意大利SIEI西威变频器谁知道 点击：1490 | 回复：22
发表于：2008-04-23 16:10:58
4楼
变频调速在纸机方面的应用和效益分析
造纸机是由一系列配套设备组成的联合机，分湿部和干部两大部分。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。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差，主要表现如下:
1. 整流子磨损严重, 烧毁整流子的故障, 导致停机时间长；
2. 直流电机维修困难多, 要求高, 修理费用也高；
3. 测速发电机易磨损，造成传动系统精度低；
4. 直流调速控制系统复杂, 调试困难, 一般技工很难调出好的机器。
交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式。它不但具有直流电机优良的调速性能，同时具有交流电机简单、可靠，因而逐渐被广泛应用。它具有自诊断、自保护能力，使用维护简单，运行可靠，扩展性能强，若应用微机程序控制不但可以获得良好的调速性能，而且还可采用计算机现场总线结构，可以实现自动化过程控制，计算机群控等。为了更好地发挥变频调速在纸机传动上的传动精度、稳定性和可靠性，笔者根据实践，认为从以下几个方面着手：
在选型之前，应首先确定控制方案，必须详细地了解设备的整体工艺要求，不清楚整体工艺要求，断定是做不好传动系统的整体控制，方案中尽量照顾到操作人员的操作习惯和现场生产环境的特点。
一、主要器件的选型：
1.选择适用于纸机传动控制的变频器——SIEI AVY变频器。
我们公司的改造的纸机是一台长网纸机，有两个分部：一个是烘缸（干部），一个是网部（湿部）。根据工艺要求抄纸速度为800－1000m/min，纸页定量为38－60g/m2。一般纸机的传动精度要求达到1－3‰，由于速度变化范围大，最低定量为38g/m2,要求纸机的传动精度更高。因此，选择纸机的传动控制方案闭环系统。
我们选用SIEI AVY型变频器，它不仅具有矢量控制高功能变频器的优点，而且自带PID调节装置和可编程接口控制器，使构成控制系统简捷方便，可靠性高，并具有130多个应用宏，适用范围大，用户界面好，使得组成系统成本低。矢量控制高功能变频器，具有传动精度高，动态性能好，响应速度快的，然而，其开环精度仅为5‰，不能满足抄造薄页纸的要求，因此采用闭环控制系统，为此应配套选用变频扩展卡。
2.选择合适的变频扩展卡——SIEIAVY。
针对矢量变频器光靠矢量控制传动精度为5‰。对于造纸机来说速度误差还太大，直接影响抄造质量。为此，需考虑选择扩展卡，以适应造纸传动的精度要求。
我们选用SIEI AVY。该扩展卡具有以下特点：
①可以用来提高接近零速时和静止时的速度响应精度。
②闭环控制模式是基于“电机转子模糊电流矢量控制”。这种控制原理把相电流分为转矩电流部分和磁通电流部分。这样鼠笼式电机的控制就可以达到直流电机的控制效果。
③闭环应用采用快速动态操作，响应时间可以达到10ms，伺服闭环应用利用了扩展卡上的快速模拟输入，这使其响应精度达到1ms以内。从而使闭环精度达到0.3‰以上。
3.选用速度传感器——光电非接触脉冲编码器（1000线的旋转编码器）。
传感器是我们的眼睛，要是没有一个良好的传感器，要保证传动精度是不可能的。因此，我们选用光电非接触脉冲编码器，它具有取样精度高，工作可靠，寿命长，确保传动精度。
4.选择合适的电动机——变频调速专用电机YVP型电机。
