Toepassing van KERUN-omvormer in de papiermachine-industrie
-- ACD320-serie
Voorwoord:
Sinds 1990, en vooral sinds 1995, heeft de Chinese papierindustrie een voortdurende groei van de effectieve productiecapaciteit doorgemaakt. Eind 2002 waren er in China ruim 4.000 papierfabrieken, waarvan ruim 2.600 van aanzienlijke omvang. De totale productie in 2002 bedroeg 37,8 miljoen ton. In de volgende 1-2 jaar werd bijna 10 miljoen ton nieuwe productiecapaciteit toegevoegd. Momenteel maakt meer dan 80% van de nieuwe aandrijfsystemen voor papiermachines gebruik van invertergestuurde aandrijvingen.
Omvormers toegepast in aandrijvingen van papiermachines moeten momenteel de volgende eigenschappen bezitten:
(1) Groot snelheidsregelbereik, met een efficiëntie van meer dan 90% over het gehele snelheidsbereik;
(2) Arbeidsfactor hoger dan 0,9;
(3) Totale harmonische vervorming van ingangsstroom minder dan 3%;
(4) Gebruik van betrouwbare, volwassen standaardcomponenten zoals IGBT's;
(5) Mogelijkheid om de harmonische inhoud van de output te verminderen en dv/dt-ruis en koppelpulsatie effectief te verminderen.
I. Achtergrond van de toepassing van omvormers in papiermachines.
De sectionele aandrijfapparatuur van papiermachines in China maakte voorheen gebruik van SCR DC-snelheidsregelsystemen. Problemen als sleepringen en koolborstels leidden tot een lage betrouwbaarheid en precisie, wat resulteerde in verouderde papiermachinemechanica met snelheden van doorgaans rond de 200 m/min, waardoor het moeilijk werd om te concurreren met buitenlandse hoge-papiermachines die 1000 m/min halen. Papierproductie is een continu productieproces, waardoor de continue en ordelijke controle van de productielijn een knelpunt is dat de papierkwaliteit en -productie beperkt. Hoewel DC-snelheidsregelsystemen een belangrijke rol speelden in de geschiedenis van de ontwikkeling van papiermachines, kampen DC-motoren met onderhoudsproblemen en een slechte weerstand tegen omgevingsfactoren, die zich voornamelijk als volgt manifesteren:
(1) Ernstige slijtage van de commutator en fouten zoals verbrande commutators, wat leidt tot lange stilstand;
(2) Talrijke problemen en hoge eisen bij het onderhoud van DC-motoren, resulterend in hoge reparatiekosten;
(3) Tachogeneratoren die gevoelig zijn voor slijtage, waardoor de nauwkeurigheid van het aandrijfsysteem laag is;
(4) Complexe DC-snelheidsregelsystemen, moeilijk te debuggen, waardoor het voor gemiddelde technici vaak moeilijk is om de bedrijfssnelheden van machines -af te stemmen.
AC-technologie voor snelheidsregeling met variabele frequentie, met zijn uitstekende prestaties op het gebied van snelheidsregeling en aanzienlijke energie{0}}besparende voordelen, is breed toepasbaar in de Chinese economie en wordt beschouwd als de meest veelbelovende methode voor AC-snelheidsregeling. Het beschikt niet alleen over de superieure snelheidsregelprestaties van DC-motoren, maar wordt daarom geleidelijk op grote schaal toegepast. De toepassing van inverters in de sectionele aandrijvingen van toekomstige papiermachines is een onvermijdelijke trend geworden.
De toepassing van inverters in aandrijvingen van papiermachines levert zeer goede resultaten op, zoals het verbeteren van de papierkwaliteit vanuit procesperspectief, het vergroten van de productiecapaciteit, het verminderen van het energieverbruik en het verlengen van de onderhoudscycli bij stilstand.
Als we een Fourdrinier-papiermachine als voorbeeld nemen, heeft deze twee hoofdsecties: het drooggedeelte (droge kant) en het draadgedeelte (natte kant). Afhankelijk van de procesvereisten varieert de papierproductiesnelheid van 20–100 m/min, met een basisgewicht van 9–30 g/m². Over het algemeen bedraagt de vereiste aandrijfprecisie voor papiermachines 1–3‰. Vanwege het grote snelheidsvariatiebereik en een minimaal basisgewicht van 9 g/m² is een nog hogere aandrijfprecisie vereist. Daarom is er gekozen voor een gesloten-regelsysteem voor de aandrijving van de papiermachine.
