摘 要：造紙行業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)工業(yè)之一，國(guó)內(nèi)紙漿造紙企業(yè)數(shù)量大、分布廣，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。造紙變頻的最主要應(yīng)用是多電機(jī)分部傳動(dòng)和風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載。本文分析了造紙行業(yè)的變頻應(yīng)用情況和改造前景。
關(guān)鍵字：變頻器 造紙 應(yīng)用 分析

一、造紙行業(yè)的應(yīng)用背景

造紙行業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)工業(yè)之一，國(guó)內(nèi)紙漿造紙企業(yè)數(shù)量大、分布廣，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。

造紙變頻的最主要應(yīng)用是多電機(jī)分部傳動(dòng)。由于老式紙機(jī)很多采用單直流電機(jī)傳動(dòng)，且通過(guò)機(jī)械分配轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行調(diào)速，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常由于機(jī)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(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)高溫潮濕而使電機(jī)維護(hù)量增加。為了優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，很多現(xiàn)場(chǎng)已將其改為多電機(jī)分部傳動(dòng)，即取消直流電機(jī)及其動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)部分，在每一個(gè)傳動(dòng)分部安裝交流電機(jī)并配置相應(yīng)的變頻器，同時(shí)采用交流多點(diǎn)傳動(dòng)方式，結(jié)合速度控制、張力控制、負(fù)荷控制等不同的方式進(jìn)行傳動(dòng)配置。為了生產(chǎn)過(guò)程中紙頁(yè)特性變化的需要，造紙機(jī)的分部傳動(dòng)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(chē)速，且各個(gè)分部的速度能單獨(dú)調(diào)節(jié)。

同時(shí)，造紙行業(yè)也是風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載的大戶，而且該類負(fù)載的運(yùn)行時(shí)間都是連續(xù)的，各個(gè)廠家是根據(jù)實(shí)際的工作情況，需要對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵的負(fù)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(yīng)用而為企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益。

二、造紙行業(yè)變頻器的應(yīng)用分析

1、造紙產(chǎn)能

中國(guó)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(xù)增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)造紙協(xié)會(huì)對(duì)綜合信息資料調(diào)查，2004年全國(guó)紙及紙板生產(chǎn)企業(yè)約有3500家，全國(guó)紙及紙板生產(chǎn)量4950萬(wàn)噸，較上年4300萬(wàn)噸增長(zhǎng)15.1％。消費(fèi)量5439萬(wàn)噸，較上年4806萬(wàn)噸增長(zhǎng)13.2％，人均年消費(fèi)量為42公斤，比上年增長(zhǎng)5公斤。從2004年的生產(chǎn)和消費(fèi)形勢(shì)分析來(lái)看，全年生產(chǎn)和消費(fèi)均呈現(xiàn)升高的走勢(shì)，并保持了較高速度增長(zhǎng)。特別是紙及紙板生產(chǎn)增量650萬(wàn)噸，達(dá)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(fèi)量增幅較大的主要品種有：新聞紙、輕量涂布紙、銅版紙、書(shū)寫(xiě)紙、箱紙板、涂布白紙板、瓦楞原紙等。

假設(shè)我國(guó)在今后一段時(shí)間內(nèi)GDP總量以年均7%的速度遞增，同時(shí)，取過(guò)去12年的年均人口增長(zhǎng)率0.91%作為今后的年人口凈增長(zhǎng)率，到2010年，我國(guó)的人均GDP達(dá)到13890元人民幣，屆時(shí)人均耗紙量可上升到60公斤。可以預(yù)測(cè)，到2010年，總消費(fèi)量將達(dá)6900萬(wàn)噸。而在今后的幾年中，還將會(huì)有近1000萬(wàn)噸的新增生產(chǎn)能力。屆時(shí)，我國(guó)造紙工業(yè)的生產(chǎn)能力總和將會(huì)達(dá)到近5500萬(wàn)噸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自從2000年以來(lái)，全球生產(chǎn)的大型造紙機(jī)有1/2都安裝在中國(guó)。目前，高檔紙機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率為33％，而且基本上以國(guó)際造紙機(jī)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(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，所以在今后每年新增的300-400萬(wàn)的產(chǎn)量中，每年的紙機(jī)傳動(dòng)裝機(jī)容量將非常可觀。

