中國(guó)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(zhǎng)。到2002年底為止，我國(guó)有4000多個(gè)造紙廠，其中規(guī)模以上的有2600多家。2002年的總產(chǎn)量達(dá)到了3780萬噸。在今后的1-2年中，還將會(huì)有近1000萬噸的新增生產(chǎn)能力。目前的新增紙機(jī)的傳動(dòng)設(shè)備已經(jīng)有80%以上采用交流傳動(dòng)變頻器。目前在紙機(jī)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(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(dòng)的效果。
（6）能接入編碼器，并要求啟動(dòng)力矩大。

（一）、造紙機(jī)變頻改造的前景和分析。

      據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，我國(guó)擁有3780多萬噸生產(chǎn)能力，單機(jī)生產(chǎn)能力在5萬噸以上以及紙板機(jī)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(jī)需要部分部更換原來的傳動(dòng)部分（包括機(jī)械齒輪箱和電機(jī)傳動(dòng)），以提高車速或降低能耗。

      我國(guó)造紙機(jī)分部傳動(dòng)設(shè)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(dǎo)致紙機(jī)的機(jī)械落后，最高車速也只有200m/min左右，很難同國(guó)外的1000m/min的高速紙機(jī)相比。造紙是一個(gè)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(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(shí)間長(zhǎng)；
（2）直流電機(jī)維修困難多,要求高,修理費(fèi)用也高；
（3）測(cè)速發(fā)電機(jī)易磨損，造成傳動(dòng)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。

      交流變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能,顯著的節(jié)電以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的交流調(diào)速方式。它不但具有直流電機(jī)優(yōu)良的調(diào)速性能，同時(shí)具有交流電機(jī)簡(jiǎn)單、可靠，因而逐漸被廣泛應(yīng)用由此看來，造紙機(jī)分部傳動(dòng)機(jī)械的變頻化已是大勢(shì)所趨。

      造紙機(jī)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(zhǎng)停機(jī)檢修周期。

      以某廠改造一臺(tái)長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)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(jù)工藝要求抄紙速度為20－100m/min，紙頁定量為9－30g/m2。一般紙機(jī)的傳動(dòng)精度要求達(dá)到1－3‰，由于速度變化范圍大，最低定量為9g/m2,要求紙機(jī)的傳動(dòng)精度更高。因此，選擇紙機(jī)的傳動(dòng)控制方案閉環(huán)系統(tǒng)。

（二）、節(jié)能效益分析

      根據(jù)該廠改造前和改造后紙機(jī)能耗對(duì)比，如下：
    改造前的電功率：90米的車速P90=74A×180V＋3×220=13980W=13.98kW（直流傳動(dòng)）
    按一年生產(chǎn)300天計(jì)：整機(jī)用電=300×24×13.98=100656（kWh）
    改造后的電功率：90米的車速P90=1.732×16A×380V=10530W=10.53（kW）（變頻傳動(dòng)）
    整機(jī)用電=300×24×10.53=75816（kWh）
    全年可節(jié)電=100656－75816=24840（kWh）
    由此可以得出應(yīng)用變頻器后實(shí)際節(jié)能為：25%

（三）、工藝效益分析

①紙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)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：
②成品率提高：1.6%

      綜上所述，采用變頻器后提高紙機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，進(jìn)一步提高了經(jīng)濟(jì)效率。

（四）造紙附屬設(shè)備的變頻器應(yīng)用分析

      造紙機(jī)的輔助設(shè)施包括以下幾個(gè)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(xué)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(jī)能夠連續(xù)均衡地運(yùn)轉(zhuǎn)，它的輔助設(shè)施能力，一般應(yīng)超過造紙機(jī)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(tǒng)的變頻應(yīng)用存在具大的能量損耗。供漿系統(tǒng)必須滿足下列幾個(gè)條件：
    （1）向造紙機(jī)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(yīng)造紙機(jī)車速和品種的改變；
    （4）對(duì)漿料進(jìn)行凈化精選
    （5）處理造紙機(jī)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(shè)施的壓力篩、除渣器組成，要達(dá)成以上五點(diǎn)目的，最主要就是要對(duì)漿泵和沖漿泵從全速運(yùn)行變?yōu)榭伤俣日{(diào)節(jié)變頻運(yùn)行，最終滿足供漿自動(dòng)化。

      以沖漿泵為例來說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(tǒng)的速度控制方式，外環(huán)是速度閉環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)。沖漿泵速度的設(shè)定值一方面是由漿速和網(wǎng)速比變化而獲得，另一方面是來自于流漿箱的壓力控制器。前者是主調(diào)，后者是微調(diào)。紙機(jī)的漿速和網(wǎng)速比基本上是恒定的，因此紙機(jī)的網(wǎng)速一旦變化，沖漿泵的轉(zhuǎn)速也跟隨變化；為了提高速度調(diào)節(jié)器的精確性和反映流漿箱的實(shí)際工藝過程，通常還需取流漿箱的壓力PID控制輸出值的±５％的變化來作為沖漿泵附加的速度設(shè)定值。速度的實(shí)際值取自傳動(dòng)電機(jī)的實(shí)際速度采樣，可通過旋轉(zhuǎn)測(cè)速電機(jī)或光電旋轉(zhuǎn)編碼器等檢測(cè)裝置獲取。電流的設(shè)定值取自速度環(huán)的輸出信號(hào)，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(cè)量值。因此對(duì)于沖漿泵的變頻調(diào)速而言，需對(duì)其進(jìn)行PID控制，可達(dá)到理想節(jié)能效果。