由于变频器的输出均采用PWM对电动机供电，不可避免地含有高次谐波，电动机带负载运行时铁耗会有所增加，在额定负载下电动机电流增加8%，温升增高20%左右，对长时间工作在满载或接近满载状态下的电动机而言，是个不可忽视的问题，因此应根据负载情况，选准电机容量并采用强迫风冷（水冷却等）或增加输出滤波装置。在变频调速系统中若选用普通异步电动机，其运行工况随着频率的变化而变化，使运行时振动噪声增大，尤其是低速时散热能力变得更差，极易造成电机损坏，故普通异步电动机不是变频调速系统中最理想的配套电机。
变频电动机具有磁隙小损耗小，效率高，发热量低，对调速装置的频率适应性大，为6－60Hz，考虑到变频电机的转速根据生产工艺的变化而变化，尤其是低速启动阶段，因此，在电机中加装散热风扇并不与变频电机共用电源，即散热风扇独立供电。确保变频电机低速运行时的可靠性。
二、系统的主要特点：
1.速度给定采用数字脉冲给定。
在变频调速系统中一般均采用模拟电压给定，由于模拟信号较容易受到外界的电气干扰，直接影响纸机的传动精度和稳定性，为了提高系统的稳定性，增强抗干扰能力，为此，利用变频器中的PLC进行简单的编程，将变频系统中的给定装置选定为脉冲计数给定，即数字给定。采用脉冲计数给定后，纸机的传动控制几乎不受外界干扰，从而使纸机传动的稳定性和抗干扰能力得以提高。
2.在变频调速控制系统中设置了速度锁定指令开关。
在纸机的抄造过程中，不可避免地会出现一些操作，这给直接影响到抄造纸页的质量，按工艺调整好的车速，如果误操作，使车速改变，使得纸张的定量也随之改变。因此，为了避免误操作，在变频调速系统中设置了速度锁定指令开关，保证给定信号的可靠性，提高了纸机的传动精度和稳定性。
3.速度级联控制。
多传动控制通常采用分步传动。即选取一个主速度控制点，其余传动点采用相对速度增量控制。根据工艺要求，我们选取干部烘缸为主速度控制点，湿部（网部）伏辊为从动点，通过现场操作台增量按钮的操作，可以随意设定各传动点的相对增量值，保证所有传动的同步性，并实时显示该传动的实际车速。
4.在安全方面的考虑。
为了使本系统具有快速响应，又具有快速制动功能（以防万一，如设备、人身发生异外须紧急停车等），为此必须在变频器中加装制动电阻，避免再生电流损坏变频器。
5.设置现场操作台。
设置机旁现场操作操作台是为了尽量照顾到操作人员的已有的操作习惯和现场生产环境的特点，使操作方便。为了便于操作人员控制工艺参数，将所有纸机传动的控制按钮和显示仪表都安置在操作台上，有利于工人观察纸机的运行情况， 有利于控制生产工艺。
三、安装调试中应注意的事项：
为了保证设计的有效性，达到设计应有的要求，安装调试工作是必不可少的。这是因为：
1.变频器是精密的电力电子设备，为了确保其稳定运行，安装过程需做好下述事项：
①变频器应安装在干燥、清洁、无振动及通风良好的场所。
②接线时应仔细进行，切忌将三相电源连接到电动机接线端U、V、W上。控制端子绝不可与强电相连，电源侧和电动机侧电缆尺寸应保证最大电流时线压降不超过额定电压的2%，弱电控制与电力电源线分开布线，控制回路应采用屏蔽线布线，以防止干扰。与变频器装在同一控制柜内的接触器等线圈必要时要并接RC浪涌吸收器，其引线不可超过20cm，对于电源引入的干扰问题可通过连接进线电源予以抑制，尽量减少干扰。
③供电设备的功率因数校正应选用功率因数校正DC电抗器，决不可在电动机侧连接补偿电容器，否则极易损坏变频器的功率模块。
因此，为了防止变频器输出的电磁辐射，我们在强电上采用铠装式4芯铜芯电缆，在弱电上传感器和显示仪表等信号线采用双层屏蔽电缆线进行放置，避免干扰信号影响控制精度。变频控制柜内的布线采用动力线和控制线分开布置。
2.变频传动系统的调试：
变频传动系统的调试一般分为两部分，一是根据电动机参数、负载性质预调变频器参数；二是系统联动调试。
①变频器正式投入运行前应先驱动电动机空转运行几分钟，可多选几点频率进行，同时注意检查电动机转向，温升情况及加减速是否平滑等。
