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　　摘 要：介紹了矢量變頻器在球磨機中的應(yīng)用，對其使用現(xiàn)狀以及問題給與介紹，同時對變頻改造方案和應(yīng)用效果加以介紹，結(jié)論說明變頻器在球磨機運行中具有良好的經(jīng)濟性和安全性。
　　1. 概述
　　變頻器在陶瓷、發(fā)電、電解鋁、水泥等行業(yè)的應(yīng)用已非常普遍，生產(chǎn)機械如回轉(zhuǎn)窯中的主傳動、各種風(fēng)機、傳送帶等以往不使用調(diào)速或使用電磁調(diào)速和其他的調(diào)速方式的，都相繼改造為變頻交流調(diào)速。改造的目的是方便生產(chǎn)過程中工藝調(diào)速，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，同時實現(xiàn)自動化節(jié)能。但是，在變頻調(diào)速在粉磨工藝中最主要的設(shè)備球磨機上的應(yīng)用其本還是很少。
　　球磨機一般采用的工頻控制，易造成物料的過度研磨，且研磨周期較長，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大。同時,球磨機一般采用星三角或自耦降壓啟動，啟動電流特別大，對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大，而且電的損耗量相當(dāng)驚人，這必然會給生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐匾穆闊┖蛧乐氐馁Y源浪費，所以隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及企業(yè)產(chǎn)生規(guī)模的擴大，直接工控球機磨的弊病已暴露無遺，并嚴重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。這促使人們?nèi)パ兄茊悠交?、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機――變頻控制球磨機。
　　2. 球磨機的臨界轉(zhuǎn)速和最佳工作轉(zhuǎn)速
　　球磨機一般以固定轉(zhuǎn)速運行，筒體的轉(zhuǎn)速由皮帶輪或齒輪減速機構(gòu)或用液力耦合器決定。其轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的磨制過程。在不同的轉(zhuǎn)速下，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運動狀況如圖1所示。

