Застосування інвертора KERUN в папероробній промисловості
-- Серія ACD320
Передмова:
Починаючи з 1990 р. і особливо з 1995 р. паперова промисловість Китаю зазнавала постійного зростання ефективних виробничих потужностей. До кінця 2002 року в Китаї було понад 4000 паперових фабрик, у тому числі понад 2600 фабрик значного масштабу. Загальний видобуток у 2002 році досяг 37,8 млн. тонн. За наступні 1-2 роки було додано майже 10 мільйонів тонн нових виробничих потужностей. Наразі понад 80% нових систем приводу папероробної машини використовують приводи з інверторним керуванням.
Інвертори, що застосовуються в приводах папероробних машин, на даний момент повинні мати такі характеристики:
(1) Широкий діапазон регулювання швидкості з ефективністю понад 90% у всьому діапазоні швидкості;
(2) Коефіцієнт потужності вище 0,9;
(3) Загальні гармонійні спотворення вхідного струму менше 3%;
(4) Використання надійних, зрілих стандартних компонентів, таких як IGBT;
(5) Здатність зменшити вміст гармонік на виході та ефективно знизити шум dv/dt і пульсацію крутного моменту.
I. Передумови застосування інвертора в папероробних машинах.
Устаткування секційного приводу папероробних машин у Китаї раніше використовувало системи керування швидкістю постійного струму SCR. Такі проблеми, як контактні кільця та вугільні щітки, призвели до низької надійності та точності, що призвело до застарілої механіки папероробної машини зі швидкістю зазвичай близько 200 м/хв, що ускладнювало конкуренцію з іноземними високошвидкісними папероробними машинами, які досягали 1000 м/хв. Виробництво паперу — це безперервний виробничий процес, що робить безперервний і впорядкований контроль виробничої лінії вузьким місцем, що обмежує якість паперу та вихід. Хоча системи керування швидкістю постійного струму відігравали значну роль в історії розвитку папероробної машини, двигуни постійного струму страждають від труднощів у обслуговуванні та поганої стійкості до факторів навколишнього середовища, що в основному проявляється наступним чином:
(1) Сильний знос комутатора та несправності, такі як спалені комутатори, що призводять до тривалого простою;
(2) Численні труднощі та високі вимоги до обслуговування двигуна постійного струму, що призводить до високих витрат на ремонт;
(3) Тахогенератори схильні до зносу, що спричиняє низьку точність у системі приводу;
(4) Складні системи керування швидкістю постійного струму, які важко налагодити, що часто ускладнює пересічним технікам тонке-налаштування робочих швидкостей машини.
Технологія регулювання швидкості змінної частоти змінного струму з чудовою ефективністю регулювання швидкості та значними перевагами -збереження енергії широко застосовується в економіці Китаю та вважається найперспективнішим методом регулювання швидкості змінного струму. Він не тільки має чудові характеристики регулювання швидкості двигунів постійного струму, але, таким чином, поступово широко впроваджується. Застосування інверторів у секційних приводах майбутніх папероробних машин стало неминучою тенденцією.
Застосування інверторів у приводах папероробних машин дає дуже хороші результати, такі як покращення якості паперу з точки зору процесу, збільшення виробничої потужності, зменшення споживання енергії та подовження циклів технічного обслуговування при зупинці.
Як приклад папероробної машини Fourdrinier, вона має дві основні секції: секцію сушіння (суха частина) і секцію дроту (мокра частина). Відповідно до вимог процесу, швидкість виготовлення паперу коливається від 20–100 м/хв, з основною вагою 9–30 г/м². Як правило, вимога до точності приводу для папероробних машин становить 1–3‰. Завдяки широкому діапазону зміни швидкості та мінімальній базовій вазі 9 г/м² потрібна ще вища точність приводу. Тому для приводу папероробної машини вибрано замкнуту систему керування.
II. Аналіз переваг-енергозбереження
На основі порівняння енергоспоживання папероробної машини до та після модернізації на заводі отримані такі дані:
Споживана потужність керування постійним струмом: швидкість при 90 м/хв: P90=74A × 180 В + 3 × 220=13980Вт=13.98 кВт (привід постійного струму)
На основі 300 виробничих днів на рік: загальне споживання електроенергії машини=300 × 24 × 13.98=100,656 (кВт-год)
Споживана потужність керування інвертором: швидкість при 90 м/хв: P90=1.732 × 16A × 380 В=10530Вт=10.53 (кВт) (привід інвертора)
Загальне споживання електроенергії машини=300 × 24 × 10.53=75,816 (кВт-год)
Річна економія електроенергії=100,656 – 75,816=24,840 (кВт·год)
Звідси фактичну економію енергії після застосування інвертора можна отримати як:25%
III. Аналіз переваг процесу
(1) Збільшення продуктивності папероробної машини: понад 27% (отримано із середньомісячного обсягу виробництва, без урахування інших факторів). Це може збільшити вартість виробництва.
(2) Покращений вихід продукту: 1,6%
Підсумовуючи, використання інвертора покращує експлуатаційні характеристики папероробної машини, додатково підвищуючи економічну ефективність.
