紙廠中，都通過2臺以上的空壓機并列運行，然后通過儲氣罐來保持壓力恒定。 由于壓縮機功率較大且控制壓力一般都通過加載或卸載來調(diào)節(jié)，電動機始終處于全速運行狀態(tài)。實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控制壓縮機組，并組成壓力閉環(huán)。 C、化學品制備及傳送系統(tǒng)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品，其使用的量與紙機多傳動的速度成正比，所以在化學品的傳送系統(tǒng)（如泵）必須采用無級交流調(diào)速系統(tǒng)，其首選為變頻器。主要是基于該化學品泵的功率較小，一般都在0.4KW-5.5KW之間，而這一功率段的變頻器的性能價格比已經(jīng)屬于最優(yōu)，多年前還在廣泛使用的電磁調(diào)速和無級調(diào)速齒輪泵都已經(jīng)面臨淘汰。根據(jù)最新市場統(tǒng)計，中等品牌的最低功率變頻器已經(jīng)跌至千元以下。 在化學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，他們最大的特點就是高功率、高耗能、使用環(huán)境惡劣。目前已經(jīng)有廠家在研磨設備上采用變頻器取得了良好的效果。 以砂磨機為例，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帶動下，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)頂篩過濾流出。該設備的主電機為200KW，在未使用變頻器之前，通常是在啟動前期，采用點動方式多次（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，有時需要不同的工藝轉速，但實際上只能滿速運行；無法掌握進料量，來保證主電機不過載；耗能非常嚴重。而使用200KW變頻器就很好地解決了以上問題，可以方便地設置點動速度和慢速運行時間，確保涂料與介質(zhì)混合達到最均勻；可以在線無級調(diào)速，不同品種使用不同的研磨速度；進料量只要從電機的實際運行電流就可以來控制進料量，且有過載預報警功能和免跳閘功能；節(jié)能率，一般可達20%以上；降低了齒輪箱的損耗，避免了工頻啟動對齒輪箱的沖擊；由于啟動時，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)有了小批量應用。 D、通風系統(tǒng)的變頻應用 在烘干部，紙頁中蒸發(fā)出來的所有水汽被空氣吸收后，必須通過強制通風不斷地從造紙車間排除。烘干部通風良好與否，直接影響到紙頁中水分的蒸發(fā)速度和整個烘干過程的經(jīng)濟性；通風良好，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，與進入以及排出的空氣溫度和濕度有關，也與采用的通風系統(tǒng)、氣候條件和季節(jié)有關。通常，在現(xiàn)代紙機中采用強制的空氣循環(huán)以求高效，用進氣鼓風機將加熱到80度左右的干燥空氣送進烘干部下層，使在烘缸之間吸附熱汽形成向上的氣流，然后通過排氣抽風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(shù)量的增多，通常都分成幾段的鼓風機和排風機組。采用變頻器之后，可以根據(jù)通風空氣量的專家計算公式，隨時調(diào)節(jié)進氣量（鼓風機的轉速）和排氣量（排風機的轉速），而無須采用傳統(tǒng)的風門控制，進一步降低能耗，降低風機的噪音，提高機械壽命。 E、水系統(tǒng)的變頻應用 紙機是個耗水大戶，包括白水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、密封水系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、清水系統(tǒng)等，通常情況下都需要用到管網(wǎng)恒壓力供水，但傳統(tǒng)的控壓都是通過旁路和調(diào)節(jié)閥來進行，很少用到變頻器。但是由于中國國內(nèi)水資源的普遍缺乏，而變頻器的應用將可以節(jié)水10%和節(jié)能30%，必然會降低紙廠的日常運行成本。 變頻器使用在水系統(tǒng)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各泵運行。變頻器能根據(jù)壓力閉環(huán)控制要求自動確定運行泵臺數(shù)（在設定范圍內(nèi)），同一時刻只有一臺泵由變頻驅動。當變頻器驅動的泵運行到設定的上限頻率而需要增加泵時，變頻器將該泵切換到工頻運行，同時驅動另一臺泵變頻運行。 3、造紙行業(yè)配套設施的變頻改造 這里還必須提及造紙行業(yè)中與造紙相配套的如熱電廠與污水處理部分的變頻改造部分。 根據(jù)車間所需蒸汽量的變化，風量時刻變化的，而且風量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風門擋板實現(xiàn)的，這樣風量調(diào)節(jié)方式不但使風機的效率降低，也使很多電能消耗在擋板上，十分可惜。而且鍋爐操作室一般都遠離鼓、引風機，操作十分不方便，也難以調(diào)節(jié)得當。如果采用變頻器來進行閉環(huán)無級調(diào)速，能根據(jù)車間所需蒸汽量的變化而自動地調(diào)整鼓、引風機風量，使鍋爐燃燒在最佳狀態(tài)，使煤或油消耗減少到最小，達到理想的節(jié)能效果。 污水處理的機電設備一般包括以下幾個方面：（1）生化處理系列：微孔曝氣系統(tǒng)等；（2）污泥處理系列：加藥系統(tǒng)、濃縮機、帶式壓濾濃縮一體機、板框壓濾機、臥式螺旋離心分離機等；（3）消毒處理系列：加氯機、紫外線污水處理器、排架式紫外線消毒器等；（4）排泥設備系列：刮泥機、吸砂機等。從實際應用來看，基本上每種處理方式都需要用到變頻器或者應用變頻后有明顯改善作用。 六、結束語 隨著我國紙業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化和快速增長期的巨大市場需求，制漿造紙設備業(yè)在今后仍將以很高的速度增長并呈現(xiàn)出跨越式的技術進步，變頻器作為設備傳動的核心部件也將迎來新的春天