②加减速时间的设定应同时满足两方面的要求：一是设备控制的快速性要求，二是不应在正常加减速状态下出现变频器过流过压等跳闸现象。如果不能同时满足上述两个方面要求时，应考虑加大变频器容量或增加选用制动单元。
③对于低速重负荷的恒转矩负载，起动时变频器经常出现电流封锁，位能负载出现溜车现象。可断定为起动力矩不够。起动电流大并不说明起动力矩大，解决的方法是提高低频时的起动力矩。不可盲目调大转矩的提升值（实际为低频电压补偿），否则低速铁芯过饱和容易引起电动机异常发热。
④变频器到电动机的电缆线长度不能超过变频器允许的最大布线距离（一般为100m），否则电缆分布寄生电容过大，易导致变频器功率开关器件开通瞬间产生过大的尖峰电流。该尖峰电流将使变频器工况恶化，甚至损坏逆变功率模块。对于这一问题的应急措施，可以降低变频器的载波频率，以增加分布电容的容抗，减小尖峰电流，这时会使电动机的工作噪声有所增加，解决的根本升旗是加装输出电抗器以补偿分布电容引起的尖峰放电电流。
四、变频调速控制系统的维护和保养：
变频调速控制系统是集计算机技术和电力电子逆变技术于一身的新型传动控制系统。为了使系统充分发挥其控制功能，延长设备的寿命，维护保养工作必不可少。
1.变频器的维护保养。不定期地检查变频控制柜内的散热风扇以及变频器内的散热情况，散热风机是否良好，散热器有无积尘，变频器的输出电流有无异常，有无异样的声音。若变频器停用半年以上，启用时，还应检查变频器内的滤波电容是否良好，容量有无减少。
2.变频电机的维护保养。与一般常规的异步电动机相同，但须增加检查变频电机的散热风扇运行是否良好，速度编码器是否正常可靠，有无松动。
3.控制线路的维护保养。与常规的控制柜检查相同。还应经常检查控制线路的接线端有无松动，接触是否可靠，这直接影响系统的可靠性和传动精度。还应加强检查大功率输出的接线端有无松动，如空气开关、接触器和变频器等输入输出端，如松动或接触不好极易造成控制器件或开关器件的损坏，甚至造成变频器的损坏。
五、效益分析：
1．直接节能效果
根据我厂改造前和改造后纸机能耗对比，如下：
改造前的电功率：90米的车速P90=74A×180V＋3×220=13980W=13.98kW
按一年生产300天计：整机用电=300×24×13.98=100656(kWh)
改造后的电功率：90米的车速P90=1.732×16A×380V=10530W=10.53(kW)
整机用电=300×24×10.53=75816(kWh)
全年可节电=100656－75816=24840(kWh)
全年可节电费=24840×0.53=13165(元)
实际节能为：25%
由上表可以看出：
①纸机的运转率提高：27%以上（由月平均产量得到，已排除其他因素）可增产值：120吨×13000元＝156万元 增利：3.6万元
②成品率提高：1.6% 增利：14.4万元，全年可间接节能：1000(kWh)。
综合效益：
变频调速改造费用为3.5万元。可产生效益约为20万元。
六、结论
综上所述，要使变频器应用于造纸传动控制上，提高系统的传动精度、稳定性和可靠性，必须详细地了解设备的整体工艺要求，并应尽量照顾到操作人员的操作习惯和现场生产环境的特点。须熟知电气传动方面的新技术、新器件以及控制理论，了解造纸机械方面的工艺要求和生产工艺要求。根据工艺要求，综合各种因素确定系统控制方案，对控制设备进行合理、经济、简捷地选型，尽量多考虑一些影响传动精度、稳定性、可靠性等方面的因素。如布线要求，强、弱电干扰问题，线路布局方面等问题。本系统经实际使用，传动精度达0.3‰，调速范围大，稳定性和可靠性都较好，操作比较方便。随着变频技术的发展和成熟，变频器以其优良的调速性能、操作简单、功能完善、易于实现自动调节等诸多优点，必将取代纸机上传统的直流调速系统，而成为纸机电气传动的佼佼者。提高机器运转性能, 提高了经济效率。
