Aplicarea KERUN Inverter în industria mașinilor de hârtie
-- Seria ACD320
Prefaţă:
Din 1990, și în special din 1995, industria hârtiei din China a cunoscut o creștere continuă a capacității efective de producție. Până la sfârșitul anului 2002, în China existau peste 4.000 de fabrici de hârtie, inclusiv peste 2.600 de o scară semnificativă. Producția totală în 2002 a ajuns la 37,8 milioane de tone. În următorii 1-2 ani, au fost adăugate aproape 10 milioane de tone de nouă capacitate de producție. În prezent, peste 80% dintre sistemele noi de acționare a mașinilor de hârtie utilizează unități controlate de invertor.
Invertoarele aplicate în acționările mașinilor de hârtie trebuie să posede în prezent următoarele caracteristici:
(1) Gamă largă de reglare a vitezei, cu eficiență de peste 90% pe întregul interval de viteză;
(2) Factor de putere mai mare de 0,9;
(3) Distorsiunea armonică totală a curentului de intrare mai mică de 3%;
(4) Utilizarea unor componente standard fiabile, mature, cum ar fi IGBT-urile;
(5) Capacitatea de a reduce conținutul armonic de ieșire și de a reduce efectiv zgomotul dv/dt și pulsația cuplului.
I. Contextul aplicării invertorului în mașinile de hârtie.
Echipamentele de antrenare secționale ale mașinilor de hârtie din China au folosit anterior sisteme de control al vitezei SCR DC. Probleme precum inelele colectoare și periile de cărbune au dus la o fiabilitate și precizie scăzute, ceea ce a dus la o mecanică învechită a mașinilor de hârtie, cu viteze de obicei în jur de 200 m/min, făcând dificilă concurența cu mașinile de hârtie străine cu viteză mare-care ating 1000 m/min. Fabricarea hârtiei este un proces de producție continuu, ceea ce face din controlul continuu și ordonat al liniei de producție un blocaj care limitează calitatea și producția hârtiei. În timp ce sistemele de control al vitezei de curent continuu au jucat un rol semnificativ în istoria dezvoltării mașinilor de hârtie, motoarele de curent continuu suferă de dificultăți de întreținere și rezistență slabă la factorii de mediu, manifestate în principal după cum urmează:
(1) Uzura severă a comutatorului și defecțiuni, cum ar fi comutatoarele arse, care duc la timpi lungi de nefuncționare;
(2) Numeroase dificultăți și cerințe ridicate în întreținerea motoarelor de curent continuu, rezultând costuri mari de reparații;
(3) Tahogeneratoare predispuse la uzură, provocând o precizie scăzută în sistemul de antrenare;
(4) Sisteme complexe de control al vitezei de curent continuu, dificil de depanat, care fac adesea dificil pentru tehnicienii obișnuiți să ajusteze-vitezele de funcționare ale mașinii.
Tehnologia de control al vitezei cu frecvență variabilă AC, cu performanța sa excelentă de reglare a vitezei și beneficiile semnificative de{0}}economisire a energiei, este aplicabilă pe scară largă în economia Chinei și este considerată cea mai promițătoare metodă de control al vitezei AC. Nu numai că posedă performanța superioară de reglare a vitezei a motoarelor de curent continuu, dar este astfel adoptată treptat pe scară largă. Aplicarea invertoarelor în antrenările secționale ale viitoarelor mașini de hârtie a devenit o tendință inevitabilă.
Aplicarea invertoarelor în acționările mașinilor de hârtie dă rezultate foarte bune, cum ar fi îmbunătățirea calității hârtiei din perspectiva procesului, creșterea capacității de producție, reducerea consumului de energie și extinderea ciclurilor de întreținere la oprire.
Luând ca exemplu o mașină de hârtie Fourdrinier, aceasta are două secțiuni principale: secțiunea de uscător (capătul uscat) și secțiunea de sârmă (capătul umed). În funcție de cerințele procesului, viteza de fabricare a hârtiei variază de la 20–100 m/min, cu greutăți de bază de 9–30 g/m². În general, cerința de precizie a acționării pentru mașinile de hârtie este de 1–3‰. Datorită intervalului mare de variație a vitezei și a greutății minime de bază de 9 g/m², este necesară o precizie și mai mare a conducerii. Prin urmare, este ales un sistem de control-în buclă închisă pentru unitatea mașinii de hârtie.
