製紙機械業界におけるKERUNインバーターの応用
-- ACD320シリーズ
序文：
1990 年以来、特に 1995 年以来、中国の製紙産業は有効生産能力の継続的な成長を経験してきました。 2002 年末までに、中国には 4,000 を超える製紙工場があり、そのうち 2,600 を超える大規模な製紙工場が含まれていました。 2002 年の総生産量は 3,780 万トンに達しました。その後 1-2 年間で、1,000 万トン近くの新たな生産能力が追加されました。現在、新しい抄紙機のドライブ システムの 80% 以上がインバータ制御ドライブを利用しています。
抄紙機のドライブに適用されるインバーターは、現在、次の特性を備えている必要があります。
(1) 広い速度調整範囲、全速度範囲にわたって 90% 以上の効率。
(2) 力率が 0.9 より高い。
(3) 入力電流の全高調波歪みが 3% 未満。
(4) IGBT などの信頼性の高い成熟した標準コンポーネントの使用。
(5) 出力高調波成分を低減し、dv/dt ノイズとトルク脈動を効果的に低減します。
I. 抄紙機におけるインバータ応用の背景。
中国の抄紙機のセクショナルドライブ装置には、以前はSCR DC速度制御システムが使用されていました。スリップ リングやカーボン ブラシなどの問題により、信頼性と精度が低くなり、その結果、抄紙機の機械の速度が通常 200 m/分程度の時代遅れになり、1,000 m/分に達する外国の高速抄紙機と競争することが困難になりました。{2}製紙は連続的な生産プロセスであるため、生産ラインの継続的かつ秩序ある制御が紙の品質と生産量を制限するボトルネックとなっています。 DC 速度制御システムは抄紙機開発の歴史において重要な役割を果たしましたが、DC モーターはメンテナンスが難しく、主に次のような環境要因に対する耐性が低いという問題があります。
(1) 整流子の深刻な摩耗や整流子の焼けなどの故障により、長いダウンタイムが発生します。
(2) DC モーターのメンテナンスには多くの困難と高い要求があり、その結果、修理費用が高額になります。
(3) タコジェネレータは摩耗しやすく、駆動システムの精度が低下します。
(4) 複雑な DC 速度制御システムはデバッグが難しく、平均的な技術者が機械の動作速度を微調整することが困難になることがよくあります。-
AC 可変周波数速度制御技術は、優れた速度調整性能と大幅な省エネ効果を備えており、中国経済に広く適用されており、最も有望な AC 速度制御方法とみなされています。{0}} DCモータに比べて優れた速度調整性能を備えているため、徐々に普及が進んでいます。将来の抄紙機のセクションドライブにインバータを適用することは避けられない傾向となっています。
抄紙機のドライブにインバーターを適用すると、プロセスの観点から紙の品質が向上し、生産能力が向上し、エネルギー消費が削減され、シャットダウンメンテナンスサイクルが延長されるなど、非常に良い結果が得られます。
長網抄紙機を例にとると、乾燥機セクション (ドライエンド) とワイヤーセクション (ウェットエンド) の 2 つの主要なセクションがあります。プロセス要件に応じて、製紙速度は 20 ～ 100 m/min、坪量は 9 ～ 30 g/m² です。一般的に抄紙機に要求される駆動精度は1～3パーセントです。広い速度変動範囲と最小坪量9g/m2により、より高い駆動精度が要求されます。したがって、抄紙機の駆動には閉ループ制御システムが選択されます。-
II.省エネ効果の分析-
工場での抄紙機の改造前と改造後のエネルギー消費量を比較したデータは以下のとおりです。
DC 制御消費電力: 90 m/min での速度: P90=74A × 180V + 3 × 220=13980W=13.98 kW (DC ドライブ)
年間 300 生産日に基づく: マシンの総消費電力=300 × 24 × 13.98=100,656 (kWh)
インバータ制御 消費電力：速度90m/min：P90=1.732×16A×380V= 10530W= 10.53（kW）（インバータ駆動）
マシンの総消費電力=300 × 24 × 10.53=75,816 (kWh)
年間節約電力量=100,656 – 75,816=24,840 (kWh)
これから、インバータ適用後の実際の省エネ量は次のように導出されます。25%
Ⅲ．プロセスの利点の分析
(1) 抄紙機稼働率向上：27％以上（その他要因を除く月平均生産量から算出）。これにより、生産価値を高めることができます。
(2) 製品歩留まり向上：1.6%