II. Analyse van energie-besparende voordelen
Gebaseerd op de vergelijking van het energieverbruik van een papiermachine voor en na de aanpassing in een fabriek, zijn de gegevens als volgt:
Stroomverbruik DC-regeling: Snelheid bij 90 m/min: P90=74A × 180V + 3 × 220=13980W=13.98 kW (DC-aandrijving)
Gebaseerd op 300 productiedagen per jaar: totaal energieverbruik van de machine=300 × 24 × 13.98=100,656 (kWh)
Stroomverbruik inverterregeling: Snelheid bij 90 m/min: P90=1.732 × 16A × 380V=10530W=10.53 (kW) (omvormeraandrijving)
Totaal energieverbruik machine=300 × 24 × 10.53=75,816 (kWh)
Jaarlijkse elektriciteitsbesparing=100,656 – 75,816=24,840 (kWh)
Hieruit kan de werkelijke energiebesparing na toepassing van de omvormer worden afgeleid als:25%
III. Analyse van procesvoordelen
(1) Verhoogd operationeel percentage van de papiermachine: ruim 27% (afgeleid van de gemiddelde maandelijkse productie, exclusief andere factoren). Dit kan de productiewaarde verhogen.
(2) Verbeterde productopbrengst: 1,6%
Samenvattend verbetert het gebruik van de inverter de operationele prestaties van de papiermachine, waardoor de economische efficiëntie verder wordt vergroot.
IV. Toepassing van omvormers in hulpapparatuur voor papiermachines
Hulpfaciliteiten voor papiermachines omvatten de volgende systemen: voorraadtoevoersysteem, witwatersysteem, vacuümsysteem, persluchtsysteem, chemicaliënvoorbereidings- en leveringssysteem, watertoevoersysteem, stoomsysteem, enz. Om een continue en evenwichtige werking van de papiermachine te garanderen, moet de capaciteit van de hulpfaciliteiten over het algemeen de maximale productiecapaciteit van de papiermachine met 15% -30% overschrijden, wat resulteert in aanzienlijk energieverlies.
4.1 Omvormertoepassing in het voorraadsysteem
Het voorraadaanvoersysteem moet aan de volgende voorwaarden voldoen:
(1) Stabiele levering van voorraad aan de papiermachine, met een fout van maximaal ± 5%;
(2) Stabiele en uniforme voorraaddosering en consistentie;
(3) Een bepaalde hoeveelheid voorraad reserveren om aanpassing van de leveringscapaciteit mogelijk te maken, zodat deze zich kan aanpassen aan veranderingen in de snelheid en kwaliteit van de papiermachine;
(4) Zuiver en reinig de voorraad;
(5) Handvat brak uit verschillende delen van de papiermachine.
Het voorraadtoevoersysteem bestaat doorgaans uit voorraadpompen en ventilatorpompen in de leidingen, en zuiveringsapparatuur zoals drukschermen en reinigers. Om de bovenstaande vijf doelen te bereiken, is de belangrijkste stap het veranderen van voorraadpompen en ventilatorpompen van werking op volle- snelheid naar werking met variabele snelheid via inverters, waardoor uiteindelijk wordt voldaan aan de eisen van geautomatiseerde voorraadtoevoer.
We nemen de ventilatorpomp als voorbeeld om het snelheidsregelingsproces met een omvormer te illustreren: deze omvormerregeling is geschikt voor een snelheidsregelsysteem met dubbele gesloten-lus, waarbij de buitenste lus voor snelheid en de binnenste lus voor stroom of koppel. Het snelheidsinstelpunt voor de ventilatorpomp is afkomstig van twee bronnen: de ene is afgeleid van veranderingen in de verhouding van de snelheid tussen de draad- en de- draad, en de andere is afkomstig van de drukregelaar van de opvoerkast. De eerste is de primaire aanpassing, de laatste is een fijnafstelling-. De verhouding tussen papier- en-draadsnelheid van een papiermachine is in wezen constant. Zodra de draadsnelheid verandert, volgt dus de snelheid van de ventilatorpomp. Om de precisie van de snelheidsregelaar te verbeteren en het daadwerkelijke proces in de oploopkast weer te geven, is het gebruikelijk om de uitvoer van de PID-regelaar voor de druk van de opvoerkast, variërend met ±5%, te nemen als een extra snelheidsinstelpunt voor de ventilatorpomp. De werkelijke snelheidswaarde wordt verkregen door bemonstering van de werkelijke snelheid van de aandrijfmotor, die kan worden verkregen via apparaten zoals tachogeneratoren of foto-elektrische roterende encoders. Het huidige setpoint wordt overgenomen uit het uitgangssignaal van de snelheidslus. De werkelijke stroomwaarde wordt ontleend aan metingen door stroomtransformatoren aan de uitgang van de AC-omvormer van elk aandrijfpunt. Daarom kan het implementeren van PID-regeling, voor de snelheidsregeling met variabele frequentie van de ventilatorpomp, ideale energiebesparende effecten bereiken.