II. Analiza beneficiilor-economisirii energiei
Pe baza comparației consumului de energie al unei mașini de hârtie înainte și după modernizarea la o fabrică, datele sunt următoarele:
Consum de energie de control CC: Viteză la 90 m/min: P90=74A × 180 V + 3 × 220=13980 W=13.98 kW (acționare CC)
Bazat pe 300 de zile de producție pe an: consumul total de energie al mașinii=300 × 24 × 13.98=100, 656 (kWh)
Consumul de energie pentru controlul invertorului: Viteză la 90 m/min: P90=1.732 × 16A × 380V=10530W=10.53 (kW) (acționare cu invertor)
Consumul total de energie al mașinii=300 × 24 × 10.53=75,816 (kWh)
Energie electrică economisită anual=100,656 – 75,816=24,840 (kWh)
Din aceasta, economia reală de energie după aplicarea invertorului poate fi derivată astfel:25%
III. Analiza beneficiilor procesului
(1) Rata de funcționare crescută a mașinii de hârtie: peste 27% (derivată din producția medie lunară, excluzând alți factori). Acest lucru poate crește valoarea producției.
(2) Rata îmbunătățită a randamentului produsului: 1,6%
Pe scurt, adoptarea invertorului îmbunătățește performanța operațională a mașinii de hârtie, sporind și mai mult eficiența economică.
IV. Aplicarea invertoarelor în echipamentele auxiliare ale mașinilor de hârtie
Instalațiile auxiliare pentru mașinile de hârtie includ următoarele sisteme: sistem de alimentare cu stoc, sistem de apă albă, sistem de vid, sistem de aer comprimat, sistem de preparare și livrare chimică, sistem de alimentare cu apă, sistem de abur etc. Pentru a asigura funcționarea continuă și echilibrată a mașinii de hârtie, capacitatea unităților sale auxiliare trebuie, în general, să depășească capacitatea maximă de producție a mașinii de hârtie cu 15%-30%, ceea ce duce la pierderi semnificative de energie.
4.1 Aplicarea invertorului în sistemul de aprovizionare cu stoc
Sistemul de aprovizionare a stocurilor trebuie să îndeplinească următoarele condiții:
(1) Livrare stabilă a stocului către mașina de hârtie, cu eroare care nu depășește ±5%;
(2) proporție și consistență stabilă și uniformă a stocului;
(3) Rezervați o anumită cantitate de stoc pentru a permite ajustarea capacității de aprovizionare pentru a se adapta la schimbările în viteza și gradul mașinii de hârtie;
(4) Purificați și curățați stocul;
(5) Mânerul s-a rupt de la diferite secțiuni ale mașinii de hârtie.
În mod obișnuit, sistemul de alimentare cu stoc constă din pompe stoc și pompe de ventilator în conducte și echipamente de purificare, cum ar fi site-uri de presiune și agenți de curățare. Pentru a atinge cele cinci obiective de mai sus, cel mai important pas este schimbarea pompelor de stoc și a pompelor de ventilator de la funcționare cu viteză maximă-la funcționare cu viteză variabilă prin invertoare, îndeplinind în cele din urmă cerințele de alimentare automată a stocurilor.
Luând pompa ventilatorului ca exemplu, pentru a ilustra procesul de control al vitezei cu un invertor: acest control al invertorului este potrivit pentru un sistem de control al vitezei în buclă dublă-închisă, cu bucla exterioară pentru viteză și bucla interioară pentru curent sau cuplu. Valoarea de referință a vitezei pentru pompa ventilatorului provine din două surse: una este derivată din modificările raportului de viteză stoc-la-sârmă, iar cealaltă este de la controlerul de presiune al casetei. Prima este ajustarea principală, cea de-a doua este reglarea-fină. Raportul vitezei stoc-la-sârmă al unei mașini de hârtie este în esență constantă. Prin urmare, odată ce viteza firului se modifică, urmează viteza pompei ventilatorului. Pentru a îmbunătăți precizia regulatorului de viteză și pentru a reflecta procesul real în cutia de cap, este obișnuit să se ia ieșirea controlerului PID de presiune a cutiei de cap, variind cu ±5%, ca un punct de referință suplimentar de viteză pentru pompa ventilatorului. Valoarea reală a vitezei este obținută din eșantionarea vitezei reale a motorului de antrenare, care poate fi obținută prin dispozitive precum tahogeneratoare sau codificatoare rotative fotoelectrice. Valoarea de referință curentă este preluată din semnalul de ieșire al buclei de viteză. Valoarea actuală a curentului este luată din măsurătorile transformatoarelor de curent la ieșirea invertorului de curent alternativ al fiecărui punct de acţionare. Prin urmare, pentru controlul vitezei cu frecvență variabilă a pompei ventilatorului, implementarea controlului PID poate obține efecte ideale de-economisire a energiei.