以上のように、インバータを導入することで抄紙機の稼働率が向上し、経済性がさらに向上します。
IV.抄紙機補助装置へのインバータの適用
抄紙機の補助設備には、紙料供給システム、白水システム、真空システム、圧縮空気システム、化学薬品の調製および供給システム、給水システム、蒸気システムなどのシステムが含まれます。抄紙機の継続的かつバランスのとれた稼働を確保するには、一般に補助設備の容量が抄紙機の最大生産能力を 15% ～ 30% 上回る必要があり、これにより大幅なエネルギー損失が発生します。
4.1 ストック供給システムにおけるインバータの適用
在庫供給システムは次の条件を満たす必要があります。
(1) 抄紙機への紙料の安定供給（誤差は±5％以内）。
(2) 安定かつ均一な原料配分と一貫性。
（３）抄紙機の速度やグレードの変化に応じて供給能力を調整できるよう、一定量の在庫を確保する。
(4) ストックを精製および洗浄します。
(5) 抄紙機の各部のハンドルが折れた。
通常、ストック供給システムは、配管内のストック ポンプとファン ポンプ、および圧力スクリーンやクリーナーなどの精製装置で構成されます。上記の 5 つの目標を達成するために最も重要なステップは、ストック ポンプとファン ポンプを全速動作からインバータによる可変速動作に変更し、最終的に自動ストック供給の要件を満たすことです。-
ファン ポンプを例にして、インバータによる速度制御プロセスを説明します。このインバータ制御は、速度用の外側ループと電流またはトルク用の内側ループを備えたデュアル閉ループ速度制御システムに適しています。{0}ファン ポンプの速度設定値は 2 つのソースから得られます。1 つは純正-と-のワイヤ速度比の変化から得られ、もう 1 つはヘッドボックス圧力コントローラーから得られます。前者は主な調整であり、後者は微調整です。-抄紙機のストック速度と-ワイヤ速度の比率は基本的に一定です。したがって、ワイヤの速度が変化すると、ファンのポンプ速度もそれに追従します。速度レギュレータの精度を向上させ、ヘッドボックスの実際のプロセスを反映させるには、±5% 変化するヘッドボックス圧力 PID コントローラの出力をファン ポンプの追加速度設定値として使用するのが一般的です。実際の速度値は、駆動モーターの実際の速度をサンプリングすることで取得されます。これは、タコジェネレーターや光電ロータリー エンコーダーなどのデバイスを介して取得できます。現在の設定値は、速度ループの出力信号から取得されます。実際の電流値は、各駆動ポイントの AC インバーターの出力における変流器による測定から取得されます。したがって、ファンポンプの可変周波数速度制御には、PID制御を導入することで理想的な省エネ効果が得られます。-
V. 圧縮空気システムにおけるインバータの応用
圧縮空気は、抄紙機のワイヤおよびプレス セクションの空気圧ローディング / リフト装置、ワイヤ / フェルト ガイド装置、エア クッション付きヘッドボックス、シート搬送装置、コーティング エア ナイフ、さまざまな空気圧機器や制御装置などに一般的に使用されます。{0}
圧縮空気システムの主要機器には、エアコンプレッサー、エアレシーバー、減圧弁、エアフィルター、湿分分離器、安全弁などが含まれます。抄紙機に必要な圧力は通常約 5 ～ 6 BAR です。ほとんどの製紙工場では、2 台以上のコンプレッサーが並行して動作し、エアレシーバーを介して一定の圧力を維持します。
コンプレッサーは高出力であり、圧力制御は通常、ロード/アンロードによって行われるため、モーターは常にフルスピードで動作します。{0}実際にやってみると、この制御方法は膨大なエネルギーを消費し、非常に無駄が多いことがわかります。したがって、現在の傾向は、複数の回線周波数ユニットを制御する 1 つの可変周波数ドライブを使用して、圧力閉ループ システムを形成することです。-
VI.化学薬品の調製および供給システムにおけるインバーターの応用
脱墨、パルプ化、コーティング、サイジングなどで大量の化学薬品が使用されます。それらの使用量は、抄紙機の複数のドライブの速度に比例します。したがって、可変速 AC 駆動システムを化学薬品送出システム (ポンプなど) で使用する必要があります。ボールミル、コロイドミル、サンドミル、高せん断分散機などの粉砕装置は、化学薬品の調製に頻繁に使用されます。-その主な特徴は、高出力、高エネルギー消費、および過酷な動作環境です。すでに多くのメーカーが研削盤にインバータを採用し、良い成果を上げています。