造纸机是由一系列配套设备组成的联合机，分湿部和干部两大部分。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。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位，但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差，主要表现如下:
1. 整流子磨损严重, 烧毁整流子的故障, 导致停机时间长；
2. 直流电机维修困难多, 要求高, 修理费用也高；
3. 测速发电机易磨损，造成传动系统精度低；
4. 直流调速控制系统复杂, 调试困难, 一般技工很难调出好的机器。
交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式。它不但具有直流电机优良的调速性能，同时具有交流电机简单、可靠，因而逐渐被广泛应用。它具有自诊断、自保护能力，使用维护简单，运行可靠，扩展性能强，若应用微机程序控制不但可以获得良好的调速性能，而且还可采用计算机现场总线结构，可以实现自动化过程控制，计算机群控等。为了更好地发挥变频调速在纸机传动上的传动精度、稳定性和可靠性，笔者根据实践，认为从以下几个方面着手：
在选型之前，应首先确定控制方案，必须详细地了解设备的整体工艺要求，不清楚整体工艺要求，断定是做不好传动系统的整体控制，方案中尽量照顾到操作人员的操作习惯和现场生产环境的特点。
一、主要器件的选型：
1.选择适用于纸机传动控制的变频器——SIEI AVY变频器。
我们公司的改造的纸机是一台长网纸机，有两个分部：一个是烘缸（干部），一个是网部（湿部）。根据工艺要求抄纸速度为800－1000m/min，纸页定量为38－60g/m2。一般纸机的传动精度要求达到1－3‰，由于速度变化范围大，最低定量为38g/m2,要求纸机的传动精度更高。因此，选择纸机的传动控制方案闭环系统。
我们选用SIEI AVY型变频器，它不仅具有矢量控制高功能变频器的优点，而且自带PID调节装置和可编程接口控制器，使构成控制系统简捷方便，可靠性高，并具有130多个应用宏，适用范围大，用户界面好，使得组成系统成本低。矢量控制高功能变频器，具有传动精度高，动态性能好，响应速度快的，然而，其开环精度仅为5‰，不能满足抄造薄页纸的要求，因此采用闭环控制系统，为此应配套选用变频扩展卡。
2.选择合适的变频扩展卡——SIEIAVY。
针对矢量变频器光靠矢量控制传动精度为5‰。对于造纸机来说速度误差还太大，直接影响抄造质量。为此，需考虑选择扩展卡，以适应造纸传动的精度要求。
我们选用SIEI AVY。该扩展卡具有以下特点：
①可以用来提高接近零速时和静止时的速度响应精度。
②闭环控制模式是基于“电机转子模糊电流矢量控制”。这种控制原理把相电流分为转矩电流部分和磁通电流部分。这样鼠笼式电机的控制就可以达到直流电机的控制效果。
③闭环应用采用快速动态操作，响应时间可以达到10ms，伺服闭环应用利用了扩展卡上的快速模拟输入，这使其响应精度达到1ms以内。从而使闭环精度达到0.3‰以上。
3.选用速度传感器——光电非接触脉冲编码器（1000线的旋转编码器）。
传感器是我们的眼睛，要是没有一个良好的传感器，要保证传动精度是不可能的。因此，我们选用光电非接触脉冲编码器，它具有取样精度高，工作可靠，寿命长，确保传动精度。
4.选择合适的电动机——变频调速专用电机YVP型电机。
由于变频器的输出均采用PWM对电动机供电，不可避免地含有高次谐波，电动机带负载运行时铁耗会有所增加，在额定负载下电动机电流增加8%，温升增高20%左右，对长时间工作在满载或接近满载状态下的电动机而言，是个不可忽视的问题，因此应根据负载情况，选准电机容量并采用强迫风冷（水冷却等）或增加输出滤波装置。在变频调速系统中若选用普通异步电动机，其运行工况随着频率的变化而变化，使运行时振动噪声增大，尤其是低速时散热能力变得更差，极易造成电机损坏，故普通异步电动机不是变频调速系统中最理想的配套电机。