V. Aplicarea invertorului în sistemul de aer comprimat
Aerul comprimat este utilizat în mod obișnuit la mașinile de hârtie pentru dispozitivele pneumatice de încărcare/ridicare în secțiunile de sârmă și presă, dispozitive de ghidare a sârmei/pâslă, cutii de cap cu perne-de aer, echipamente de transfer al foilor, cuțite de aer pentru acoperire și diverse instrumente pneumatice și dispozitive de control.
Echipamentul principal dintr-un sistem de aer comprimat include compresoare de aer, recipiente de aer, supape de reducere a presiunii, filtre de aer, separatoare de umiditate și supape de siguranță. Presiunea necesară pe mașina de hârtie este de obicei în jur de 5-6 BAR. În majoritatea fabricilor de hârtie, două sau mai multe compresoare funcționează în paralel, menținând presiunea constantă prin intermediul unui rezervor de aer.
Deoarece compresoarele au o putere mare-și controlul presiunii se realizează de obicei prin încărcare/descărcare, motoarele funcționează întotdeauna la turație maximă. Practica arată că această metodă de control consumă energie enormă și este foarte risipitoare. Prin urmare, tendința acum este de a utiliza o unitate de frecvență variabilă care controlează mai multe unități de-frecvență de linie, formând un sistem de buclă-închisă de presiune.
VI. Aplicarea invertorului în sistemul de preparare și livrare a produselor chimice
Cantități mari de substanțe chimice sunt utilizate pentru decerneală, prelucrare a pastei, acoperire, dimensionare etc. Utilizarea lor este proporțională cu viteza de unități multiple ale mașinii de hârtie. Prin urmare, sistemele de acţionare CA cu viteză variabilă trebuie utilizate în sistemele de livrare a produselor chimice (de exemplu, pompe). Echipamentele de măcinare, cum ar fi morile cu bile, morile coloidale, morile de nisip și dispersoarele cu forfecare înaltă-sînt utilizate intens în prepararea chimică. Principalele lor caracteristici sunt putere mare, consum mare de energie și medii de operare dure. Mulți producători au obținut deja rezultate bune utilizând invertoare pe echipamentele de șlefuit.
Luând ca exemplu o moară de nisip: Principiul său de funcționare implică alimentarea materialului care urmează să fie măcinat în cameră prin intermediul unei pompe de alimentare. Acționat de un disc de dispersie rotativ cu viteză mare-, materialul este supus unui impact intens și măcinare de către mediul de măcinare, devenind dispersat și amestecat în solvent pentru a forma o acoperire 合格, care curge apoi printr-o sită superioară. Motorul principal al acestui echipament este de 110 KW. Înainte de a utiliza un invertor, era obișnuit să folosiți o metodă de jogging de mai multe ori (mai mult de trei) în timpul pornirii pentru a amesteca uniform mediile de acoperire și de măcinare. Pentru diferite acoperiri, ar putea fi necesare diferite viteze de proces, dar mașina ar putea funcționa doar la viteză maximă. Controlul vitezei de avans pentru a preveni supraîncărcarea motorului principal a fost dificil. Consumul de energie a fost grav. Utilizarea unui invertor de 110 KW rezolvă în mod eficient aceste probleme: viteza de jog și timpul de funcționare lent pot fi setate cu ușurință pentru a asigura o amestecare optimă; reglarea online fără trepte a vitezei permite viteze diferite pentru diferite produse; viteza de avans poate fi controlată pur și simplu prin monitorizarea curentului real de funcționare al motorului, cu funcții de pre-alarma și declanșare-de suprasarcină; economiile de energie depășesc în general 20%; pierderile cutiei de viteze sunt reduse, evitând impactul-de la pornirile cu frecvența liniei asupra cutiei de viteze; Curentul de pornire uniform previne impactul rețelei, îmbunătățind siguranța rețelei. Aplicații în loturi există deja în întreprinderile de hârtie din Shandong, Heilongjiang, Hainan și alte regiuni.