サンドミルを例に挙げると、その動作原理には、粉砕される材料が供給ポンプを介してチャンバー内に供給されることが含まれます。 -高速回転する分散ディスクによって駆動され、材料は激しい衝撃と粉砕メディアによる粉砕を受け、溶剤中に分散および混合されて合格のコーティングを形成し、トップスクリーンから流出します。この装置のメインモーターは110KWです。インバータを使用する前は、コーティングと研削メディアを均一に混合するために、起動時に複数回（3 回以上）のジョギング方法を使用するのが一般的でした。コーティングが異なれば、異なるプロセス速度が必要になる場合がありますが、機械はフルスピードでしか実行できません。メインモーターの過負荷を防ぐために送り速度を制御するのは困難でした。エネルギー消費が激しかったです。 110 KW インバーターを使用すると、これらの問題が効果的に解決されます。最適な混合を確保するために、ジョグ速度と遅い実行時間を簡単に設定できます。オンライン無段階速度調整により、製品ごとに異なる速度が可能になります。送り速度は、過負荷事前アラームとトリップフリー機能により、モーターの実際の動作電流を監視するだけで簡単に制御できます。{10}{11}}エネルギーの節約は通常 20% を超えます。ギアボックスの損失が減少し、ギアボックスの回線周波数始動による影響が回避されます。-スムーズな始動電流により系統への影響が防止され、系統の安全性が向上します。バッチ アプリケーションは、山東省、黒竜江省、海南省、その他の地域の製紙企業にすでに存在しています。
VII.乾燥機換気システムにおけるインバーターの適用
乾燥セクションでは、空気によって吸収されたシートから蒸発したすべての水分を、強制換気によって抄紙機室から継続的に除去する必要があります。乾燥機の換気の有効性は、シートからの水分の蒸発速度と乾燥プロセス全体の経済性に直接影響します。良好な換気により空気中の蒸気飽和が低下し、乾燥シリンダー内の蒸気消費量が減少し、乾燥速度が向上します。
乾燥部から蒸発した水分を除去するために必要な風量は、吸気と排気の温度と湿度、使用する換気システム、気候条件、季節に関係します。一般に、最新の抄紙機は高効率を実現するために強制空気循環を採用しており、供給ファンを使用して加熱乾燥空気 (約 80 度) を乾燥セクションの下部に送り込み、乾燥シリンダー間の高温蒸気を吸収することで上向きの空気流を作り出し、次に排気ファンを使用してフード内に集められた湿った熱空気を外部に抽出します (最終的には熱回収を伴います)。高速抄紙機では、乾燥シリンダーの数が増加するため、通常、セクションごとに複数の給気ファンと排気ファンのグループが使用されます。インバータ導入後は、従来のダンパー制御を使用せずに、換気風量計算式に基づいて給気量（給気ファン回転数）と排気風量（排気ファン回転数）をリアルタイムに調整できるため、エネルギー消費量のさらなる削減、ファン騒音の低減、機械寿命の延長が可能になります。-
Ⅷ.水道システムにおけるインバーターの応用
抄紙機は、白水システム、排水システム、封水システム、シャワー システム、淡水システムなどを含む主要な水を消費します。多くの場合、パイプライン ネットワークでの定圧水の供給が必要です。従来、圧力制御はバイパスと制御バルブを介して行われ、インバーターはほとんど使用されませんでした。しかし、中国では水資源が一般的に不足しているため、インバーターを適用すると約 10% の水を節約し、約 30% のエネルギーを節約でき、必然的に製紙工場の日々の操業コストが削減されます。
通常、水道システムでインバータを使用するには、単一インバータ制御とインバータ交互モードの 2 つのモードがあります。
シングルインバータ制御:インバータの出力は 1 つのポンプを永続的に制御し、他のポンプは線路周波数グリッドから直接電力を供給されます。-それらの開始/停止信号は手動または PLC ロジックによって制御されます。
インバーター交流モード:インバータは設定されたシーケンスに従って各ポンプを順番に駆動します。インバータは、圧力閉ループ制御要件に基づいて（設定範囲内で）動作するポンプの数を自動的に決定できます。-常に 1 つのポンプだけがインバータによって駆動されます。インバータ-駆動のポンプが設定された周波数上限に達し、追加のポンプが必要になると、インバータはそのポンプをライン周波数動作に切り替えます-。同時に、可変周波数で別のポンプの駆動を開始します。
IX.結論
要約すると、抄紙機にインバータ駆動システムを導入すると、大幅な省電力効果が実証され、設備のメンテナンス コストが削減されるだけでなく、企業に多大な経済的メリットも生まれます。{0}製紙機械業界における可変周波数速度制御システムの応用の可能性はますます広がると自信を持って言えます。