（五）、壓縮空氣系統(tǒng)的變頻應(yīng)用

      壓縮空氣常用于造紙機(jī)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?jiān)O(shè)備、涂布?xì)獾兑约案鞣N氣動(dòng)儀表和調(diào)節(jié)裝置等處。

      壓縮空氣系統(tǒng)中，主要設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、減壓閥、空氣過濾器、汽水分離器及安全閥等，造紙機(jī)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(tái)以上的空壓機(jī)并列運(yùn)行，然后通過儲(chǔ)氣罐來保持壓力恒定。

      由于壓縮機(jī)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(dòng)機(jī)始終處于全速運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)踐表明該控制方式耗能巨大，浪費(fèi)嚴(yán)重。所以目前都已趨向產(chǎn)用一臺(tái)變頻多臺(tái)工頻的方式來控制壓縮機(jī)組，并組成壓力閉環(huán)。

（六）、化學(xué)品制備及傳送系統(tǒng)的變頻應(yīng)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(jī)多傳動(dòng)的速度成正比，所以在化學(xué)品的傳送系統(tǒng)（如泵）必須采用無級(jí)交流調(diào)速系統(tǒng)。在化學(xué)品制備中要用到大量的研磨設(shè)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)有許多廠家在研磨設(shè)備上采用變頻器取得了良好的效果。

      以磨漿機(jī)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(zhuǎn)的分散盤帶動(dòng)下，遭到研磨介質(zhì)的強(qiáng)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(shè)備的主電機(jī)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(fù)以使涂料與研磨介質(zhì)混合均勻；針對(duì)不同的涂料，有時(shí)需要不同的工藝轉(zhuǎn)速，但實(shí)際上只能滿速運(yùn)行；無法掌握進(jìn)料量，來保證主電機(jī)不過載；耗能非常嚴(yán)重。而使用110KW變頻器就很好地解決了以上問題，可以方便地設(shè)置點(diǎn)動(dòng)速度和慢速運(yùn)行時(shí)間，確保涂料與介質(zhì)混合達(dá)到最均勻；可以在線無級(jí)調(diào)速，不同品種使用不同的研磨速度；進(jìn)料量只要從電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行電流就可以來控制進(jìn)料量，且有過載預(yù)報(bào)警功能和免跳閘功能；節(jié)能率，一般可達(dá)20%以上；降低了齒輪箱的損耗，避免了工頻啟動(dòng)對(duì)齒輪箱的沖擊；由于啟動(dòng)時(shí)，電流平緩，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了電網(wǎng)的安全運(yùn)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(yīng)用。

（七）、烘干部通風(fēng)系統(tǒng)的變頻應(yīng)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(qiáng)制通風(fēng)不斷地從造紙車間排除。烘干部通風(fēng)良好與否，直接影響到紙頁中水分的蒸發(fā)速度和整個(gè)烘干過程的經(jīng)濟(jì)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(tǒng)、氣候條件和季節(jié)有關(guān)。通常，在現(xiàn)代紙機(jī)中采用強(qiáng)制的空氣循環(huán)以求高效，用進(jìn)氣鼓風(fēng)機(jī)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，然后通過排氣抽風(fēng)機(jī)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(jī)中，由于烘缸數(shù)量的增多，通常都分成幾段的鼓風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)組。采用變頻器之后，可以根據(jù)通風(fēng)空氣量的計(jì)算公式，隨時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量（鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）和排氣量（排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速），而無須采用傳統(tǒng)的風(fēng)門控制，進(jìn)一步降低能耗，降低風(fēng)機(jī)的噪音，提高機(jī)械壽命。

（八）、水系統(tǒng)的變頻應(yīng)用造紙機(jī)是個(gè)耗水大戶

      水系統(tǒng)的變頻應(yīng)用造紙機(jī)是個(gè)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(jìn)行，很少用到變頻器。但是由于中國(guó)國(guó)內(nèi)水資源的普遍缺乏，而變頻器的應(yīng)用將可以節(jié)水10%和節(jié)能30%，必然會(huì)降低紙廠的日常運(yùn)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(tái)泵而其余各泵由工頻電網(wǎng)直接供電，它們的啟停信號(hào)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(qū)動(dòng)各泵運(yùn)行。變頻器能根據(jù)壓力閉環(huán)控制要求自動(dòng)確定運(yùn)行泵臺(tái)數(shù)（在設(shè)定范圍內(nèi)），同一時(shí)刻只有一臺(tái)泵由變頻驅(qū)動(dòng)。當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)的泵運(yùn)行到設(shè)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(yùn)行，同時(shí)驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行。