VII. Aplicarea invertorului în sistemul de ventilație al uscătorului
În secțiunea de uscător, toată umezeala evaporată din foaie, absorbită de aer, trebuie îndepărtată continuu din camera mașinilor de hârtie prin ventilație forțată. Eficacitatea ventilației uscătorului afectează direct rata de evaporare a umidității din foaie și economia generală a procesului de uscare. O bună ventilație scade saturația vaporilor din aer, reducând astfel consumul de abur în cilindrii uscătorului și crescând viteza de uscare.
Volumul de aer necesar pentru îndepărtarea umidității evaporate din secțiunea uscătorului este legat de temperatura și umiditatea aerului de admisie și evacuare, precum și de sistemul de ventilație utilizat, de condițiile climatice și de sezon. În mod obișnuit, mașinile moderne de hârtie folosesc circulația forțată a aerului pentru o eficiență ridicată, folosind ventilatoare de alimentare pentru a furniza aer uscat încălzit (aproximativ 80 de grade) în partea inferioară a secțiunii uscătorului, creând un flux de aer ascendent prin absorbția vaporilor fierbinți între cilindrii uscătorului, apoi folosind ventilatoare de evacuare pentru a extrage aerul cald umed colectat în hotă în exterior (cu eventual recuperarea căldurii). La mașinile de hârtie cu viteză mare-, datorită numărului crescut de cilindri de uscător, se folosesc de obicei mai multe seturi de grupuri de ventilatoare de alimentare și evacuare în secțiuni. După adoptarea invertoarelor, pe baza formulelor de calcul al volumului de aer de ventilație, volumul de aer de alimentare (viteza ventilatorului de alimentare) și volumul de aer evacuat (viteza ventilatorului de evacuare) pot fi ajustate în timp real- fără a utiliza controlul tradițional al clapetei, reducând și mai mult consumul de energie, reducând zgomotul ventilatorului și prelungind durata de viață mecanică.
VIII. Aplicarea invertorului în sistemele de apă
Mașinile de hârtie sunt consumatori majori de apă, inclusiv sistemele de apă albă, sistemele de efluent, sistemele de apă de etanșare, sistemele de duș, sistemele de apă dulce etc. Este adesea necesară alimentarea cu apă sub presiune constantă în rețeaua de conducte. În mod tradițional, controlul presiunii a fost realizat prin bypass-uri și supape de control, rareori folosind invertoare. Cu toate acestea, din cauza deficitului general al resurselor de apă din China, aplicarea invertoarelor poate economisi aproximativ 10% în apă și 30% în energie, reducând în mod inevitabil costurile zilnice de funcționare ale fabricilor de hârtie.
În mod obișnuit, există două moduri de utilizare a invertoarelor în sistemele de apă: controlul cu un singur invertor și modul alternativ al invertorului.
Control cu un singur invertor:Ieșirea invertorului controlează permanent o pompă, în timp ce celelalte pompe sunt alimentate direct de la rețeaua de frecvență de linie-. Semnalele lor de pornire/oprire sunt controlate manual sau prin logica PLC.
Mod alternativ al invertorului:Invertorul antrenează fiecare pompă pe rând, conform unei secvențe stabilite. Invertorul poate determina automat numărul de pompe care funcționează (într-un interval setat) pe baza cerințelor de control al buclei închise-presiunii. Doar o singură pompă este antrenată de invertor la un moment dat. Când pompa acţionată de invertor-atinge limita de frecvenţă superioară setată şi este necesară o pompă suplimentară, invertorul comută pompa respectivă la funcţionarea cu frecvenţa de linie-şi simultan porneşte o altă pompă cu frecvenţă variabilă.
IX. Concluzie
Pe scurt, modernizarea mașinilor de hârtie cu sisteme de antrenare cu invertor nu numai că demonstrează efecte semnificative de economisire a energiei-și reduce costurile de întreținere a echipamentelor, dar creează și beneficii economice substanțiale pentru întreprinderi. Se poate afirma cu încredere că perspectivele de aplicare a sistemelor de control al vitezei cu frecvență variabilă în industria mașinilor de hârtie vor deveni din ce în ce mai largi.