IV. Застосування інверторів у допоміжному обладнанні папероробної машини
Допоміжні засоби для папероробних машин включають такі системи: система подачі запасів, система білої води, вакуумна система, система стисненого повітря, система підготовки та подачі хімікатів, система водопостачання, система пари тощо. Щоб забезпечити безперервну та збалансовану роботу папероробної машини, потужність її допоміжних установок зазвичай повинна перевищувати максимальну виробничу потужність папероробної машини на 15%-30%, що призводить до значних втрат енергії.
4.1 Застосування інвертора в системі запасу
Система запасів повинна відповідати таким умовам:
(1) Стабільна доставка запасів до папероробної машини з похибкою, що не перевищує ±5%;
(2) Стабільне та рівномірне дозування та консистенція запасів;
(3) Зарезервувати певну кількість запасів, щоб дозволити коригувати потужність постачання для адаптації до змін у швидкості та якості папероробної машини;
(4) Очищення та очищення запасів;
(5) Ручка зламалася в різних секціях папероробної машини.
Як правило, система запасного постачання складається з базових насосів і вентиляторних насосів у трубопроводах, а також очисного обладнання, наприклад решітки під тиском і очисники. Для досягнення вищевказаних п’яти цілей найважливішим кроком є перехід базових насосів і насосів із вентиляторами з повної-швидкості на роботу зі змінною швидкістю через інвертори, що зрештою відповідає вимогам автоматизованого постачання запасів.
Розглянемо насос вентилятора як приклад, щоб проілюструвати процес керування швидкістю за допомогою інвертора: це керування інвертором підходить для системи керування швидкістю з подвійним замкнутим -контуром, із зовнішнім контуром для швидкості та внутрішнім контуром для струму або крутного моменту. Задане значення швидкості для насоса вентилятора надходить із двох джерел: одне – зі змін у співвідношенні швидкості заготовки-до-дроту, а інше – від контролера тиску в напірній коробці. Перше — основне коригування, а друге — точне-налаштування. Співвідношення швидкості папероробної машини-до-дроту практично незмінне. Тому, як тільки швидкість дроту змінюється, за нею змінюється швидкість насоса вентилятора. Щоб підвищити точність регулятора швидкості та відобразити фактичний процес у напірному ящику, прийнято приймати вихідний сигнал ПІД-регулятора тиску напірного ящика, що змінюється на ±5%, як додаткову задану швидкість для насоса вентилятора. Фактичне значення швидкості отримується шляхом вибірки фактичної швидкості приводного двигуна, яку можна отримати за допомогою таких пристроїв, як тахогенератори або фотоелектричні датчики обертання. Поточне задане значення береться з вихідного сигналу контуру швидкості. Фактичне значення струму береться з вимірювань трансформаторів струму на виході інвертора змінного струму кожної точки приводу. Таким чином, для регулювання швидкості насоса вентилятора зі змінною частотою впровадження ПІД-регулювання може досягти ідеального-ефекту енергозбереження.
V. Застосування інвертора в системі стисненого повітря
Стиснене повітря зазвичай використовується в папероробних машинах для пневматичних завантажувальних/підйомних пристроїв у секціях для дроту та пресування, пристроїв для спрямування дроту/повсті, напірних ящиків із пневматичною -подушкою, обладнання для перенесення аркушів, повітряних ножів для нанесення покриття та різних пневматичних інструментів і пристроїв керування.
Основне обладнання в системі стисненого повітря включає повітряні компресори, ресивери повітря, редукційні клапани, повітряні фільтри, сепаратори вологи та запобіжні клапани. Тиск, необхідний для папероробної машини, зазвичай становить близько 5-6 БАР. На більшості паперових фабрик два або більше компресорів працюють паралельно, підтримуючи постійний тиск через повітряний ресивер.
Оскільки компресори мають високу-потужність і контроль тиску зазвичай досягається шляхом завантаження/розвантаження, двигуни завжди працюють на повній швидкості. Практика показує, що такий спосіб контролю споживає величезну енергію і є дуже витратним. Тому зараз існує тенденція використовувати один частотно-регульований привод, який керує декількома лінійними-частотними блоками, утворюючи замкнуту-систему тиску.
VI. Застосування інвертора в системі підготовки та доставки хімікатів
Великі кількості хімікатів використовуються для видалення фарби, виробництва целюлози, покриття, проклейки тощо. Їх використання пропорційне швидкості кількох приводів папероробної машини. Тому в системах подачі хімікатів (наприклад, насоси) необхідно використовувати системи приводу змінного струму зі змінною швидкістю. Розмелювальне обладнання, як-от кульові, колоїдні, піщані та диспергатори з високим-зсувом, широко використовується в хімічній підготовці. Їх основні характеристики — висока потужність, високе енергоспоживання та жорсткі умови експлуатації. Багато виробників вже досягли хороших результатів, використовуючи інвертори на шліфувальному обладнанні.