我們以某廠引進(jìn)的VOITH產(chǎn)的17.5萬(wàn)噸/年的紙板機(jī)的裝機(jī)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(gè)卷紙部等，共計(jì)72個(gè)傳動(dòng)，設(shè)計(jì)克重120-500、車(chē)速600米/分，其紙機(jī)分部傳動(dòng)（就是指72個(gè)紙機(jī)傳動(dòng)）的變頻容量總計(jì)為5490KW。由此可以計(jì)算出通用的噸紙傳動(dòng)容量計(jì)算為31W，那么我們就可以概算出今后每年的變頻裝機(jī)容量大約為9萬(wàn)KW左右。以紙機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1KW/2000RMB的計(jì)算，共計(jì)有1.8億左右的紙機(jī)主傳動(dòng)市場(chǎng)。當(dāng)然在這里面，變頻器品牌基本上是由國(guó)外主要生產(chǎn)廠商ABB、SIEMENS、AB、YASKAWA、三菱等占主導(dǎo)地位。

從目前情況看，我國(guó)所有造紙制漿機(jī)械的生產(chǎn)能力大概在35～45萬(wàn)噸/年，2004年的制漿造紙?jiān)O(shè)備制造業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值為56.9億元，國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額大概不到1/4，其余將全部是國(guó)外的造紙機(jī)械商所占有。

我們也同時(shí)注意到高檔紙機(jī)的增加量將達(dá)到歷史的最高峰，幅寬的增大和車(chē)速的快速提高都促使在新增的紙機(jī)裝機(jī)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(guó)內(nèi)相應(yīng)的成熟變頻器基本沒(méi)有，所以大部分為進(jìn)口品牌所擁有，國(guó)內(nèi)品牌的份額不到5%。當(dāng)然我們也注意到，由于中國(guó)日益成為世界工廠，由中國(guó)制造的變頻器將逐漸走向已經(jīng)有本地化機(jī)構(gòu)的國(guó)際紙機(jī)機(jī)械廠家（如美卓紙業(yè)、VOITH紙業(yè)）的高檔造紙機(jī)。

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(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）利用通訊功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速串行傳輸。

三、造紙行業(yè)變頻傳動(dòng)配置的發(fā)展趨勢(shì)

造紙是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)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(lái)說(shuō)最強(qiáng)有力的控制方式進(jìn)入了原本屬于直流調(diào)速（適用于大中紙機(jī)）和滑差電機(jī)（適用于中小紙機(jī)）天下的造紙領(lǐng)域，并已近取得良好的市場(chǎng)效果。

目前，國(guó)際上先進(jìn)的造紙機(jī)都朝高效率、低消耗方向發(fā)展，這是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。而目前有很多正在運(yùn)行的造紙機(jī)在這方面則處于劣勢(shì)，有必要進(jìn)行技術(shù)改造進(jìn)行升級(jí)；而對(duì)于造紙機(jī)械的廠家也必須迎頭趕上，從設(shè)計(jì)的源頭進(jìn)行性能提升。

傳動(dòng)作為造紙機(jī)的核心部分，其發(fā)展要求是提高車(chē)速和自動(dòng)化程度。現(xiàn)在運(yùn)行中的一些國(guó)產(chǎn)造紙機(jī)，最快的只有500-600米/分，而國(guó)外造紙機(jī)運(yùn)行速度已達(dá)1600-1800米/分，某些甚至超過(guò)2000米/分，差距甚大。車(chē)速越快效率則越高。同時(shí)目前國(guó)產(chǎn)造紙機(jī)多為人工控制，即使是最新的國(guó)產(chǎn)造紙機(jī)，其自動(dòng)控制紙機(jī)，其自動(dòng)控制程度也不高，而國(guó)外大型造紙機(jī)，其自動(dòng)化程度相當(dāng)高，隨著紙機(jī)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(luò)、可控張力和轉(zhuǎn)矩、直接傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)不同的方面來(lái)闡述紙機(jī)傳動(dòng)配置的發(fā)展趨勢(shì)。

1、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的造紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)

目前的造紙機(jī)上，對(duì)于傳動(dòng)的控制基本上有兩種：（1）模擬控制；（2）數(shù)字控制。