V. Toepassing van inverters in het persluchtsysteem
Perslucht wordt vaak gebruikt in papiermachines voor pneumatische laad-/hefapparatuur in de draad- en perssecties, draad-/viltgeleidingsapparatuur, lucht-opgevulde hoofdkasten, apparatuur voor het overbrengen van vellen, coatingluchtmessen en diverse pneumatische instrumenten en besturingsapparatuur.
De belangrijkste uitrusting in een persluchtsysteem omvat luchtcompressoren, luchtketels, drukreduceerkleppen, luchtfilters, vochtafscheiders en veiligheidskleppen. De druk die op de papiermachine nodig is, ligt doorgaans rond de 5-6 BAR. In de meeste papierfabrieken werken twee of meer compressoren parallel, waarbij de druk via een luchtketel constant wordt gehouden.
Omdat compressoren een hoog-vermogen hebben en de drukregeling doorgaans wordt bereikt door laden/lossen, draaien motoren altijd op volle snelheid. De praktijk leert dat deze controlemethode enorm veel energie verbruikt en zeer verspillend is. Daarom is de trend nu om één frequentieregelaar te gebruiken die meerdere lijn-frequentie-eenheden bestuurt, waardoor een drukgesloten-lussysteem ontstaat.
VI. Toepassing van inverters in het chemische bereidings- en toedieningssysteem
Er worden grote hoeveelheden chemicaliën gebruikt bij het ontinkten, verpulveren, coaten, lijmen, enz. Het gebruik ervan is evenredig met de snelheid van de meerdere aandrijvingen van de papiermachine. Daarom moeten AC-aandrijfsystemen met variabele snelheid worden gebruikt in de chemicaliëntoevoersystemen (bijv. pompen). Maalapparatuur zoals kogelmolens, colloïdmolens, zandmolens en dispergeermiddelen met hoge afschuiving worden veelvuldig gebruikt bij de chemische bereiding. Hun belangrijkste kenmerken zijn een hoog vermogen, een hoog energieverbruik en zware gebruiksomstandigheden. Veel fabrikanten hebben al goede resultaten behaald door het gebruik van inverters op slijpapparatuur.
Als voorbeeld nemen we een zandmolen: het werkingsprincipe ervan houdt in dat het te malen materiaal via een toevoerpomp in de kamer wordt gevoerd. Aangedreven door een roterende dispersieschijf met hoge- snelheid, wordt het materiaal onderworpen aan intense schokken en vermaling door de maalmedia, waarbij het wordt gedispergeerd en gemengd in het oplosmiddel om een coating te vormen, die vervolgens via een bovenste zeef naar buiten stroomt. De hoofdmotor van deze apparatuur is 110 kW. Voordat een inverter werd gebruikt, was het gebruikelijk om tijdens het opstarten meerdere keren (meer dan drie) een joggingmethode te gebruiken om de coating- en maalmedia gelijkmatig te mengen. Voor verschillende coatings kunnen verschillende processnelheden nodig zijn, maar de machine kan alleen op volle snelheid draaien. Het regelen van de voedingssnelheid om overbelasting van de hoofdmotor te voorkomen was moeilijk. Het energieverbruik was ernstig. Het gebruik van een omvormer van 110 kW lost deze problemen effectief op: de jogsnelheid en langzame looptijd kunnen eenvoudig worden ingesteld om een optimale menging te garanderen; online traploze snelheidsregeling maakt verschillende snelheden mogelijk voor verschillende producten; de voedingssnelheid kan eenvoudig worden geregeld door de werkelijke bedrijfsstroom van de motor te controleren, met pre-overbelastingsalarm- en trip--vrije functies; de energiebesparingen bedragen doorgaans meer dan 20%; versnellingsbakverliezen worden verminderd, waardoor de impact van lijn-het starten van de lijnfrequentie op de versnellingsbak wordt vermeden; Een soepele startstroom voorkomt impact op het elektriciteitsnet, waardoor de veiligheid van het elektriciteitsnet wordt verbeterd. Batchtoepassingen bestaan al in papierbedrijven in Shandong, Heilongjiang, Hainan en andere regio's.