Розглянемо як приклад піщаний млин: принцип його роботи передбачає подачу матеріалу, який потрібно подрібнити, у камеру за допомогою живильного насоса. Під дією високошвидкісного обертового дисперсійного диска матеріал піддається інтенсивному удару та подрібненню мелючим середовищем, диспергується та змішується з розчинником, утворюючи 合格 покриття, яке потім витікає через верхнє сито. Головний двигун цього обладнання становить 110 кВт. До використання інвертора було звичайним використання методу підштовхування кілька разів (більше трьох) під час запуску, щоб рівномірно змішати покриття та шліфувальні матеріали. Для різних покриттів може знадобитися різна швидкість процесу, але машина може працювати лише на повній швидкості. Контролювати швидкість подачі, щоб запобігти перевантаженню головного двигуна, було важко. Споживання енергії було серйозним. Використання інвертора потужністю 110 КВт ефективно вирішує ці проблеми: швидкість ривка та повільний час роботи можна легко встановити для забезпечення оптимального змішування; плавне онлайн-регулювання швидкості дозволяє різні швидкості для різних продуктів; швидкість подачі можна просто контролювати, відстежуючи фактичний робочий струм двигуна, за допомогою функцій попереднього-сигналу перевантаження та-відключення; економія енергії в цілому перевищує 20%; втрати в коробці передач зменшуються, уникаючи впливу частоти-початків на коробку передач; плавний пусковий струм запобігає удару мережі, підвищуючи безпеку мережі. Пакетні програми вже існують на паперових підприємствах у Шаньдуні, Хейлунцзяні, Хайнані та інших регіонах.
VII. Застосування інвертора в системі вентиляції сушарки
У сушильній секції вся волога, що випаровується з листа, поглинається повітрям, повинна безперервно видалятися з приміщення папероробної машини за допомогою примусової вентиляції. Ефективність вентиляції сушарки безпосередньо впливає на швидкість випаровування вологи з листа та загальну економічність процесу сушіння. Хороша вентиляція знижує насиченість пари в повітрі, тим самим зменшуючи споживання пари в циліндрах сушарки та збільшуючи швидкість сушіння.
Обсяг повітря, необхідний для видалення вологи, що випаровується, із секції сушарки залежить від температури і вологості припливного і витяжного повітря, а також від використовуваної системи вентиляції, кліматичних умов і пори року. Як правило, сучасні папероробні машини використовують примусову циркуляцію повітря для досягнення високої ефективності, використовуючи припливні вентилятори для доставки нагрітого сухого повітря (приблизно 80 градусів) у нижню частину секції сушарки, створюючи висхідний повітряний потік шляхом поглинання гарячої пари між циліндрами сушарки, а потім за допомогою витяжних вентиляторів для видалення вологого гарячого повітря, зібраного в ковпаку, назовні (з можливою рекуперацією тепла). У високошвидкісних папероробних машинах завдяки збільшеній кількості сушильних циліндрів у секціях зазвичай використовуються кілька груп припливних і витяжних вентиляторів. Після впровадження інверторів на основі формул обчислення об’єму вентиляційного повітря об’єм припливного повітря (швидкість припливного вентилятора) і об’єм витяжного повітря (швидкість витяжного вентилятора) можна регулювати в режимі реального-часу без використання традиційного керування заслінками, що додатково зменшує споживання енергії, знижує шум вентилятора та подовжує термін експлуатації.
VIII. Застосування інвертора в системах водопостачання
Паперообробні машини є основними споживачами води, включаючи системи водопостачання, каналізаційні системи, системи ущільнювальної води, душові системи, системи прісної води тощо. Часто потрібна подача води постійного тиску в мережі трубопроводів. Традиційно контроль тиску досягався за допомогою байпасів і регулюючих клапанів, рідко з використанням інверторів. Однак через загальний дефіцит водних ресурсів у Китаї застосування інверторів може заощадити приблизно 10% води та 30% енергії, неминуче зменшуючи щоденні експлуатаційні витрати паперових фабрик.
Зазвичай існує два режими використання інверторів у системах водопостачання: керування одним інвертором і режим чергування інверторів.
Керування одним інвертором:Вихід інвертора постійно керує одним насосом, а інші насоси живляться безпосередньо від мережевої -частотної мережі. Їхні сигнали запуску/зупинки керуються вручну або за допомогою логіки ПЛК.
Режим чергування інвертора:Інвертор по черзі керує кожним насосом відповідно до встановленої послідовності. Інвертор може автоматично визначати кількість працюючих насосів (у межах заданого діапазону) на основі вимог замкнутого{1}}контуру керування тиском. Тільки один насос приводиться в дію інвертором в будь-який момент часу. Коли інвертор-насос досягає встановленої верхньої межі частоти і потрібен додатковий насос, інвертор перемикає цей насос на мережеву-частоту й одночасно починає керувати іншим насосом зі змінною частотою.
IX. Висновок
Підсумовуючи, модернізація папероробного обладнання інверторними системами приводу не лише демонструє значні-ефекти енергозбереження та зменшує витрати на технічне обслуговування обладнання, але й створює значні економічні вигоди для підприємств. Можна з упевненістю стверджувати, що перспективи застосування частотно-регульованих систем регулювання швидкості в папероробній промисловості будуть ставати все ширшими.