　　圖1不同轉(zhuǎn)速下筒體內(nèi)鋼球和物料的運動狀況圖
　　若轉(zhuǎn)速比較低時，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當(dāng)鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時，鋼球沿斜面滑下，如圖1（a），不能形成足夠的落差，鋼球?qū)ξ锪系哪ニ樽饔煤苄?，此時效率很低。如果筒體的轉(zhuǎn)速很高，離心力使物料和鋼球不再脫離筒壁，而是隨其一起旋轉(zhuǎn)，如圖1（C）。產(chǎn)生這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。這時鋼球沒有撞擊作用，物料僅受到輕微的研磨，效率也很低。當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間時，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下，如圖1（b）。此時鋼球?qū)ν驳椎奈锪袭a(chǎn)生強烈的撞擊作用效率最高，此時的工作轉(zhuǎn)速成為最佳工作轉(zhuǎn)速。球磨機的臨界轉(zhuǎn)速為[1]：
　　球磨機的臨界轉(zhuǎn)速為：
　　球磨機的最佳工作轉(zhuǎn)速為：
　　實際運行表明，最佳工作轉(zhuǎn)速與鋼球的直徑及其裝載量、護甲形狀、鋼球與護甲之間的摩擦系數(shù)等因素有關(guān)。一般最佳工作轉(zhuǎn)速通常為，可見轉(zhuǎn)速還是有一定的可調(diào)范圍，只不過可調(diào)范圍不大。實際上，如上所述的陶瓷廠的球磨機，料筒轉(zhuǎn)速的變動范圍在16r/min~18r/min 之間。電機的轉(zhuǎn)速是1440r/min，通過齒輪減速器和皮帶輪減速后的料筒的轉(zhuǎn)速在上述允許轉(zhuǎn)速的變動范圍內(nèi)。如果減速機構(gòu)的配置使料筒的運轉(zhuǎn)速度正好為18r/min，則有11%的調(diào)速范圍；機械減速器不可能做到很精確，料筒的運轉(zhuǎn)速度就在16r/min~18r/min 之間的某一個速度值，因此，可調(diào)速范圍10-15%。同時隨著球磨機的運轉(zhuǎn)，最佳轉(zhuǎn)速會因料筒內(nèi)物料和鋼球混合狀態(tài)的變化而產(chǎn)生變化。
　　球磨機消耗的電功率與電機的轉(zhuǎn)速的一次方成正比，因此，用變頻器在基頻以下調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速便可達到可節(jié)能的目的，其幅度與調(diào)速的范圍有關(guān)。根據(jù)不同的情況有不同的調(diào)解范圍，采用變頻調(diào)速理論上節(jié)能的幅度在10-15%之間。
　　3. 變頻改造方案
　　3.1. 根據(jù)配置特作如下變頻改造方案：
　　1）配置兩套冗余變頻工頻驅(qū)動系統(tǒng)；
　　2）設(shè)置遠程控制和就地控制兩種方式；
　　3）保留原工頻系統(tǒng)及其聯(lián)動方式，且和變頻器系統(tǒng)互為備用。
　　
　　圖2 主控變頻系統(tǒng)示意圖
　　3.2變頻改造電路：
　　變頻改造時采用變頻和工頻控制方式。其控制柜主電路由四方變頻器和工頻旁路接觸器等構(gòu)成，控制電路由工頻/變頻切換開關(guān)、啟動、復(fù)位開關(guān)、指示燈等構(gòu)成。
　?。?）變頻控制柜主電路
　　圖三給出了變頻節(jié)能改造的主電路圖。圖中KM1、KM2、KM3為接觸器。在改造時仍保留原有控制電路中的降壓啟動電路，這樣可方便改造同時保持原來的控制特性。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時可直接切換到工頻運行，而不影響生產(chǎn)。
　　
　　圖3 變頻節(jié)能改造主電路圖
　?。?）變頻控制柜控制電路
　　圖四為變頻柜的控制電路框圖。圖中，SB為工頻/變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，選用三級開關(guān)；SB1為變頻器啟動按鈕；SB2為變頻器停止按鈕；K1為復(fù)位按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運行指示燈；L3變頻運行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運行接觸器；KM3為工頻運行接觸器。
　　
　　圖4 為變頻柜的控制電路框圖
　　4. 改造效果
　　 改造后的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，并能克服球磨機大慣性引起的回升電壓，有效地保證設(shè)備正常運行。利用變頻器自動電壓調(diào)節(jié)功能，可在與負載無關(guān)的條件下，保持電機效率最高，因消除了起動時的沖擊，延長了機軸、波箱齒輪、皮帶等機械的使用壽命，減少了維修費用；利用變頻節(jié)能調(diào)速技術(shù)改造了球磨機的拖動系統(tǒng)，滿足了球磨機低速運行、大起動轉(zhuǎn)距的特點，實現(xiàn)了球磨機的運行速度連續(xù)可調(diào)；電機起動時無沖擊電流，起動力矩足夠，保護功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)約了維護成本。球磨機使用變頻調(diào)速后，起動電流小于額定電流的1.5倍，實現(xiàn)了真正的軟起動，也收到了節(jié)能的效果。由于起動電流大大減小，不會造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，消除了因球磨機起動而引起的其它用電設(shè)備跳閘或故障。在同樣的電網(wǎng)容量下，可以增加裝機臺數(shù)，可以通過變頻方便地設(shè)定研磨時間，加磨時間和自動停機功能，使操作更加智能化、人性化。球磨機變頻節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能效果一般可達10~15%左右。

   5、方案特點及優(yōu)勢
1. 球磨機使用變頻調(diào)速后，實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟啟動。啟動電流大大減小，比之前的工頻控制小3～5倍，消除了啟動時的沖擊，延長了機械部件的使用壽命，減少了設(shè)備的維護量及維護費用，同時也降低了對電網(wǎng)及周邊設(shè)備的沖擊；
2. 利用變頻矢量調(diào)速技術(shù)拖動，滿足了球磨機低速運行、大啟動轉(zhuǎn)矩的特點，有效保證系統(tǒng)的控制工藝；
3. 可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時間，加磨時間和自動停機功能，使操作更加智能化，人性化；
4. 節(jié)能效果一般可達8%～10%左右；
5. 系統(tǒng)具有完善的缺相、短路、過電壓、過電流等各種保護功能，同時可加裝市電/節(jié)能切換功能，有效保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。
　　6. 結(jié)束語
　　實踐證明，矢量變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機的節(jié)能改造十分成功，取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著用戶對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高，矢量變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。

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