VII. Invertertoepassing in het ventilatiesysteem van de droger
In de droogsectie moet al het uit het vel verdampte en door de lucht opgenomen vocht continu via geforceerde ventilatie uit de papiermachineruimte worden verwijderd. De effectiviteit van drogerventilatie heeft rechtstreeks invloed op de verdampingssnelheid van vocht uit de plaat en de algehele economie van het droogproces. Goede ventilatie verlaagt de dampverzadiging in de lucht, waardoor het stoomverbruik in de droogcilinders wordt verminderd en de droogsnelheid wordt verhoogd.
Het benodigde luchtvolume voor het verwijderen van verdampt vocht uit het drooggedeelte hangt samen met de temperatuur en vochtigheid van de inlaat- en uitlaatlucht, evenals met het gebruikte ventilatiesysteem, de klimaatomstandigheden en het seizoen. Moderne papiermachines maken doorgaans gebruik van geforceerde luchtcirculatie voor een hoog rendement, waarbij toevoerventilatoren worden gebruikt om verwarmde droge lucht (ongeveer 80 graden) naar het onderste deel van het drogergedeelte te voeren, waardoor een opwaartse luchtstroom ontstaat door hete damp tussen de drogercilinders te absorberen en vervolgens afzuigventilatoren te gebruiken om de vochtige hete lucht die in de kap is verzameld naar buiten af te zuigen (met eventuele warmteterugwinning). Bij hogesnelheidspapiermachines worden, vanwege het toegenomen aantal droogcilinders, doorgaans meerdere sets toevoer- en afvoerventilatorgroepen in secties gebruikt. Na het gebruik van inverters kunnen, op basis van formules voor het berekenen van het ventilatieluchtvolume, het toevoerluchtvolume (snelheid van de toevoerventilator) en het volume van de afvoerlucht (snelheid van de uitlaatventilator) in realtime worden aangepast- zonder gebruik te maken van traditionele demperregeling, waardoor het energieverbruik verder wordt verlaagd, het ventilatorgeluid wordt verminderd en de mechanische levensduur wordt verlengd.
VIII. Omvormertoepassing in watersystemen
Papiermachines zijn grote waterverbruikers, waaronder witwatersystemen, effluentsystemen, afdichtingswatersystemen, douchesystemen, zoetwatersystemen, enz. Watervoorziening onder constante druk in het pijpleidingnetwerk is vaak vereist. Traditioneel werd de druk geregeld via bypasses en regelkleppen, waarbij zelden gebruik werd gemaakt van inverters. Vanwege de algemene schaarste aan watervoorraden in China kan het toepassen van inverters echter ongeveer 10% aan water en 30% aan energie besparen, waardoor onvermijdelijk de dagelijkse bedrijfskosten van papierfabrieken worden verlaagd.
Er zijn doorgaans twee modi voor het gebruik van omvormers in watersystemen: Single Inverter Control en Inverter Alternation Mode.
Enkele omvormerbesturing:De uitgang van de omvormer bestuurt permanent één pomp, terwijl de andere pompen rechtstreeks worden gevoed via het lijn-frequentienet. Hun start/stop-signalen worden handmatig of door PLC-logica aangestuurd.
Omvormer-wisselmodus:De inverter drijft elke pomp beurtelings aan volgens een ingestelde volgorde. De omvormer kan automatisch het aantal draaiende pompen bepalen (binnen een ingesteld bereik) op basis van druk-gesloten-regelvereisten. Er wordt op elk moment slechts één pomp door de omvormer aangedreven. Wanneer de door de omvormer-aangedreven pomp de ingestelde bovengrens van de frequentie bereikt en er een extra pomp nodig is, schakelt de omvormer die pomp over naar lijn-bedrijf met frequentie en begint tegelijkertijd een andere pomp met variabele frequentie aan te drijven.
IX. Conclusie
Samenvattend levert het achteraf uitrusten van papiermachines met inverteraandrijfsystemen niet alleen aanzienlijke energiebesparende effecten op en worden de onderhoudskosten van de apparatuur verlaagd, maar worden er ook aanzienlijke economische voordelen voor bedrijven gecreëerd. Er kan met vertrouwen worden gesteld dat de toepassingsmogelijkheden van snelheidsregelsystemen met variabele frequentie in de papiermachine-industrie steeds breder zullen worden.