变频电动机具有磁隙小损耗小，效率高，发热量低，对调速装置的频率适应性大，为6－60Hz，考虑到变频电机的转速根据生产工艺的变化而变化，尤其是低速启动阶段，因此，在电机中加装散热风扇并不与变频电机共用电源，即散热风扇独立供电。确保变频电机低速运行时的可靠性。
二、系统的主要特点：
1.速度给定采用数字脉冲给定。
在变频调速系统中一般均采用模拟电压给定，由于模拟信号较容易受到外界的电气干扰，直接影响纸机的传动精度和稳定性，为了提高系统的稳定性，增强抗干扰能力，为此，利用变频器中的PLC进行简单的编程，将变频系统中的给定装置选定为脉冲计数给定，即数字给定。采用脉冲计数给定后，纸机的传动控制几乎不受外界干扰，从而使纸机传动的稳定性和抗干扰能力得以提高。
2.在变频调速控制系统中设置了速度锁定指令开关。
在纸机的抄造过程中，不可避免地会出现一些操作，这给直接影响到抄造纸页的质量，按工艺调整好的车速，如果误操作，使车速改变，使得纸张的定量也随之改变。因此，为了避免误操作，在变频调速系统中设置了速度锁定指令开关，保证给定信号的可靠性，提高了纸机的传动精度和稳定性。
3.速度级联控制。
多传动控制通常采用分步传动。即选取一个主速度控制点，其余传动点采用相对速度增量控制。根据工艺要求，我们选取干部烘缸为主速度控制点，湿部（网部）伏辊为从动点，通过现场操作台增量按钮的操作，可以随意设定各传动点的相对增量值，保证所有传动的同步性，并实时显示该传动的实际车速。
4.在安全方面的考虑。
为了使本系统具有快速响应，又具有快速制动功能（以防万一，如设备、人身发生异外须紧急停车等），为此必须在变频器中加装制动电阻，避免再生电流损坏变频器。
5.设置现场操作台。
设置机旁现场操作操作台是为了尽量照顾到操作人员的已有的操作习惯和现场生产环境的特点，使操作方便。为了便于操作人员控制工艺参数，将所有纸机传动的控制按钮和显示仪表都安置在操作台上，有利于工人观察纸机的运行情况， 有利于控制生产工艺。
三、安装调试中应注意的事项：
为了保证设计的有效性，达到设计应有的要求，安装调试工作是必不可少的。这是因为：
1.变频器是精密的电力电子设备，为了确保其稳定运行，安装过程需做好下述事项：
①变频器应安装在干燥、清洁、无振动及通风良好的场所。
②接线时应仔细进行，切忌将三相电源连接到电动机接线端U、V、W上。控制端子绝不可与强电相连，电源侧和电动机侧电缆尺寸应保证最大电流时线压降不超过额定电压的2%，弱电控制与电力电源线分开布线，控制回路应采用屏蔽线布线，以防止干扰。与变频器装在同一控制柜内的接触器等线圈必要时要并接RC浪涌吸收器，其引线不可超过20cm，对于电源引入的干扰问题可通过连接进线电源予以抑制，尽量减少干扰。
③供电设备的功率因数校正应选用功率因数校正DC电抗器，决不可在电动机侧连接补偿电容器，否则极易损坏变频器的功率模块。
因此，为了防止变频器输出的电磁辐射，我们在强电上采用铠装式4芯铜芯电缆，在弱电上传感器和显示仪表等信号线采用双层屏蔽电缆线进行放置，避免干扰信号影响控制精度。变频控制柜内的布线采用动力线和控制线分开布置。
2.变频传动系统的调试：
变频传动系统的调试一般分为两部分，一是根据电动机参数、负载性质预调变频器参数；二是系统联动调试。
①变频器正式投入运行前应先驱动电动机空转运行几分钟，可多选几点频率进行，同时注意检查电动机转向，温升情况及加减速是否平滑等。
②加减速时间的设定应同时满足两方面的要求：一是设备控制的快速性要求，二是不应在正常加减速状态下出现变频器过流过压等跳闸现象。如果不能同时满足上述两个方面要求时，应考虑加大变频器容量或增加选用制动单元。
