大型纸厂变频器的配置与控制原理1引言大型纸厂一般都包括造纸机、超级压光机、高速复卷机等设备。造纸一般分湿部和干部两大部分。湿部包括上浆流送系统、网部和压榨等部分，干部包括烘干、压光和卷取等部分。其生产流程一般是:浆料通过上浆流送系统传送到纸机生产流水线的前端流浆箱，然后浆流由此依次通过网部、压榨、前烘缸、后压榨、后烘缸、压光机和卷纸机等在内的分部设备，成为原纸;原纸又可以另外进入机外涂布、超级压光机和复卷机产出成品纸。造纸是一个连续生产的过程，因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。变频调速作为目前来说最强有力的控制方式进入了原本属于直流调速(适用于大中纸机)和滑差电机(适用于中小纸机)天下的造纸领域，并已近取得良好的市场效果。本文就变频调速及其控制技术在纸厂上的三个典型传动组应用做进一步的阐述。2造纸机变频器传动的配置与控制原理造纸机的基本组成部分按照纸张成形的顺序分为网部、压榨、前干燥、后压榨、后干燥、压光机、卷纸机等(如图1)，其工艺流程为流浆箱输出的纸浆在网部脱水成形，在压榨部分进行压缩使纸层均匀，经过前干燥器进行干燥，接着进入后压榨进行施胶，再进入后干燥器烘干处理，然后利用压光机使纸张平滑，最后通过卷纸机形成母纸卷。我国造纸机分部传动设备，以前采用scr直流调速方式，由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高，从而导致纸机的机械落后，车速也只有200m/min左右，很难同国外的1000m/min的高速纸机相比。由此看来，造纸机分部传动机械的变频化已是大势所趋。2.1造纸机的变频配置在同一个系统中的一个或多个传动有时会发生从机器端发电得到的能量反馈到传动的变频器中来，这种现象叫“再生能量”。这种情况一般发生在电机被拖着走的时候(也就是被一个远远高于设定值的速度拖动的时候)，或者是当传动电机发生制动以提供足够的张力的时候(如放卷系统中的传动电机)。在纸机上要用到很多导纸辊传动电机，由于导纸辊经常会工作在制动状态，这时就必须考虑到再生能量的问题，如果对于每个传动配置一个制动单元或能量回馈装置，就会造成系统复杂。如果采用母线共连的方式就可以统一将导纸辊上产生的能量进行互补，并接入到单一的能量回馈装置，如图1所示。个传动变频器通过直流母线互连的话，一个或多个电机产生的再生能量就可以被其他电机以电动的方式消耗吸收了。这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电机一直处于连续发电状态，也不用再去考虑其他的处理再生能量的方式。这种方式下，如果还需要一个更快刹车或紧急停止的状态的话，采用回馈装置就可以充分地将直流母线上的多余能量直接反馈到电网中来。图1纸机基本结构和变频配置图图1所示的整流回馈单元包括整流桥、逆变桥、短路保护和预充电装置、参数设定和操作单元、直流母线输出端子和自耦变压器等。其中自耦变压器的变比一般为1:1.25(或400:500v)，其好处在于电动状态运行时可以使整流桥触发角推到0°，达到与普通变频器同样高的功率因数和效率等。用共用直流母线的方式，具有以下特点:(1)多机拖动中每台电机的再生能量可以相互利用;(2)当发电功率大于电动功率时，制动引起的再生能量可以用共用的回馈单元将电能反馈到电网这里介绍一下共用回馈单元的容量计算公式:共用直流母线的连接点是各通用变频器经过二极管整流桥、直流回路电容滤波环节的直流电压，其电压ud可求得如下:式中，uin为输入变频器的交流电网电压，选uin=400v;k为电源干扰系数，选k=1.02。整流器的运行功率应该是各个制动回路回馈功率的总和，而制动中各电机的自身损耗功率相当于20％额定值的制动转矩，公式如下:2.2造纸机的变频器控制原理由于造纸生产线的产品细薄、脆弱，为了防止纸张出现断裂、卷曲、褶皱、压痕，必须对各传动部分进行高精度的速度控制，以达到高质量的延展特性。造纸机各个部分之间必须采用拉力控制，以使造纸的生产线对应于脱水及干燥度等工艺参数所决定的伸缩性，从而保证了纸张按成纸方向所限定的伸展率进行延展。也就是说，从上浆到上卷的整个过程，要保持纸幅一定的速度级联(这样才有拉力)。比如网部传动设定速度保持在400m/min，那么压榨部的速度保持在404m/min、前干燥为408m/min、后压榨410m/min、后干燥412m/min、压光机415m/min、卷纸机416m/min，为描述上的方便和控制的精度，这里引入速差分步控制的概念。如传动电机m1的速度为v1，传动电机m2的速度为v2，二者的速差为d2，则三者的关系为:依次类推，每个传动对应于前面一个传动都有一个速差值。因此对于各传动点的设定只要求第一传动点的速度值(这