③对于低速重负荷的恒转矩负载，起动时变频器经常出现电流封锁，位能负载出现溜车现象。可断定为起动力矩不够。起动电流大并不说明起动力矩大，解决的方法是提高低频时的起动力矩。不可盲目调大转矩的提升值（实际为低频电压补偿），否则低速铁芯过饱和容易引起电动机异常发热。
④变频器到电动机的电缆线长度不能超过变频器允许的最大布线距离（一般为100m），否则电缆分布寄生电容过大，易导致变频器功率开关器件开通瞬间产生过大的尖峰电流。该尖峰电流将使变频器工况恶化，甚至损坏逆变功率模块。对于这一问题的应急措施，可以降低变频器的载波频率，以增加分布电容的容抗，减小尖峰电流，这时会使电动机的工作噪声有所增加，解决的根本升旗是加装输出电抗器以补偿分布电容引起的尖峰放电电流。
四、变频调速控制系统的维护和保养：
变频调速控制系统是集计算机技术和电力电子逆变技术于一身的新型传动控制系统。为了使系统充分发挥其控制功能，延长设备的寿命，维护保养工作必不可少。
1.变频器的维护保养。不定期地检查变频控制柜内的散热风扇以及变频器内的散热情况，散热风机是否良好，散热器有无积尘，变频器的输出电流有无异常，有无异样的声音。若变频器停用半年以上，启用时，还应检查变频器内的滤波电容是否良好，容量有无减少。
2.变频电机的维护保养。与一般常规的异步电动机相同，但须增加检查变频电机的散热风扇运行是否良好，速度编码器是否正常可靠，有无松动。
3.控制线路的维护保养。与常规的控制柜检查相同。还应经常检查控制线路的接线端有无松动，接触是否可靠，这直接影响系统的可靠性和传动精度。还应加强检查大功率输出的接线端有无松动，如空气开关、接触器和变频器等输入输出端，如松动或接触不好极易造成控制器件或开关器件的损坏，甚至造成变频器的损坏。
五、效益分析：
1．直接节能效果
根据我厂改造前和改造后纸机能耗对比，如下：
改造前的电功率：90米的车速P90=74A×180V＋3×220=13980W=13.98kW
按一年生产300天计：整机用电=300×24×13.98=100656(kWh)
改造后的电功率：90米的车速P90=1.732×16A×380V=10530W=10.53(kW)
整机用电=300×24×10.53=75816(kWh)
全年可节电=100656－75816=24840(kWh)
全年可节电费=24840×0.53=13165(元)
实际节能为：25%
由上表可以看出：
①纸机的运转率提高：27%以上（由月平均产量得到，已排除其他因素）可增产值：120吨×13000元＝156万元 增利：3.6万元
②成品率提高：1.6% 增利：14.4万元，全年可间接节能：1000(kWh)。
综合效益：
变频调速改造费用为3.5万元。可产生效益约为20万元。
六、结论
综上所述，要使变频器应用于造纸传动控制上，提高系统的传动精度、稳定性和可靠性，必须详细地了解设备的整体工艺要求，并应尽量照顾到操作人员的操作习惯和现场生产环境的特点。须熟知电气传动方面的新技术、新器件以及控制理论，了解造纸机械方面的工艺要求和生产工艺要求。根据工艺要求，综合各种因素确定系统控制方案，对控制设备进行合理、经济、简捷地选型，尽量多考虑一些影响传动精度、稳定性、可靠性等方面的因素。如布线要求，强、弱电干扰问题，线路布局方面等问题。本系统经实际使用，传动精度达0.3‰，调速范围大，稳定性和可靠性都较好，操作比较方便。随着变频技术的发展和成熟，变频器以其优良的调速性能、操作简单、功能完善、易于实现自动调节等诸多优点，必将取代纸机上传统的直流调速系统，而成为纸机电气传动的佼佼者。提高机器运转性能, 提高了经济效率。
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